賀巴高速公路來賓至都安段斜坡崩塌易發(fā)性評價分析

羅維當，楊再朝

(廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

崩塌作為一種常見且多發(fā)的地質災害，對公路工程建設中的設計、施工具有較大影響。目前針對崩塌地質災害的評價方法主要是國家和部分地方出臺的地質災害危險性評估規(guī)程，國內外對某一區(qū)域性地質災害易發(fā)性和具體某個邊坡崩塌機理的相關研究也頗多，定性定量的方法均有[1]，但對于在項目前期研究階段預測建設中引發(fā)山體斜坡崩塌易發(fā)性的創(chuàng)新評價方法還有進一步的研究空間[2]。

本文以賀巴高速公路來賓至都安段為項目實例和研究對象，將層次分析法和項目前期調查方法結合起來對山體斜坡崩塌的易發(fā)性做出評價，目的是提出更加科學合理、操作性強的評價方法，為其他同類項目的可行性研究和設計提供參考。

1 項目概況

本項目起點位于來賓市興賓區(qū)鳳凰鎮(zhèn)附近，與賀巴高速公路象州至來賓段順接，路線向西經(jīng)來賓市興賓區(qū)鳳凰鎮(zhèn)、七洞鄉(xiāng)、忻城縣安東鄉(xiāng)、思練鎮(zhèn)，與柳州至南寧第二高速公路相交后，從忻城縣城南側經(jīng)過，經(jīng)紅渡鎮(zhèn)后，跨越紅水河進入馬山縣金釵鎮(zhèn)，之后經(jīng)河池市都安縣菁盛鄉(xiāng)、龍灣鄉(xiāng)，終于都安縣澄江鄉(xiāng)東謝村G210國道附近，與賀巴高速公路都安至巴馬段順接。主線全長133.225 km。

該項目采用雙向四車道高速公路標準，設計速度為100 km/h，路基寬度為26 m。主線共設置橋梁17 244.5 m/25座，其中，技術復雜特大橋863.5 m/2座，一般性特大橋、大橋16 180 m/20座，中橋201 m/3座，隧道43 941 m/16座，分離式立交橋3 968 m/17座。全線橋隧比為49%，共設置鳳凰北、七洞、思練、忻城、金釵5處互通式立交。

2 項目區(qū)地質環(huán)境條件

2.1 地形地貌

擬建線路沿線根據(jù)地貌成因和組合形態(tài)，劃分為溶蝕堆積-孤峰平原、侵蝕溶蝕-峰叢洼地谷地、侵蝕溶蝕-峰林谷地、侵蝕溶蝕-巖溶丘陵四種地貌類型。

溶蝕堆積-孤峰平原地貌主要分布于擬建線路K223+490～K235+200、K296+900～K298+400路段，總長13.21 km，約占全線的10.0%。侵蝕溶蝕-峰叢洼地谷地地貌主要分布于擬建線路K235+200～K263+000、K274+000～K296+900、K301+000～K317+400、K326+000～K356+715路段和忻城縣城連接線全段，總長97.487 km，約占全線的73.4%。侵蝕溶蝕-峰林谷地地貌主要分布于擬建線路K263+000～K274+000路段，總長11.0 km，約占全線的8.3%。侵蝕溶蝕-巖溶丘陵地貌主要分布于擬建線路K298+400～K301+000、K317+400～K326+000路段，總長11.2 km，約占全線的8.4%。

2.2 地層巖性與工程地質性質

根據(jù)野外調查、區(qū)域地質資料，整個評估區(qū)分布的地層主要有第四系(Q)、三疊系(T)、二疊系(P)和石炭系(C)。根據(jù)評估區(qū)地層巖性及工程地質性質，結合強度、結構、巖性、組合關系，將評估區(qū)劃分為兩個工程地質巖組。

(1)中厚-厚層狀強巖溶化較硬的灰?guī)r、白云巖巖組：由P1m、P1q、C3、C2h、C2d、C1d、P2地層組成，廣泛分布于評估區(qū)大部分路段，巖性以灰?guī)r為主，各地層還不同程度地分布有白云巖、含燧石灰?guī)r、白云質灰?guī)r?？傮w上為較均勻的純碳酸鹽巖，灰?guī)r質地純凈，方解石含量>98%，酸不溶物一般<1%，CaO/MgO>10，巖溶強發(fā)育。巖體結構類型以中厚-厚層狀為主，低洼處地表覆蓋溶余堆積層，山體多基巖裸露，溶洞和巖溶裂隙發(fā)育，鉆孔遇洞率50.0%，線巖溶率為11.27%，灰?guī)r飽和單軸抗壓強度平均值為36.64 MPa，屬于較硬巖。巖體完整程度以較完整為主，巖體基本質量等級為Ⅲ類。

(2)薄層狀弱巖溶化較硬的灰?guī)r夾較軟的泥巖、細砂巖巖組：由T1組成，僅分布于少部分路段，巖性主要為薄層狀灰?guī)r、礫狀灰?guī)r夾雜色泥巖、粉砂質泥巖?；?guī)r飽和單軸抗壓強度平均值為36.64 MPa，根據(jù)區(qū)域水文地質資料，泥巖、細砂巖巖石抗壓強度為20～50 MPa。但是泥巖遇水發(fā)生軟化，為軟弱巖。

2.3 地質構造

評估區(qū)位于華南活動帶桂中-桂東北褶皺系來賓凹陷，該區(qū)域經(jīng)歷了印支-華力西旋回發(fā)展階段，構造線大部分為南北走向，其次為北北西走向。

評估區(qū)內褶皺較為發(fā)育，多為南北向，主要褶皺有大許向斜、龍安背斜、蓮塘背斜、黃峒背斜、沙帽向斜、古麥背斜、渡口向斜、六納背斜、百旺屜狀復式向斜、紅渡向斜等。

評估區(qū)內斷層較為發(fā)育，多為南北向，主要斷層有蓮塘正斷層、白頭山平移斷層、錦江-童子山逆斷層、新村-新隆逆斷層、獨山斷層、渡口正斷層、六分-沙龍逆斷層、六分-塘紅正斷層、甘灣-龍河逆斷層等。

2.4 水文地質條件

據(jù)區(qū)域水文地質資料，評估區(qū)所在區(qū)域位于來賓、都安等桂中地區(qū)的巖溶區(qū)，地下水類型按地層巖性、含水介質分類，可劃分為松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類巖溶水兩大類。

純碳酸鹽巖裂隙溶洞水一般存在于谷地中，擬建工程主要表現(xiàn)為填方，少量為挖方工程，對公路建設影響小，但巖溶水的變動可能會引發(fā)巖溶塌陷，對地質災害影響較大。碳酸鹽巖夾碎屑巖溶洞裂隙水水量貧乏，易于疏干，預計該類型地下水對地質災害或公路建設影響小。

3 巖質崩塌地質災害易發(fā)性評價

本文采用層次分析法對本公路沿線自然山體發(fā)生巖質崩塌地質災害的易發(fā)性進行預測與評價。

3.1 評價因子的確定

項目區(qū)沿線的地質環(huán)境條件較復雜，根據(jù)山體斜坡發(fā)生巖質崩塌的機制和原理，參考廣西地方標準《地質災害危險性評估規(guī)程》(DB45/T 1625-2017)中表D.4危巖發(fā)育程度(可能性)分級表，從而確定巖質崩塌評價因子。

因此選取反映山體斜坡自身穩(wěn)定性的地質環(huán)境條件和工程建設中對其產(chǎn)生影響的人為因素，歸納為五個主要因素：地形地貌條件、巖體性質、結構面特征、同類災點、工程活動，并將其作為本次模型的評價因子。評價因子如下：

FS={I1,I2,I3,I4}={地形地貌條件、巖體性質、結構面特征、同類災點、工程活動}

該評估多級目標決策方法將5個子因素集用二級因素表示如下：

地形地貌I1={X11}={高差、坡度}；

巖體性質I2={X21、X22}={巖體、破碎程度}；

結構面特征I3={X31、X32、X33}={結構面和坡向組合、裂隙狀態(tài)}；

同類災點I4={X41}={同類災點密度、同類災點規(guī)模};

工程活動I5={X41}={工程活動強度、工程活動距離}。

由此得出高差、坡度、巖性、破碎程度、結構面和坡向組合關系、裂隙狀態(tài)、同類災點密度、同類災點規(guī)模、工程活動強度、工程活動距離等10個亞級評價因子(層次結構見圖1)。

圖1 崩塌易發(fā)性因素層次分析結構圖

3.2 評價因子對自然山體發(fā)生巖質崩塌易發(fā)性的權重分析

影響因子對自然山體發(fā)生巖質崩塌的權重指各因子對該類型地質災害影響的重要程度，根據(jù)各影響因素重要性不同，本文采用“九標度”的層次分析法[3]。

表1 層次分析法兩兩對比標度表

根據(jù)表1的標度，將高差、坡度、巖性、破碎程度、結構面和坡向組合關系、裂隙狀態(tài)、同類災點密度、同類災點規(guī)模、工程活動強度、工程活動距離等十個因素的重要性按兩個層次進行兩兩比較打分，比較結果如表2～7所示。

表2 易發(fā)性——中間層因子兩兩對比標度表

表3 地形地貌條件——方案層因子兩兩對比標度表

表4 巖體性質——方案層因子兩兩對比標度表

表5 結構面特征——方案層因子兩兩對比標度表

表6 工程活動——方案層因子兩兩對比標度表

表7 同類災點——方案層因子兩兩對比標度表

中間層按5個因素進行兩兩對比，方案層各按2個因素進行兩兩對比，進行矩陣運算獲得權重，結果如表8、表9所示。

表8 易發(fā)性的因素權重表

表9 方案層中要素對決策目標的排序權重表

3.3 崩塌易發(fā)性等級的確定

由于影響山體斜坡巖質崩塌的因素較多且復雜，影響因素間也有著不確定關聯(lián)性[4]，基于收集資料的精度和評估的實際價值，將巖質崩塌的易發(fā)性劃分為高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)三個等級(如表10所示)。

表10 山體斜坡巖質崩塌易發(fā)性預測評價要素分級表

為了滿足定性-半定量評價要求，對各個影響因子進行對應描述的數(shù)值化,因此用層次分析法來確定崩塌易發(fā)性是行之有效的方法之一。其基本公式見式(1)：

(1)

式中：FS——易發(fā)性指數(shù)；

ai——權值；

Xi——易發(fā)性級別量化指標，其值按表3 取值。

根據(jù)FS值，按表11劃分巖質崩塌易發(fā)性等級。

表11 巖質崩塌易發(fā)性分級表

3.4 巖質崩塌易發(fā)性評估結果

根據(jù)地形地貌條件和工程特征，選取了36個存在斜坡的典型路段，各路段發(fā)生巖質崩塌的易發(fā)性評估值FS在1.39～6.78 之間(未列入表中的其他低矮斜坡FS均<3.0)。根據(jù)表11要求，巖質崩塌的易發(fā)性劃分為高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)3個等級。高易發(fā)區(qū)段主要分布在K253+100～K253+600、K263+120～K264+100、K280+180～K281+100、K310+680～K315+180、K355+950～K356+270、L4K9+100～L4K9+640等路段；中易發(fā)區(qū)段主要分布在K227+510～K228+520、K235+300～K236+310、七洞出口連接線IK0+500～IK0+900、K251+200～K251+500、K252+700～K252+950、K257+210～K263+120、K264+500～K265+000、K265+570～K266+340、K266+450～K267+100、K270+280～K271+100、K283+000～K283+800、K284+800～K286+050、286+930～K287+120、K290+355～K290+625、K293+325～K293+547、K294+920～K295+500、忻城出口連接線IK1+400～IK1+700、K298+300～K298+500、K305+400～K306+300、K306+300～K307+750、K328+830～K329+970、K335+000～K338+010、K346+240～K352+300、L4K0+457.3～L4K0+550、L4K5+150～L4K5+300、L4K6+450～L4K6+500、L4K9+640～L4K10+930等路段。

4 結語

(1)賀巴高速公路來賓至都安段崩塌地質災害高易發(fā)區(qū)段主要分布在K253+100～K253+600、K263+120～K264+100、K280+180～K281+100、K310+680～K315+180、K355+950～K356+270、L4K9+100～L4K9+640等路段。

(2)巖質崩塌易發(fā)性主要影響因素為結構面和坡向組合關系、工程活動強度、周邊同類災點規(guī)模、破碎程度等。

(3)在線性工程選線時，應將結構面和坡向組合關系作為重要的地質選線考慮因素，對其他同類項目具有一定的借鑒和參考價值。