北京某景區(qū)崩塌災(zāi)害隱患點(diǎn)治理方案設(shè)計(jì)思路

趙云峰，張 濤，劉文清，朱忠紀(jì)

（北京市地質(zhì)工程設(shè)計(jì)研究院，北京101500）

0 引言

近年來，由于氣候的變化和極端天氣的出現(xiàn)，造成山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，尤其山區(qū)景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害也時(shí)有發(fā)生，給社會(huì)和人民帶來較大的財(cái)產(chǎn)和生命損失，對景區(qū)管理也帶來極大的挑戰(zhàn)。復(fù)雜的地質(zhì)背景能形成絕美的自然景觀，但也蘊(yùn)藏著地質(zhì)災(zāi)害隱患，這在眾多的山岳型風(fēng)景名勝區(qū)都有充分的體現(xiàn)。如何做到將地質(zhì)災(zāi)害隱患治理與當(dāng)?shù)刈匀伙L(fēng)景相統(tǒng)一，一直是景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理思路的一個(gè)重要方向，必須結(jié)合地形地貌景觀、地質(zhì)構(gòu)造特征、地質(zhì)災(zāi)害隱患類型以及可能造成危害的范圍作出一個(gè)合理的選擇，既保留住景區(qū)的背景特色，又能徹底消除地質(zhì)災(zāi)害的安全隱患。本文以北京某景區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)治理思路和方法進(jìn)行詳細(xì)分析和探討，摸索出經(jīng)濟(jì)、合理、以及與景區(qū)風(fēng)景相協(xié)調(diào)的治理方案，以期為類似地質(zhì)災(zāi)害治理提供參考依據(jù)［1］。

1 景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)概述

1.1 景區(qū)概況

本景區(qū)位于懷柔區(qū)懷北鎮(zhèn)中峪道河村及北臺子西側(cè)、G111國道西側(cè)一自然溝谷內(nèi)。地處燕山南麓，緯度適中，四季分明，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬夏長、春秋短。年降水量較多，在470～850 mm之間，年內(nèi)降雨分布不均，多集中在汛期（6—8月份），占年降水量的71%～76%。景區(qū)山體屬燕山山脈，處于一條北西向山谷之中，匯水總面積約2.5 km2，景區(qū)海拔210～630 m，相對高差200～400 m，總體呈北西高、南東低，溝底縱坡降8°～9°，兩側(cè)山坡坡度較陡，溝谷下部、底部植被覆蓋率較高。在雨季會(huì)有溪水明流，冬季水量極小。地下水類型主要為基巖裂隙水和松散巖類孔隙水?；鶐r裂隙水賦存于山體基巖中，松散巖類孔隙水賦存在坡洪積平臺內(nèi)。巖性以燕山晚期片麻狀二長花崗巖為主，巖性單一，巖體堅(jiān)硬，多呈塊狀，由于節(jié)理裂隙極為發(fā)育，局部巖體較破碎，再加上坡面較陡，及長期風(fēng)化剝蝕，極易形成危巖體。

1.2 危巖體（帶）類型及特征

本災(zāi)害點(diǎn)處于百泉山風(fēng)景區(qū)門口西側(cè)的河邊西岸，災(zāi)害點(diǎn)所在坡體走向近南北，坡向近正東，長度約70 m，坡面陡立，陡壁高度約21 m，平均坡度75°～85°，坡面下部略顯平緩，平緩處植被發(fā)育。山坡陡壁基巖裸露，巖體節(jié)理裂隙極為發(fā)育。陡壁東端坡頂處存在危巖體，編號為WY-1，景區(qū)餐廳下方的陡壁處存在1個(gè)危巖帶，編號為WYD-1，并且在該山坡坡腳堆積了大量崩塌堆積物。詳見圖1～3。其類型為小型崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

1.2.1 危巖體（WY-1）

危巖分布高程245～248.5 m，高度2.5 m，水平寬度3 m，沿坡面長度3 m，體積22.5 m3。山坡頂部坡面產(chǎn)狀131°∠27°，腰部坡面產(chǎn)狀131°∠75°，崩塌方向131°，其物質(zhì)成分為燕山晚期片麻狀二長花崗巖。該危巖體發(fā)育2組節(jié)理：其一為外傾節(jié)理，張開，節(jié)理面粗糙、略呈坡狀起伏，產(chǎn)狀170°∠25°，長度2～3 m，開口縫寬2～5 mm。根據(jù)附近節(jié)理發(fā)育程度，認(rèn)為此節(jié)理自危巖體下端沿坡面向上已全部貫通。在危巖體下端此節(jié)理已發(fā)育成“楔形縫”，縫開口寬20～200 mm，經(jīng)風(fēng)化淋漓，充填物多已墜落。在危巖體側(cè)面可見到此組節(jié)理，縫隙中已充滿粉土、巖屑。此組節(jié)理的存在起到將坡面上的危巖體自上而下滑動(dòng)的作用。其二為側(cè)向節(jié)理，張開平直，裂隙長約2～3 m，密度1～2條/m，風(fēng)化淋漓后縫寬200～250 mm，充填少量粉土、巖屑，產(chǎn)狀260°∠60°。此組節(jié)理的存在起到將坡面上的危巖體自左右兩側(cè)切斷的作用。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)（河西側(cè)）遠(yuǎn)觀Fig.1 Remote view of potential geological hazard points(west bank of the river)

圖2 危巖體（WY-1）近觀Fig.2 Close view of dangerous rock mass(WY-1)

圖3 危巖帶（WYD-1）及大型裂縫、塌陷巖腔近觀圖Fig.3 Close view of a dangerous rock zone(WYD-1)and large fractures and collapse cavities

該危巖體目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨或地震等誘發(fā)作用下，坡面上的危巖體可能向下滑動(dòng)滾落，極易發(fā)生滑移式崩塌地質(zhì)災(zāi)害［2］。剖面圖詳見圖4。

1.2.2 危巖帶（WYD-1）

危巖帶位于景區(qū)餐廳東側(cè)的陡壁處，整個(gè)邊坡上部為漿砌石重力擋墻，中部為近直立的裸露基巖巖壁，分布高程231～245 m，相對高差14 m，下部坡腳附近坡度較緩，堆積較厚坡積物，再下方為河邊小路及河道。在直立的裸露基巖巖壁處，節(jié)理裂隙極為發(fā)育，坡面巖體較為破碎，形成危巖帶，尤其側(cè)向節(jié)理最為發(fā)育，向坡體內(nèi)部延伸較大，坡面上常形成凹陷溝槽及大小不同的裂縫，對坡體上方附近的以坡體基巖作為基礎(chǔ)的餐廳具有一定隱患（參見圖4）。

1.2.3 崩塌堆積物

危巖所在處的山坡下方坡腳存在崩塌堆積物，主要為大小不等的巖塊及碎屑，巖塊形狀不一，最大達(dá)1.5 m×2 m×0.8 m，現(xiàn)存堆積方量約50 m3，堆積物已超覆到原景區(qū)小路，對景區(qū)進(jìn)出游客的人身安全構(gòu)成較大的危害（參見圖4）。

圖4 隱患點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害地質(zhì)剖面Fig.4 Geological section of geological hazards

1.3 危巖體（帶）穩(wěn)定性評價(jià)

根據(jù)上述分析，本災(zāi)害點(diǎn)危巖體失穩(wěn)方式均為滑移式，因此選用滑移模式進(jìn)行計(jì)算。依據(jù)北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《北京市地質(zhì)災(zāi)害治理項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)指南（試行）》（2015-2-10），本次采用“后緣無陡傾裂隙”（圖5）模型進(jìn)行計(jì)算［3-5］。

穩(wěn)定性系數(shù)按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

圖5 滑移式危巖穩(wěn)定性計(jì)算示意(后緣無陡傾裂隙)Fig.5 Schematic diagram for stability calculation of the sliding dangerous rock(no steep fracture at the back edge)

式中：V——裂隙水壓力——裂隙充水高度，m，本次在自然工況下取裂隙深度的1/3，在暴雨工況下取1/2；γw——水的重度，取10 kN/m3；Q——地震力，kN/m，Q=ξe×W；ξe——地震水平作用系數(shù)，本區(qū)ξe取0.038；K——危巖穩(wěn)定性系數(shù)；c——后緣裂隙粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa（當(dāng)裂隙未貫通時(shí)，取貫通段和未貫通段粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值按長度加權(quán)和加權(quán)平均值，未貫通段粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值取巖石粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值的0.4倍）；l——滑移面長度，m；φ——后緣裂隙內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值（當(dāng)裂隙未貫通時(shí)，取貫通段和未貫通段內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值按長度加權(quán)和加權(quán)平均值，未貫通段內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值取巖石內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值的0.95倍），（°）；θ——軟弱結(jié)構(gòu)面傾角（外傾取正，內(nèi)傾取負(fù)），（°）；W——危巖體自重，kN/m。

危巖體穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果：危巖體在自然狀態(tài)下，穩(wěn)定；在暴雨?duì)顟B(tài)下，基本穩(wěn)定；在地震狀態(tài)下，穩(wěn)定。由于景區(qū)餐廳位于危巖體上方，在自然情況下危巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在暴雨?duì)顟B(tài)下，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，說明危巖體在長時(shí)間雨水沖刷和不斷風(fēng)化的情況下，會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)隱患。結(jié)合危巖體上方人類活動(dòng)頻繁，從安全角度考慮，需要進(jìn)行治理，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患。計(jì)算結(jié)果見表1～3。

表1 滑移式危巖穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果Table 1 Stability calculation of sliding dangerous rock

表2 崩塌源物理力學(xué)參數(shù)建議值Table 2 Suggested values of physical and mechanical parameters of the rockfall source

表3 三種工況下WY-1危巖體穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果Table 3 Stability coefficient and stability evaluation results of WY-1 dangerous rock mass under three working conditions

通過對景區(qū)崩塌危巖體特征的綜合分析，在陡崖上選取危巖帶典型的高位危巖進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算。勘查區(qū)地形條件差，以陡崖、陡坡為主，坡面起伏變化較小，因此，陡崖上危巖體破壞后的運(yùn)動(dòng)形式以滾動(dòng)、跳躍為主。本次采用Rockfall軟件對崩塌落石運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 危巖崩落運(yùn)動(dòng)計(jì)算結(jié)果Table 4 Calculation results of rockfall movement

由表4可知，本災(zāi)害點(diǎn)危巖帶（WYD-1）坡面上的松動(dòng)巖塊崩落的最大總動(dòng)能為125.54 kJ，最大彈跳高度為1.2 m，最大影響距離為13.8 m。因此，附近的小路就在坡腳處，一旦發(fā)生危石崩落會(huì)危及到景區(qū)小路行人的安全。

2 地質(zhì)災(zāi)害成因分析

隱患點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害類型為滑移式崩塌，主要由3部分組成：危巖帶（WYD-1）、危巖體（WY-1）、陡壁坡腳處存在少量崩塌堆積物。

2.1 崩塌成因分析

根據(jù)野外實(shí)地調(diào)查及所處地質(zhì)環(huán)境分析，崩塌的形成包括內(nèi)部條件和外部條件兩類，內(nèi)部條件包括地形地貌、地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、高陡臨空面；外部條件包括降雨、風(fēng)化、地震、植被、人類工程活動(dòng)等［6］。

（1）地形地貌：崩塌多發(fā)生在坡度＞55°的坡體、坡面凸凹不平的陡峻斜坡上，往往表現(xiàn)為前緣陡坡，后緣陡坎陡崖，具高陡臨空面。另外，由于人類工程活動(dòng)形成較高的陡坎或高度不大的陡崖，同樣具較陡臨空面，在降雨及長期風(fēng)化、地震等因素下產(chǎn)生小型崩塌。

（2）地層巖性：勘查區(qū)巖性為花崗巖，屬硬質(zhì)巖，易形成較陡峻邊坡。由于構(gòu)造節(jié)理和卸荷裂隙發(fā)育，且前緣存在高陡臨空面，在重力作用下，被卸荷裂隙及構(gòu)造裂隙切割貫通，極易形成崩塌。

（3）降雨：降雨是坡體變形發(fā)展的主要因素，雨水沿巖石中的裂隙入滲，軟化裂隙結(jié)構(gòu)面，同時(shí)在裂隙中形成孔隙水壓力，導(dǎo)致坡體重力加大，固結(jié)力減小，加劇巖石的變形和破壞。該區(qū)域夏季暴雨發(fā)生頻繁，日最大降雨量達(dá)100 mm，降雨使坡體處于飽水狀態(tài)，增加了自重，并且雨水沿裂縫滲入斜坡體，浸潤了滑動(dòng)面，加速了危巖體的變形滑動(dòng)速度。

（4）風(fēng)化：風(fēng)化作用使危巖體的裂隙不斷擴(kuò)展，

該隱患點(diǎn)位于景區(qū)大門正面，秀美河流的溪畔，風(fēng)景獨(dú)特、景色怡人，是游客流連忘返拍照留念絕佳位置。治理方案充分考慮與景區(qū)自然風(fēng)光相統(tǒng)一，在確保治理措施安全的同時(shí)，讓山體的挺拔、巖石的凸凹曲線、以及巖壁上的灌木綠植盡量保留，讓美麗的風(fēng)景矗立在山水之間。不能出現(xiàn)治理后映入眼簾的是一面人造混凝土墻，遮避了山體的外形、巖體的自然棱角等特征，與周圍的山景不相襯，與景區(qū)的宗旨不相符。

經(jīng)過方案比選，結(jié)合與景區(qū)環(huán)境相協(xié)調(diào)的原則，最終選定方案二的治理思路，將邊坡頂部及邊坡上并使裂隙面強(qiáng)度降低，隨著差異風(fēng)化的不斷深入及淋漓作用，會(huì)逐漸形成不同程度的巖腔，最終加速危巖體的失穩(wěn)，風(fēng)化作用對崩塌的發(fā)生起著催化作用。

2.2 崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)展趨勢

崩塌危巖體發(fā)生不同形式和不同規(guī)模的變形與破壞，主要經(jīng)歷累進(jìn)破壞階段、滑移面貫通階段和滑移-拉裂階段，最后斜坡巖體沿下伏軟弱結(jié)構(gòu)面向坡前臨空方向滑移，并使滑移體拉裂解體，導(dǎo)致巖體破壞形成崩塌。若隱患點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害不采取徹底的治理措施，長期經(jīng)過雨水沖刷、侵蝕、凍融等因素影響，坡面產(chǎn)生崩塌，會(huì)造成坡頂?shù)木皡^(qū)餐廳發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞或坍塌，坡腳小路被掩埋，坍塌體壓占河道，造成河道淤堵，直至邊坡重新穩(wěn)定。

3 治理方案設(shè)計(jì)思路

3.1 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想和原則［7］

（1）治理工程遵循“安全、可靠、長效、美觀、環(huán)?！钡目傇瓌t。

（2）與景區(qū)環(huán)境相協(xié)調(diào)的原則。

（3）以防為主、防治結(jié)合、除害興利的原則。

（4）要做到因地制宜，充分考慮當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)條件，采用合理的技術(shù)方案，使工程達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、美觀適用。

（5）全面規(guī)劃、突出重點(diǎn)的原則。

3.2 治理方案的確立和設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

3.2.1 治理方案

依據(jù)隱患點(diǎn)不穩(wěn)定巖質(zhì)邊坡危害可能造成的損失及其地質(zhì)條件，為保持坡體穩(wěn)定，控制和減輕災(zāi)害造成的損失，結(jié)合巖質(zhì)邊坡高度、坡度、邊坡上部巖體風(fēng)化、破碎、節(jié)理發(fā)育的特征，篩選出了如表5所示的2種治理方案［8-11］。寬緩處存在的危巖進(jìn)行人工清除，減輕中、小型危巖體隱患；將危巖帶采用格構(gòu)錨固護(hù)坡系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)防護(hù)，防治邊坡危巖塊崩落；對危巖體進(jìn)行裂隙加固并設(shè)置雙邊護(hù)欄網(wǎng)和警示牌禁止游人靠近，防止崩塌災(zāi)害造成人員傷亡。治理方案詳見圖6～10。

3.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)選取

（1）巖土參數(shù)見表6。

（2）地震參數(shù)：區(qū)內(nèi)地震烈度Ⅶ度，地震加速度0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。

（3）錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)建議值：巖體與錨固體極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frbk為1800 kPa（根據(jù)巖體風(fēng)化程度及節(jié)理裂隙發(fā)育程度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整）。

表5 崩塌隱患點(diǎn)治理方案比選分析Table 5 Comparison and selection of treatment schemes for potential rockfall points

圖6 崩塌隱患點(diǎn)治理工程平面布置Fig.6 Layout of the treatment project for the rockfall hazard

3.3 治理工程計(jì)算

依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范通過理正巖土6.5計(jì)算軟件中邊坡穩(wěn)定性分析模型進(jìn)行分析計(jì)算［12-16］。

3.3.1 格構(gòu)式錨桿擋墻計(jì)算

計(jì)算結(jié)果詳見表7。

錨桿設(shè)計(jì)為全長粘結(jié)型，設(shè)計(jì)長度L=10.5 m，錨孔直徑D=90 mm，錨桿采用單根直徑25 mm的HRB400鋼筋，錨桿設(shè)置在格構(gòu)節(jié)點(diǎn)上，根據(jù)地形條件，設(shè)置錨桿3～4排，共63根，錨桿傾角α=15°。

錨桿頭錨入格構(gòu)梁內(nèi)長度≮45d（d為錨桿直徑）。錨桿為全孔灌漿，采用標(biāo)號為P.O42.5的普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.45～0.5，強(qiáng)度設(shè)計(jì)為M25。

圖7 危巖帶治理工程縱剖面(1-1)Fig.7 Longitudinal section of the dangerous rock zone treatment(1-1)

圖8 危巖體治理工程縱剖面（2-2）Fig.8 Longitudinal section of the dangerous rock zone treatment（2-2）

3.3.2 格構(gòu)梁配筋包絡(luò)結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，格構(gòu)梁配筋為：上部縱筋為HRB400鋼筋3根（?20 mm）；下部縱筋為HRB400鋼筋3根（?20 mm）；箍筋為HPB300鋼筋Φ8@200。

梁號：1-31

跨長：3.000 m

截面：B×H=0.300 m×0.300 m

圖9 格構(gòu)梁及配筋示意Fig.9 Detail drawing of the lattice beam and reinforcement

背側(cè)縱筋：180 mm（左）、180 mm（中）、180 mm（右）

面?zhèn)瓤v筋：180 mm（左）、180 mm（中）、180mm（右）

表6 巖土體物理力學(xué)參數(shù)Table 6 Physical and mechanical parameters of rock

表7 格構(gòu)式錨桿擋墻錨桿計(jì)算結(jié)果Table 7 Calculation results of the lattice bolt retaining wall

圖10 格構(gòu)梁錨桿結(jié)構(gòu)示意Fig.10 Lattice beam anchor structure

箍筋：339 mm（左）、339 mm（中）、339 mm（右）

格構(gòu)梁在坡面呈正方形布設(shè)，格構(gòu)梁截面300 mm×300 mm，采用C25混凝土澆筑；格構(gòu)梁間距3.0 m×3.0 m，格構(gòu)節(jié)點(diǎn)處設(shè)置錨桿，錨桿間距為3.0 m；格構(gòu)梁底梁需全斷面設(shè)在巖層上；格構(gòu)梁底設(shè)墊層進(jìn)行找平。

3.3.3 整體穩(wěn)定驗(yàn)算

巖體面積：193.203 m2

結(jié)構(gòu)面長度：18.572 m

坡線荷載：91.380 kN

水平地震力：188.373 kN

巖體重力：5023.286 kN

抗滑力：3381.713 kN

下滑力：188.373 kN

整體穩(wěn)定驗(yàn)算滿足要求：安全系數(shù)Ks=17.952≥1.100

計(jì)算結(jié)果所得邊坡穩(wěn)定性系數(shù)均大于規(guī)范要求穩(wěn)定性系數(shù)，理論上本方案是可行的。

4 方案實(shí)施及效果

該隱患點(diǎn)治理方案經(jīng)過專家評審后進(jìn)行實(shí)施治理，通過統(tǒng)籌安排和精心施工，工程已于2018年竣工并通過驗(yàn)收，治理效果獲得相關(guān)專家的高度認(rèn)可，工程治理效果見圖11。該隱患點(diǎn)的治理思路完全符合預(yù)期效果，消除了安全隱患，同時(shí)也保留了景區(qū)的特色，對類似景區(qū)治理提供了借鑒和參考。

圖11 工程治理效果Fig.11 Treatment effect

5 結(jié)語

通過對本景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的治理設(shè)計(jì)

分析，在保證景區(qū)安全隱患消減的同時(shí)，必須綜合考慮景區(qū)資源特點(diǎn)，選擇合理的治理方式，既確保設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)合理，可操作性強(qiáng)，又能最大限度保留景區(qū)旅游特色，做到與景區(qū)背景相適應(yīng)。

（1）本隱患點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌，由3部分組成：危巖帶（WYD-1）、危巖體（WY-1）、陡壁坡腳處存在少量崩塌堆積物。治理前發(fā)生過碎石滑落情況，治理后也要加強(qiáng)景區(qū)隱患點(diǎn)排查、巡查，做好景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作。

（2）綜合考慮，選擇以主動(dòng)防護(hù)和避讓為主的治理措施，既保證了游人的安全，又最大限度地保護(hù)景區(qū)旅游資源。

（3）地質(zhì)災(zāi)害的防治是一個(gè)系統(tǒng)工程，治理工程只是在一定程度上減緩和控制地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，不會(huì)一勞永逸，不能因?yàn)橹卫砉こ痰膶?shí)施就放松警惕，汛期還是要配合群測群防系統(tǒng)，重點(diǎn)監(jiān)測、及時(shí)上報(bào)，發(fā)揮治理工程的最大效益。

（4）崩塌是自然景區(qū)中最普遍、最易發(fā)的災(zāi)型，同時(shí)也要做好如滑坡、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害隱患的預(yù)防和治理工作，需加強(qiáng)治理設(shè)計(jì)的方法研究和探討，篩選出最合理、最經(jīng)濟(jì)的治理方案。