桂林市興安縣興樁路大角丘村山體危巖地質(zhì)災(zāi)害治理方案分析

王繁春, 鑒倩倩, 李成慶

(1.廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質(zhì)勘察院，廣西 桂林 541002；2.桂林航天工業(yè)學(xué)院，廣西 桂林 541004)

1 地質(zhì)災(zāi)害分布位置、規(guī)模、范圍

經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查確定，興安縣興樁路大角丘村山體危巖位于桂林市興安縣城至樁子道路K23+100 m至K23+250 m段西側(cè)山體陡崖上，包括2處危巖體，體積約1 969.0 m3，1處危巖帶，體積約2 900.0 m3，總體積共約4 869.0 m3。坡腳堆有堆積體，總體積約1 180 m3，其個(gè)體體積一般為0.1～2.0 m3，單體最大體積約5.0 m3。為便于描述，將2處危巖體分別命名為WY1、WY2，危巖帶命名為WYD3，各危巖體(帶)位置、規(guī)模、特征分述如表1。

表1 各危巖體(帶)基本特征表

2 工程地質(zhì)條件

興安縣屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充沛。據(jù)氣象資料，多年平均氣溫18.7 ℃，極端最高氣溫為38.9 ℃，年最低氣溫-5.8 ℃。多年平均降水量1 842 mm，最大年降雨量為2 232.6 mm，雨季一般在4—8月，占全年降雨量的67.72%，在此期間常有暴雨，日最大降雨量可達(dá)228 mm，每小時(shí)降雨量最大值約120 mm。危巖區(qū)出露的地層為泥盆系上統(tǒng)東崗嶺組(D2d)灰?guī)r，呈灰白色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，力學(xué)強(qiáng)度較高，堅(jiān)硬程度屬較堅(jiān)硬，構(gòu)造裂隙較發(fā)育，巖體較完整，巖層產(chǎn)狀180°∠25°。據(jù)查閱1∶20萬興安幅區(qū)域水文地質(zhì)普查資料，勘查區(qū)地下水水質(zhì)化學(xué)類型為HCO3—Ca型，礦化度為0.06～0.29 mg/L，pH值6.90～7.52。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，危巖區(qū)位于區(qū)域地下水位之上，故區(qū)域地下水對危巖穩(wěn)定性無影響，但大氣降水對危巖的穩(wěn)定性影響較大。

3 危巖形成機(jī)制及影響因素

3.1 形成機(jī)制

(1)巖體特征演異階段。危巖微地貌屬陡崖，巖體內(nèi)的自重應(yīng)力迫使臨空面周圍巖體發(fā)生卸荷作用，臨空周圍主應(yīng)力跡線發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，在其附近產(chǎn)生應(yīng) 坡緣附近形成張力帶，巖體被拉裂，形成與坡面近于平行的拉裂面。由于卸荷作用，坡體向臨空方向回彈，使巖體原有構(gòu)造陡傾裂隙進(jìn)一步加深加大，形成卸荷裂隙帶。

(2)由于修建公路切坡、爆破而導(dǎo)致巖體內(nèi)的自重應(yīng)力發(fā)生變化，周圍巖體原有結(jié)構(gòu)被破壞后導(dǎo)致失去原有的穩(wěn)定性，最終形成危巖。

(3)巖體的時(shí)效變形破壞階段。卸荷裂隙的形成為其進(jìn)入時(shí)效變形破壞創(chuàng)造了條件，受風(fēng)化、振動、降水等作用，灰?guī)r巖體被切割成分離的塊體。巖體在自重作用下向臨空方向產(chǎn)生進(jìn)一步變形，陡傾裂隙進(jìn)一步拉裂擴(kuò)張，形成危巖。

(4)巖體破壞階段。危巖形成后，在降雨、振動、根劈等外動力因素作用下，極可能出現(xiàn)失穩(wěn)破壞。

3.2 危巖影響因素

對危巖崩塌的形成因素有外部和內(nèi)部因素兩類，其中，外部因素為主要影響因素，內(nèi)部因素為次要因素[1]。項(xiàng)目區(qū)危巖的形成是人工開采、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造，地形地貌、氣候變化、溶蝕風(fēng)化作用、晝夜溫差變化、降雨、植被根劈及振動等共同作用的結(jié)果。

4 危巖穩(wěn)定性分析

4.1 計(jì)算參數(shù)的確定

計(jì)算參數(shù)根據(jù)廣西壯族自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)《危巖防治工程技術(shù)規(guī)范》(DB 45/T 1696—2018)所提供的方法理論來確定[2]。危巖體穩(wěn)定情況的評測，根據(jù)危巖體的受力情況和可能破壞形式，通過野外勘查和室內(nèi)分析確定。計(jì)算參數(shù)見表2、表3。

表2 危巖穩(wěn)定性計(jì)算巖石參數(shù)一覽表

表3 危巖穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)構(gòu)面參數(shù)一覽表

4.2 計(jì)算模型

WY1～WYD3危巖體(帶)屬滑塌式，滑面緩傾。危巖穩(wěn)定性按巖體破碎的巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算公式如式(1)：

(1)

后緣有陡傾裂隙時(shí)計(jì)算公式如式(2)：

(2)

式中：F為危巖體穩(wěn)定性系數(shù)；W為危巖體自重，kN；V為裂隙水壓力，kN，根據(jù)不同工況按V=0.5γwhw2計(jì)算(γw為水的重度，kN/m3，hw為裂隙充水高度，m)，在暴雨時(shí)可取裂隙深度的1/3～2/3，對于危巖體后緣裂隙排水不暢的，在現(xiàn)狀時(shí)按時(shí)間調(diào)查取值；Q為地震力，kN，本勘查區(qū)不考慮地震力的影響；φ為結(jié)構(gòu)面內(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)的加權(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；α為滑面傾角，(°)；β為后緣裂隙與豎直方向的夾角，(°)；c為結(jié)構(gòu)面黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；當(dāng)裂隙未貫通時(shí)，取貫通段和未貫通段黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值按長度加權(quán)的加權(quán)平均值，未貫通段黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值取巖石黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值的0.4倍；h為結(jié)構(gòu)面上裂隙貫通段的深度，m；l為危巖體底部與滑面接觸的長度，m；U為滑面的揚(yáng)水壓力，kN；H為裂隙貫通段上端到裂隙未貫通段末端的垂直距離，m。

根據(jù)以上參數(shù)及計(jì)算公式計(jì)算得出結(jié)論：WY1、WY2危巖體在天然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；WYD3危巖帶在天然工況及暴雨工況下均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

5 防治方案建議

在危巖的野外調(diào)查及地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃的基礎(chǔ)上，綜合地質(zhì)因素、危巖體(帶)特點(diǎn)及施工條件具體情況，以及安全、可行、經(jīng)濟(jì)、綠化等因素[1]，提出興樁路大角丘村座石塘段山體危巖的綜合治理方案為：靜態(tài)破碎清除+人工破碎清除+主動網(wǎng)加固+坡腳處修建攔土埂種植爬山虎、迎春花等常綠植物。

(1)靜態(tài)破碎工程。由于WY1～WYD3危巖體(帶)位于山體陡崖之上，加固措施很難實(shí)施，加固施工過程危險(xiǎn)性大，而且輔助工程規(guī)模大，治理費(fèi)用高，因此，采取靜態(tài)破碎施工，操作簡單，一勞永逸[3]。對其采用靜態(tài)破碎清除處理措施，對危巖體(帶)采用自上而下臺階法靜態(tài)破碎，在實(shí)施爆破時(shí)，先搭施工平臺，進(jìn)行安全防護(hù)，以防止危石崩裂掉下，每次爆破后要把碎石清除干凈，再對下層進(jìn)行破碎。

(2)主動防護(hù)網(wǎng)總體設(shè)計(jì)。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，WYD3危巖帶坡面巖體破碎嚴(yán)重，面積較大，其穩(wěn)定性較差，清除表面破碎巖體后山體裂隙深度一般為0.5～1.2 m。綜合各方面因素考慮，為保證山下過往行人及車輛的生命財(cái)產(chǎn)安全，故設(shè)計(jì)采用清除坡面不穩(wěn)定危巖體+GAR2型主動柔性鋼絲繩防護(hù)網(wǎng)對危巖及周圍巖體破碎的區(qū)域進(jìn)行防護(hù)[4]。

(3)人工清除。人工清除主要是對坡腳堆積體體積較小的危巖體(體積一般約0.1～2.0 m3)，采用人工大錘法破碎[5]。

(4)綠化工程。坡腳為巖質(zhì)，無土壤，難以保水保肥，因此采用攔土埂回填土壤栽植爬山虎、迎春花等進(jìn)行復(fù)綠。攔土埂錨桿直徑Φ20 mm，間距500 mm，橫向加強(qiáng)筋直徑Φ10 mm，間距200 mm，錨桿嵌入巖石30 cm(視巖石完整程度可加深)，外露45 cm；攔土埂采用C25混凝土澆筑，厚度10 cm，混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%后，在攔土埂與坡面圍成的空間回填表土，同時(shí)在攔土埂內(nèi)外兩側(cè)按0.5 m/株的間距栽植藤本植物。

施工流程：施工準(zhǔn)備→搭設(shè)施工腳手架→人工清坡→攔土埂布置→錨桿制作與安裝→綁扎鋼筋與模板安裝→混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)→回填土→栽植植物→人工養(yǎng)護(hù)。

6 結(jié)語

(1)在未治理前，須加強(qiáng)對危巖變化情況的監(jiān)測，普及巖崩地質(zhì)災(zāi)害防治知識，如發(fā)現(xiàn)異常，危險(xiǎn)區(qū)人員應(yīng)及時(shí)撤離。

(2)采用信息法動態(tài)設(shè)計(jì)和信息法動態(tài)施工。施工中遇特殊情況應(yīng)及時(shí)向業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)匯報(bào)，以利及時(shí)處理。

(3)施工完成后定期對主動防護(hù)網(wǎng)工程進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，發(fā)現(xiàn)主動防護(hù)網(wǎng)出現(xiàn)生銹現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)按照相關(guān)規(guī)定除銹、涂漆。