蘭州市小關山溝立交工程地質災害危險性評估及防治對策

王樹青

(甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730020)

擬建工程位于蘭州市安寧區(qū)小關山溝出口處，為蘭州市重要建設項目。為保障小關山溝立交工程的安全，對評估區(qū)地質災害危險性進行評估，并提出治理對策，為同類型立交工程建設提供借鑒 。

1 地質環(huán)境條件

1.1 自然地理地貌

蘭州市屬隴中北部冷溫帶半干旱氣候區(qū)，降水少日照多；屬黃河干流流域，北部山區(qū)發(fā)育有里程溝、小關山溝、關山溝3條季節(jié)性沖溝。地貌主要為剝蝕堆積黃土丘陵及侵蝕堆積河(溝)谷階狀平原地貌，地勢北高南低，主要有灰褐土、栗鈣土、灰鈣土、黃綿土、灌淤土、紅黏土及鹽土。

1.2 地質背景

場地位于祁呂賀山字型構造體系前弧西翼與河西系武威—蘭州構造帶的復合部位[1]，經過金城關壓扭性斷裂，產狀230°∠80°。出露地層為前寒武系皋蘭群變質巖及第四系，前者主要沿溝谷兩側谷坡帶狀出露，巖性為黑云角閃片巖、石榴黑云片巖、黑云絹云片巖夾薄層石英巖；后者位于階地、河谷和地表，主要為卵石和粉土。地震較為頻繁，地震基本烈度為Ⅷ度，加速度為0.2g，地震動反應譜特征周期為0.45 s。

1.3 巖土體工程地質類型

評估區(qū)為隴西黃土丘陵較不穩(wěn)定工程地質區(qū)，可細分為4個工程地質類型。

(1)層狀軟弱—堅硬變質巖巖組：出露于擬建線路北側溝谷下部及山前斜坡地帶，為前寒武系皋蘭群花崗片麻巖，抗壓強度80～180 MPa，為良好的工程地質巖組。

(2)結構單一的黃土：分布于評估區(qū)北部Ⅳ—Ⅴ級階地，黃色粉土，質地疏松均一，孔隙十分發(fā)育，地基土承載力為110 kPa，為評估區(qū)崩塌、滑坡災害的多發(fā)地層和易滑巖組。

(3)雙層結構的粉土、砂礫卵石類土：分布于Ⅱ級階地上部及Ⅳ級、Ⅴ級階地。上部為粉土，地基土承載力為120 kPa；下部為砂礫卵石，地基土承載力為400 kPa。

(4)人工填土：零星分布，以素填土為主，地基承載力特征值為50～80 kPa。

1.4 地下水

區(qū)內地下水可分為基巖類裂隙水和松散巖類孔隙水。前者分布于評估區(qū)北部丘陵區(qū)下部，賦存于前寒武系皋蘭群中，構成基巖層間裂隙水，主要為大氣降水的入滲，以泉的形式排泄于溝谷或側向補給；后者分布于黃河階地及各大型溝谷中，為第四系沖洪積礫卵石潛水，水質較差。

2 地質災害危險性評估

評估區(qū)發(fā)育的地質災害類型主要有不穩(wěn)定斜坡、泥石流及黃土濕陷。

2.1 不穩(wěn)定斜坡

評估區(qū)共發(fā)育有不穩(wěn)定斜坡4處，主要分布于黃河北岸山前第一斜坡帶，其中巖質斜坡3處，土質—巖質斜坡1處(表1)。

表1 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性評價一覽表

(1)不穩(wěn)定斜坡X1。位于小關山溝出口西側，巖質邊坡，坡向190°，坡寬約80 m，坡高約30 m，坡度約45°，破壞方式主要為坍塌和滑塌，出露地層為強(全)風化片麻巖，風化強烈，裂隙發(fā)育，局部坡面有掉塊、坍塌跡象。坡面發(fā)育有數條卸荷裂隙，長約2～5 m，寬約4～8 cm，深約0.4 m。形成原因主要為修路人工開挖坡腳，形成較大的臨空面導致坡體失穩(wěn)，在長期風化、雨水沖刷等因素影響下易造成局部巖土體滑塌。

(2)不穩(wěn)定斜坡X2。位于駕校北側，坡腳距擬建C匝道挖方邊坡坡口線約25 m，巖質邊坡，坡向170°，坡寬約80 m，坡高約85 m，整體坡度約65°，坡體局部近直立，破壞方式主要為坍塌和滑塌。出露地層上部為馬蘭黃土，垂直節(jié)理發(fā)育，疏松，具大孔隙，厚約5 m；中部為第四系上更新統(tǒng)沖積物，以卵石為主，厚度約5 m；下伏基巖出露于坡腳，片麻巖表層破碎，風化強烈，裂隙發(fā)育，局部坡面有掉塊、坍塌跡象。坡頂原為采石場，現為駕校訓練場，坡頂發(fā)育有數條卸荷裂隙，長約8～10 m，寬約5～8 cm，深約0.8 m。形成原因主要為采石開挖，形成較大的臨空面導致坡體失穩(wěn)，在長期風化、雨水沖刷等因素影響下易造成局部土體滑塌。

(3)不穩(wěn)定斜坡X3。位于駕校南側，巖質邊坡，坡向225°，坡寬約90 m，坡高約15 m，坡度約50°。出露地層為強(全)風化片麻巖，片麻巖表層破碎，風化強烈，裂隙發(fā)育，局部坡面有掉塊、坍塌跡象。坡腳為駕校訓練場，坡頂發(fā)育有數條卸荷裂隙，長約2～3 m，寬約2～5 cm，深約0.3 m。形成原因主要為削坡修路，形成較大的臨空面導致坡體失穩(wěn)，在長期風化、雨水沖刷等因素影響下易造成局部巖土體滑塌。

(4)不穩(wěn)定斜坡X4。位于擬建C匝道起點南側，坡頂為擬建C匝道橋梁承臺，巖質邊坡，坡向230°，坡寬約40 m，坡高約22 m，坡度約55°。出露地層為強(全)風化片麻巖，片麻巖表層破碎，風化強烈，裂隙發(fā)育，局部坡面有掉塊、坍塌跡象。坡頂發(fā)育有數條卸荷裂隙，長約5～8 m，寬約2～6 cm，深約0.3 m。形成原因主要為削坡修路，形成較大的臨空面導致坡體失穩(wěn)，在長期風化、雨水沖刷等因素影響下易造成局部巖土體滑塌。

總之，4處不穩(wěn)定斜坡形成條件較為近似，1處不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性差，3處不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性較差。

2.2 泥石流

評估區(qū)分布有里程溝、小關山溝、關山溝3條泥石流溝，為暴雨型稀性溝谷型小型泥石流。

區(qū)內泥石流主要沿黃河北岸呈東西向帶狀展布，平均發(fā)育密度0.5條/km。以第四系粉土、砂礫卵石及前寒武系變質巖為主，溝谷兩側側蝕較強烈，局部存在坍塌，殘坡體堆積較厚，人類活動較強烈，植被覆蓋率較低。泥石流暴發(fā)頻率約3～5年1次，集中于6—9月，較大規(guī)模的泥石流暴發(fā)周期約為8～10年，甚至幾十年1次。

總之，區(qū)內發(fā)育的3條泥石流均屬中易發(fā)泥石流溝，由北向南徑流，其中里程溝、關山溝有排洪通道，最終匯入黃河，小關山溝僅在出山口處修建有排導渠，至安寧東路匯入城市排水系統(tǒng)，威脅對象主要為擬建工程、過往行人及車輛，

2.3 黃土濕陷

評估區(qū)濕陷性黃土主要指黃土和黃土狀土，因其具有濕陷性，常形成災害。黃土濕陷作用易形成較多的黃土陷穴、洞穴，主要分布于黃土丘陵區(qū)的山洼地帶及河谷Ⅱ級階地階面，落水洞多呈圓形及橢圓形，洞徑約0.5～1.0 m，深約1～2 m，在大部分山洼溝槽中呈串珠狀分布，個別落水洞貫通。

(1)濕陷性黃土：質地均一，垂直節(jié)理發(fā)育，結構疏松，成分以粉土為主，大孔隙，具Ⅱ(中等)—Ⅳ級(很嚴重)自重濕陷性，孔隙度多大于50%，中等壓縮性，含水量低。

(2)濕陷性黃土狀土：多為沖洪積物，具水平層理，以Ⅰ級(輕微)非自重濕陷為主，夾砂性土或粉質黏土透鏡體，粒度成分中黏粒和砂粒含量明顯增高，結構較疏松，孔隙度和壓縮系數均較大，屬中等—高壓縮性土。

總之，評估區(qū)內粉土層具濕陷性，濕陷等級為Ⅱ(中等)—Ⅳ級(很嚴重)自重濕陷性。蘭州地區(qū)黃土含水量低，水敏感性強，起始濕陷壓力低，在降水等不利工況下，遇水易形成大面積的濕陷下沉、沉降、塌陷，特別在大厚度黃土區(qū)更明顯。因此，在水的作用下，發(fā)生黃土濕陷的可能性較大。

3 防治措施建議

按照“以防為主、防治結合”的原則，以達到保護地質環(huán)境，避免和減少地質災害損失為目的，從實用性及可操作性出發(fā)，對評估區(qū)內地質災害提出一些防治措施[2-3]。

3.1 工程建設地質災害防治措施建議

(1)不穩(wěn)定斜坡防治措施：建議定期監(jiān)測，坡面采用錨桿或錨索+框架，坡腳修建擋土墻以及截排水工程等措施進行治理，防止邊坡對工程建設、施工人員及各類設施造成危害。

(2)泥石流防治措施：做好排導和防護措施，擬建工程施工前，先進行小關山溝溝道治理工程，避免擬建工程施工、運營期發(fā)生泥石流沖蝕危害；工程建設中的棄土棄渣須及時運至指定地點分層碾壓、夯實，并對棄土堆周圍采取必要的防護措施，避免引發(fā)或加劇泥石流災害；避開汛期施工或采取臨時排導工程等有效防護措施，防止泥石流災害對工程建設構成危害；加強泥石流災害巡查及監(jiān)測預警機制，發(fā)現隱患和險情，及時采取有效處置措施。

(3)黃土濕陷防治措施：公路路基采取分層碾壓、夯實或墊層法對濕陷土層進行處理，以降低其對工程的不利影響；道路兩側做好排水渠工程，防止雨水滲入地基而引發(fā)黃土濕陷災害；供排水管網采取防滲處理措施，線路內綠化區(qū)應采取噴灌、滴灌等澆水方式，合理優(yōu)化灌溉方式。

3.2 工程建設引發(fā)的地質災害防治措施建議

(1)挖填方工程遵循分期實施、分片作業(yè)、循環(huán)優(yōu)化、逐步擴大的基本原則。根據巖土的性質確定合理的分層開挖高度和坡度，確保開挖邊坡的穩(wěn)定與施工安全。土方開挖自上而下進行，不得亂挖、超挖，嚴禁掏洞取土或護坡取土。

(2)在場地平整施工中，不能將土方堆放于溝道中，以防強降雨引發(fā)泥石流災害。

(3)應在棄土堆周圍采取必要的防護措施。該工程填方量較大，整平中應分層碾壓、夯實，防止棄土棄渣轉化為泥石流的松散物源而威脅施工人員、施工機械及溝口居民區(qū)的生命財產安全。

4 結論

(1)評估區(qū)地質環(huán)境條件復雜程度為復雜，發(fā)育有不穩(wěn)定斜坡4處、小型泥石流3條及黃土濕陷災害廣泛分布。其中，不穩(wěn)定斜坡X2發(fā)生災害的可能性較大，造成損失中等；泥石流和黃土濕陷災害發(fā)生災害的可能性均較大，但可能造成的損失小，危險性小。

(2)定期監(jiān)測，不穩(wěn)定斜坡坡面采用錨桿或錨索+框架，坡腳修建擋土墻以及截排水工程等措施進行治理；泥石流做好排導和防護措施；采用分層碾壓、夯實或墊層法對濕陷土層進行處理等措施，能有效防止地質災害對工程建設、施工人員及各類設施造成危害。