廣州市黃埔區(qū)某老人院南側(cè)地質(zhì)災(zāi)害治理工程設(shè)計(jì)研究

吳 舒

廣東省海洋地質(zhì)調(diào)查院 廣東 廣州 510080

泥石流是一種山區(qū)常見的、突發(fā)性的地質(zhì)災(zāi)害，其中暴雨型泥石流具有突發(fā)性強(qiáng)、成災(zāi)快、破壞性強(qiáng)的特點(diǎn)，容易造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡[1]。

擬治理邊坡位于廣州市黃埔區(qū)某老人院南側(cè)山體上，在連續(xù)強(qiáng)降雨天氣期間，溝谷內(nèi)發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致坡面植被毀壞，大量土體夾雜石塊傾瀉而下進(jìn)入坡腳老人院的施工場地內(nèi)，堆積物厚度30cm～80cm，未造成人員傷亡但嚴(yán)重影響老人院的正常施工進(jìn)度。

1 工程概況

擬治理工程范圍東西方向長約300m，南北方向長約250m，泥石流溝谷上部崩塌面坡度50°～70°，泥石流溝谷長度300～400m，最大高差約120m。自然植被覆蓋較好，泥石流區(qū)域巖土層裸露，局部可見中風(fēng)化巖出露。此次泥石流的類型按水源成因分析確定為暴雨泥石流，按集水區(qū)地貌特征分析確定為溝谷型泥石流[2]。

1.1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1.1 地形地貌

擬治理邊坡屬低丘陵地貌，地勢總體上南高北低，整體自然坡度為10°～45°，中上部山體較陡峻(坡度為30°～45°)。山體海拔標(biāo)高為60m～209m，相對高差約149m。地形地貌因素是影響工程區(qū)內(nèi)邊坡穩(wěn)定性的重要因素。

1.1.2 水文地質(zhì)條件

擬治理邊坡所在區(qū)域地下水類型主要為第四紀(jì)松散巖類孔隙水，其主要賦存于邊坡體內(nèi)由混合巖風(fēng)化而成的坡殘積土中，富水性弱。擬治理邊坡所在區(qū)域氣候溫暖濕潤，雨量充沛，大氣降水和山間谷地基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給是該區(qū)域內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給來源。

1.1.3 工程地質(zhì)條件

根據(jù)綜合地質(zhì)調(diào)查以及勘查資料，擬治理工程范圍內(nèi)巖土層自上而下可劃分為泥石流堆積和洪積層（Qsef+pl）、坡積土層（Qdl）、殘積土層（Qel）和震旦系混合巖（Z）。各巖土層的工程地質(zhì)特征如下：

1) 泥石流堆積和洪積層：呈灰黃～灰～暗紅色，松散～稍密。由塊石、碎石、砂礫混粉質(zhì)粘土、粉土組成。該層沿邊坡中下部溝谷分布，堆積厚度為0.5m～3m。

2) 坡積土層：主要為粉質(zhì)粘土、少量粘土和粉土。呈桔紅～黃褐色，可塑為主。主要由粉、粘粒組成，局部含較多中細(xì)砂礫，頂部薄層夾較多塊石（滾石）。該層主要分布于廣闊坡面上，其揭露厚度1.00m～4.80m，平均3.71m。平均標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)為12.3擊。

3) 殘積砂質(zhì)黏性土：由混合巖風(fēng)化殘積而成，呈紅～灰黃色，硬塑～堅(jiān)硬，硬塑為主。主要由石英、蒙脫石、高嶺石等礦物組成，礦物成分基本風(fēng)化成土。母巖結(jié)構(gòu)可辨認(rèn)，浸水軟化崩解。粘塑性一般，具脹縮性。該層分布較連續(xù)，其揭露厚度2.90m～6.60m，平均4.78m。平均標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)為29.3擊。

4) 全風(fēng)化混合巖：呈灰黃色～褐黃色、紅色，巖芯呈堅(jiān)硬土狀，礦物成分以粘土類礦物和石英為主，大多已風(fēng)化成土。組織結(jié)構(gòu)基本破壞但尚可辨認(rèn)。手可捏碎，浸水軟化崩解。該層在場地內(nèi)均有分布，其揭露厚度2.60m～11.80m，平均6.69m。平均標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)為40.3擊。

5) 強(qiáng)風(fēng)化混合巖：呈褐黃～暗紅色，巖心呈半巖半土狀、碎塊狀，組織結(jié)構(gòu)大部分破壞，含大量粘土礦物，裂隙很發(fā)育，部分可徒手折斷、捏碎，浸水軟化崩解。場地內(nèi)均有揭露該層，其揭露厚度3.90m～7.80m，平均5.87m。

6) 中風(fēng)化混合巖：僅在崩塌后壁局部出露，節(jié)理裂隙普遍發(fā)育，表面裂隙縱橫交錯。巖樣單軸極限抗壓強(qiáng)度為13.3MPa～46.2MPa，平均值為26.55MPa。

1.2 邊坡穩(wěn)定性分析

暴雨泥石流的形成需要三個基本條件[1]：

1) 物源條件：大量的松散巖土體；

2) 地形條件：地形陡峭且相對高差大；

3) 水源條件：有充足的水源或較大的匯水面積。

擬治理邊坡的坡殘積土厚度較大，遇水易軟化崩解，受雨水沖刷易失穩(wěn)滑落，為泥石流的形成提供松散物源。溝谷整體相對高差大，且中上部坡度較陡，邊坡中上部巖土體容易在重力作用下滑落從而形成泥石流。此次發(fā)生泥石流的溝谷本身就是大面積的匯水區(qū)，連續(xù)強(qiáng)降雨會在溝谷內(nèi)形成洪流為泥石流的形成提供充足的水源。

綜上所述，該邊坡在連續(xù)強(qiáng)降雨天氣期間，仍有繼續(xù)發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。

2 邊坡治理工程設(shè)計(jì)

2.1 工程方案設(shè)計(jì)

綜合考慮現(xiàn)場的地形地貌、泥石流地質(zhì)災(zāi)害成因、各巖土層工程性質(zhì)等因素，確定“逐級消能，逐級攔截”的治理思路。在泥石流物源區(qū)清除松散土體并穩(wěn)固坡面，在泥石流流通區(qū)和堆積區(qū)逐級消耗松散物源下滑的動能，并把松散物源逐級攔截下來，同時(shí)通過截排水溝合理引導(dǎo)坡面的雨水，使之無法形成泥石流。

擬治理邊坡采用“坡面分級擋土墻支護(hù)+格構(gòu)梁錨固護(hù)面+坡面綠化+截排水系統(tǒng)”的治理方案（圖1），具體工程措施如下：

圖1 邊坡支護(hù)典型剖面圖

1) 設(shè)計(jì)坡率：1:0.90～1:2.40，清除邊坡表面松散巖土體。

3) 格構(gòu)梁：梁寬0.3m，梁高0.4m，采用C30混凝土現(xiàn)澆，梁間植草綠化。

4) 坡面分級擋土墻：根據(jù)現(xiàn)場地形設(shè)置4～6m高擋土墻，基礎(chǔ)埋深2.0m，擋土墻基礎(chǔ)持力層為強(qiáng)～中風(fēng)化花崗巖，采用C30混凝土現(xiàn)澆，擋土墻每隔10m設(shè)置沉降縫。

5) 鋼管樁：設(shè)置于混凝土擋土墻基底，鋼管樁成孔直徑φ300，內(nèi)置φ219×6鋼管，全長6m。

6) 坡頂混凝土截水溝內(nèi)徑0.5m×0.5m；平臺混凝土排水溝內(nèi)徑0.3m×0.3m；坡面跌水臺階內(nèi)徑為0.5m×0.5m（邊坡上部）和1m×1m（邊坡中下部）。

7) 坡面綠化應(yīng)選擇適宜本地生長和根系發(fā)達(dá)的草種。

2.2 設(shè)計(jì)方案穩(wěn)定性計(jì)算

2.2.1 計(jì)算方案

采用簡化Bishop法驗(yàn)算三個設(shè)計(jì)剖面在兩種工況條件下的安全系數(shù)[3]。采用庫倫土壓力理論驗(yàn)算兩個混凝土擋土墻的安全系數(shù)。

2.2.2 荷載組合

一般工況：在低水位條件下，考慮巖土體自重；

地震工況：在高水位條件下，考慮巖土體自重，抗震設(shè)防烈度按7度考慮。

2.2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)

巖土物理力學(xué)參數(shù)是根據(jù)勘查報(bào)告，并參考有關(guān)規(guī)范以及鄰近工程經(jīng)驗(yàn)確定，詳細(xì)參數(shù)見表1。

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)

2.2.4 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

依據(jù)上述計(jì)算方案，設(shè)計(jì)剖面和擋土墻的安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 安全系數(shù)計(jì)算表

2.3 截排水設(shè)計(jì)

合理布置截排水溝能有效控制泥石流的水源條件。通過計(jì)算和對比雨水流量和截排水溝設(shè)計(jì)流量[4]，截排水溝的設(shè)計(jì)流量能滿足該工程的排水要求，結(jié)果詳見表3和表4。

表3 雨水流量計(jì)算

表4 截排水溝參數(shù)及流量計(jì)算

3 結(jié)束語

本工程治理方案通過控制松散巖土體位移、逐級消耗滑落的巖土體的動能、逐級攔截松散巖土體、設(shè)置截排水溝四種手段形成有效的坡面防護(hù)體系，避免引發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害。

本工程所采用的坡面防護(hù)措施已經(jīng)在各類道路邊坡和建筑邊坡工程上廣泛應(yīng)用，施工工藝成熟，邊坡治理效果較好，在消除地質(zhì)災(zāi)害、保護(hù)老人院的同時(shí)，也考慮到景觀美化的需求。