城市風(fēng)景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理中的生態(tài)設(shè)計(jì)理念

郭紅東 ，鄭 偉 ，暢才源

（1.甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 蘭州730020）

城市風(fēng)景名勝區(qū)是一個(gè)城市的標(biāo)志，往往融自然景觀、人文景觀及歷史文化于一體，是市民日常休閑的場所。但多數(shù)風(fēng)景區(qū)依山或依溝而建，遭受地質(zhì)災(zāi)害危害的現(xiàn)象十分頻發(fā)，造成了很大的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失[1]，對游客的心理形成了恐慌。在以往對景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的治理工程中，使用了大量的混凝土等硬性工程，由于其觀賞性差，后期無法綠化等因素，雖然達(dá)到了消除災(zāi)害的目的，但往往被后人詬病，如蘭州市五泉山公園內(nèi)五泉礫巖危巖體體治理時(shí)采用了掛網(wǎng)噴砼方式，使五泉瀑布及高達(dá)幾十米的天然礫巖景觀消失，代之以灰黑色混凝土面墻，使過往游客視覺感十分壓抑。蘭州市金城關(guān)景區(qū)是著名的旅游景點(diǎn)，為文化、商業(yè)交匯的黃金地段，是蘭州市的城市名片，一直受到廣大游客的青睞，特別是盛夏，更是游人如織。景區(qū)依白塔山而建，受自然條件的限制，在發(fā)展的過程中，產(chǎn)生了大量的地質(zhì)災(zāi)害，馬家石溝高陡邊坡是其中的一處，位于蘭州碑林公園與白塔山公園兩大景觀之間，為金城關(guān)游覽觀光區(qū)的重要組成部分，其特殊的地理位置在景區(qū)建設(shè)中具有不可替代的作用。為消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，同時(shí)改善景區(qū)環(huán)境，在后期的地質(zhì)災(zāi)害治理設(shè)計(jì)中，引入了生態(tài)環(huán)保理念，達(dá)到了預(yù)期的效果。

1 邊坡區(qū)基本概況

邊坡發(fā)育于馬家石溝溝道兩側(cè)，總體方向NW40o，坡寬約160m，坡度約45°-60°，坡高10-30m。出露地層主要為前寒武系片麻巖()，上部披覆了薄層坡積黃土狀粉土(Q4dl)。片麻巖因溝谷下切而露頭較多，巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育，總體上左（東）側(cè)邊坡巖層產(chǎn)狀 N65°～70° W/NE40°～50°,右（西）側(cè)邊坡巖層產(chǎn)狀為 N50°～60° E/NW25°～40°, 兩側(cè)山坡組成巖體的產(chǎn)狀差異，據(jù)分析為形成此溝的原因之一。上覆粉土存在局部坍塌及掉塊，一般厚度為5m,如圖1所示。

圖1 治理前蘭州市金城關(guān)風(fēng)景區(qū)馬家石溝溝口地貌

該溝在區(qū)域構(gòu)造上處于金城關(guān)斷裂帶上，斷裂構(gòu)造是基巖破碎的主要原因。斷層總體呈N50°～60°W方向展布，西白沙井驛，向東經(jīng)安寧堡、十里店到金城關(guān)。推測其出蘭州市區(qū)后繼續(xù)向東沿青白石、桑園峽延伸，長度>39km。白塔山段和五一山段主要發(fā)育于前寒武系變質(zhì)巖與新近系砂泥巖或下更新統(tǒng)半膠結(jié)礫石層之間，性質(zhì)為高角度逆斷層(局部正斷)[3]。

邊坡區(qū)域發(fā)育有基巖裂隙水，主要由大氣降水及景區(qū)綠化灌溉時(shí)少量地表水沿巖土體孔隙、節(jié)理裂隙下滲補(bǔ)給地下水，水位標(biāo)高及涌水量隨季節(jié)性及景區(qū)綠化灌溉時(shí)間而變化[4]。由于地表水沿巖土體孔隙、節(jié)理裂隙下滲，在坡體內(nèi)可形成暫時(shí)性孔隙水或裂隙水，邊坡表面并無滲水。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

對馬家石溝兩側(cè)邊坡的穩(wěn)定性，采用工程地質(zhì)類比法、裂面配套綜合圖解法和極限平衡計(jì)算法等三種主要手段進(jìn)行了分析。工程地質(zhì)類比法主要通過不穩(wěn)定斜坡附近的自然穩(wěn)定斜坡進(jìn)行類比，用以指導(dǎo)不穩(wěn)定斜坡防治工程設(shè)計(jì)及參數(shù)選取[5]；裂面配套綜合圖解法結(jié)合滑坡巖體地質(zhì)力學(xué)方法確定斜坡變形破壞模式[6]；極限平衡計(jì)算法定量確定不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性及推力大小。

邊坡的變形與破壞主要發(fā)生在整個(gè)山體的外側(cè)順溝向臨空面附近，在坡面上產(chǎn)生了危巖落石，局部剝落和脫落，屬于坡面破壞的性質(zhì)。整個(gè)坡體無明顯的陷落、錯(cuò)臺(tái)，未發(fā)現(xiàn)地裂縫，坡上建筑物也未發(fā)現(xiàn)有變形的形跡，斜坡出露巖性為片麻巖，發(fā)育有 N15°E／NW75°、N30°E／NW50°、N45°E／NW80°、N50°E／NW37°、N75°E／SE40°裂面與層面的相互交割，將巖體切割為碎塊狀，在風(fēng)化作用下呈碎塊石土狀，其綜合強(qiáng)度、破碎程度、結(jié)構(gòu)面與構(gòu)造面的組合以及與臨空面的關(guān)系等共同控制邊坡的穩(wěn)定性。邊坡由上而下一定厚度內(nèi)的巖體已經(jīng)松弛，在坡體結(jié)構(gòu)上，外側(cè)巖土較內(nèi)部相對松軟，在雨季期，外部一定范圍內(nèi)巖土較內(nèi)部潮濕[7]，在陡傾裂面的控制下，一定厚度內(nèi)的松散巖土層可產(chǎn)生整體變形。外側(cè)風(fēng)化破碎較嚴(yán)重的片麻巖可因地震而進(jìn)一步松弛變形，在雨期含水量增大而綜合強(qiáng)度降低，不能支撐既有的坡率而發(fā)生坍塌變形[8]，如圖2所示。

圖2 馬家石溝治理工程平面布置圖

3 治理工程方案

根據(jù)邊坡工程地質(zhì)條件，針對邊坡的變形破壞模式，加固工程的設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

1）深部變形加固：對存在傾向臨空結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造面及可能產(chǎn)生滑動(dòng)變形的斜坡，設(shè)計(jì)中貫徹“建綠色斜坡，走環(huán)保之路”、“技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)美觀”、“融入藝術(shù)及美學(xué)思想，使斜坡線性流暢”的設(shè)計(jì)理念，在本設(shè)計(jì)中，主要采用錨桿及預(yù)應(yīng)力錨索框架加固體系。

2）坡腳應(yīng)力集中加固：為有效消除坡腳應(yīng)力集中問題，結(jié)合斜坡下部為破碎片麻巖的實(shí)際情況，在設(shè)計(jì)中，在邊坡坡腳修建了一道高1.4m的擋墻，在墻上進(jìn)行裝飾，為景觀設(shè)計(jì)構(gòu)建一平臺(tái)。

3）局部塊體變形加固：邊坡主要為危巖體病害，產(chǎn)生局部掉塊與大塊的坍塌變形，由于坡體節(jié)理裂隙發(fā)育，再加上片麻巖的整體結(jié)合強(qiáng)度不高，采用了預(yù)應(yīng)力錨桿主動(dòng)受力結(jié)構(gòu)加固以防邊坡巖體松動(dòng)和裂隙繼續(xù)發(fā)展，同時(shí)為防止坡面落石掉塊以保證游人的安全，坡面采用SNS柔性網(wǎng)防護(hù)，不破壞坡體的景觀效果。

4）淺表層變形防護(hù)：為控制邊坡片麻巖地層的風(fēng)化速率，同時(shí)防止雨水沖刷表層坡面，采用錨桿框架加固坡面，在框架格內(nèi)采用三維網(wǎng)植草綠化。

4 生態(tài)設(shè)計(jì)理念

本次治理工程中，充分考慮景區(qū)因素，將綠色生態(tài)貫穿于設(shè)計(jì)的全過程。主要有：①為保持基巖山體的原始地層及地貌景觀，對高陡山體采用深層加固后，在坡面采用了SNS柔性網(wǎng)防護(hù)，并對防護(hù)網(wǎng)顏色提出了與基巖顏色相統(tǒng)一的要求，使防護(hù)工程與原始地層緊密地結(jié)合在一起，SNS柔性網(wǎng)以高強(qiáng)度鋼絲繩作為主要構(gòu)件，可以覆蓋或包裹在所需要的防護(hù)的斜坡或巖體上，具有防護(hù)靈活、易鋪展、適應(yīng)任何坡面地形的特點(diǎn)；②因預(yù)應(yīng)力錨索為主動(dòng)受力系統(tǒng)，需要張拉鎖定，因此，在工程完工后需要額外增加錨頭用以封閉，在以往景區(qū)實(shí)施后，凸起的錨頭破壞了景區(qū)的協(xié)調(diào)性，針對預(yù)應(yīng)力錨索錨頭的突兀性特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采取了內(nèi)置式錨頭，如圖3所示，很好地解決了這一問題，但給后續(xù)施工造成了一定的難度；③結(jié)合蘭州市植被生長特點(diǎn)，選擇了三維網(wǎng)綠化措施，噴播于大面積的錨桿（索）框架格內(nèi)，使整個(gè)治理工程與景區(qū)環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，如圖4所示。

圖3 內(nèi)置式錨頭結(jié)構(gòu)圖

圖4 SNS柔性防護(hù)網(wǎng)與自然景觀統(tǒng)一協(xié)調(diào)

5 結(jié)論

1）城市風(fēng)景區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害治理工程需要充分考慮生態(tài)設(shè)計(jì)理念，通過調(diào)整防護(hù)工程結(jié)構(gòu)，結(jié)合先進(jìn)的綠化、美化手段，可以達(dá)到治理工程與景區(qū)渾然天成的效果，如圖5所示。

圖5 治理后的馬家石溝邊坡景觀

2）蘭州市金城關(guān)景區(qū)馬家石溝治理工程已竣工10年，消除了地質(zhì)災(zāi)害隱患，坡面經(jīng)過SNS柔性防護(hù)網(wǎng)加固及三維網(wǎng)植草綠化，溝口環(huán)境與整個(gè)景區(qū)渾然天成，已成為景區(qū)不可或缺的一部分，每年都有大量游客在此納涼、休閑,治理效果得到了建設(shè)方及社會(huì)各界的認(rèn)可。

3）在景區(qū)設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索后，通過改進(jìn)加固措施，采用內(nèi)置式錨頭，10年來未發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力錨索有較大的預(yù)應(yīng)力損失，取得了良好的治理效果，在景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理中具有借鑒意義。