崩塌地質(zhì)災(zāi)害防治示范應(yīng)用
——以濟南章丘北明村東崩塌點為例

李濼，王秀鳳，魏海東*,呂懷營

(1.山東省地質(zhì)測繪院，山東 濟南 250002；2.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 濟南 250013；3.山東泰光建設(shè)工程有限公司，山東 萊蕪 271114)

0 引言

濟南市章丘區(qū)南部山區(qū)地貌復(fù)雜，山體林立，居民生活空間嚴(yán)重受限，以往存在較多的削坡建房現(xiàn)象[1]。因當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境復(fù)雜，加之長期風(fēng)化作用影響，削坡建房形成的高陡邊坡產(chǎn)生了一定的安全隱患，對下方居民生命財產(chǎn)安全造成了威脅。濟南市章丘區(qū)垛莊鎮(zhèn)北明村東崩塌地質(zhì)災(zāi)害點是受降雨誘發(fā)的危害較嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，作為本區(qū)較典型的土質(zhì)邊坡崩塌，如何確定北明村東崩塌類型和成因機制，如何進行穩(wěn)定性評價和因地制宜的采取防治措施，不僅具有重要的現(xiàn)實意義，而且可為類似崩塌災(zāi)害的防治提供借鑒。

1 崩塌總體概況

1.1 崩塌發(fā)育現(xiàn)狀

研究區(qū)位于濟南市垛莊鎮(zhèn)駐地東北約5.6km處北明村東，崩塌災(zāi)害點緊鄰民房。崩塌災(zāi)害點近南北向展布，南北最長約108m，東西寬約21～42m，崩塌點坡頂?shù)貏輺|高西低、北高南低，坡頂高程約+230.52m～+232.93m，坡底高程約+215.69m～+217.02m，相對最大高差約16.0m。災(zāi)害點微地貌類型為山前沖、洪積臺地，為土質(zhì)邊坡，坡度70°～85°，局部可達(dá)90°甚至出現(xiàn)反傾，局部夾碎石土層，坡面頂部植被茂盛。災(zāi)害點上部地類以旱地為主，面積約2730m2，已列入基本農(nóng)田保護范疇。

該坡為20世紀(jì)八九十年代當(dāng)?shù)鼐用袂衅陆ǚ啃纬桑?021年7月，該地災(zāi)點中部已發(fā)生傾倒式崩塌，崩塌物呈碎裂或散體狀堆積于坡底，崩塌點坡長約25m，坡高7～10m，坡寬1～3m，塌落土方量約500～550m3，損毀房屋3間，嚴(yán)重威脅坡下11戶約30名居民的人身財產(chǎn)安全。

1.2 地質(zhì)背景分析

研究區(qū)出露地層為奧陶紀(jì)馬家溝群五陽山組和第四紀(jì)粉質(zhì)黏土層。

奧陶紀(jì)馬家溝群五陽山組，以灰色—淺灰色中—厚層微晶灰?guī)r，豹皮灰?guī)r和隧石結(jié)核灰?guī)r為主，夾生物碎屑、砂屑灰?guī)r[2]。主要出露在崩塌地質(zhì)災(zāi)害點南部、東部山坡，傾向15°，傾角約52°，節(jié)理裂隙較發(fā)育，中—厚層石灰?guī)r石力學(xué)強度高，工程地質(zhì)條件良好。

通過工程勘察鉆孔對現(xiàn)狀地層進行揭露，該處地災(zāi)點基巖埋深較厚，現(xiàn)狀地表以上巖性以第四紀(jì)粉質(zhì)黏土為主，中間夾有兩層厚度不等的碎石土；房屋基礎(chǔ)以下結(jié)合坑探揭露驗證，坑探開挖深度2.5m，揭露地層均為粉質(zhì)黏土層，未見基巖，該處崩塌災(zāi)害點屬于典型的土質(zhì)邊坡崩塌[3-4]。各層的物理性質(zhì)描述如下：

(1)粉質(zhì)黏土：黃褐色，土質(zhì)較均勻，粉粒含量高，黏性差，含少量植物根系和有機質(zhì)，切面光滑，軟塑。該層厚度3.5～6m，變化較大，粘聚力35kPa，內(nèi)摩擦角22°。

(2)碎石土：黃褐色，稍密—中密，雨季吸水易飽水；為洪沖積物，分選較差，呈次圓狀—次棱角狀，礫徑5～30cm，碎石占總重量的30%～60%，碎石間填隙物由碎屑和黏土構(gòu)成；陡坡處表層碎石沒有填隙物易發(fā)生零星崩落。該層厚度1.6～3.1m，粘聚力25kPa，內(nèi)摩擦角30°。崩塌災(zāi)害點立面巖性分布情況見圖1、圖2。

圖1 災(zāi)害點地表以上巖性分層示意圖

1—粉質(zhì)黏土層；2—碎石土層；3—坑探位置、編號及標(biāo)高；4—鉆孔位置、編號及標(biāo)高；5—分界深度圖2 災(zāi)害點縱向剖面圖

1.3 地質(zhì)災(zāi)害形成機理

通過現(xiàn)場調(diào)查、巖土工程勘察、鉆孔及坑探[5]等方式進行調(diào)查分析，目前災(zāi)害點已發(fā)生過小范圍的崩塌，局部區(qū)域已達(dá)到或接近臨界狀態(tài)，隨時有再次崩塌的可能，該處地質(zhì)災(zāi)害點的形成主要受地形地貌、地質(zhì)作用[6-7]、降雨、植物根劈及人類工程活動[8-11]等以下幾個方面影響：

(1)地形地貌。陡峻的斜坡地形是形成邊坡失穩(wěn)的內(nèi)在條件之一，斜坡坡度越陡，表層的土體越容易發(fā)生崩落。該處恰處于高陡邊坡，部分斜坡坡面近直立，給斜坡變形、破壞的發(fā)生和發(fā)展創(chuàng)造了條件。

(2)地質(zhì)作用。坡面上土體較破碎，隨著氣溫升降、水的融入和凍脹，巖土體可沿著已有的聯(lián)結(jié)軟弱部位形成新的裂隙[12]，在各種風(fēng)化營力的長期作用下，巖土體強度和穩(wěn)定性不斷降低，從而進一步加劇了巖土體的不穩(wěn)定性[13]。

(3)降雨。崩塌災(zāi)害點坡面松散層、碎石土及粉質(zhì)黏土在降雨期間，雨水的大量下滲會導(dǎo)致斜坡上的土石層飽和，從而增加斜坡坡體的重量，降低土石層的抗剪強度[14]，使得坡頂及坡面上的殘坡積土、碎石等發(fā)生淺層滑動、崩落，增大斜坡的不穩(wěn)定性。

(4)植物根劈作用。研究區(qū)坡面植被茂密，由于根的不斷延伸和變粗，使巖土體裂縫不斷張開，對巖土體的整體性進一步破壞，降低了坡面整體的穩(wěn)定性。

(5)人類工程活動影響。由于村民削坡建房，致使災(zāi)害點位置微地貌類型為陡坎，坡腳開挖致使斜坡陡峭。坡面傾向于村莊房屋，未采取有效的邊坡防治措施進行治理，致使土體抗剪能力降低，為斜坡剪切裂縫發(fā)育創(chuàng)造了條件。

綜上所述，由于坡面高陡在長時間的風(fēng)化作用下，巖土體的強度和穩(wěn)定性降低。植被發(fā)育，坡積物孔隙大，降雨偏多且集中，造成巖土體飽和，自重力增大，從而形成拉裂式[15]或傾倒式崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

2 邊坡穩(wěn)定性評價及崩塌危害程度

2.1 邊坡穩(wěn)定性評價

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330—2013，結(jié)合現(xiàn)場實際地層分布情況，土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析可采用圓弧形滑面[16]計算，根據(jù)理正巖土邊坡穩(wěn)定分析軟件，按照通用方法計算安全系數(shù)，以確定斜坡的穩(wěn)定性。其中圓弧穩(wěn)定分析按照Bishop法，計算出的邊坡穩(wěn)定系數(shù)Fs=0.998<1.0，邊坡穩(wěn)定性接近臨界狀態(tài)。

汛期過后，隨著降雨量的減少，一段時間范圍內(nèi)邊坡處于暫時性穩(wěn)定狀態(tài)。但是在未采取有效治理措施徹底根治條件下，崩塌的總體變形、下滑、崩落的發(fā)展趨勢不會改變。

2.2 崩塌危害程度分析

垛莊鎮(zhèn)北明村東崩塌地質(zhì)災(zāi)害點呈南北向展布，主崩方向為西，崩塌距離大多影響至坡腳1～15m范圍，直接影響到下部房屋建筑的安全和省道S243的通行。

據(jù)調(diào)查，崩塌災(zāi)害點已發(fā)生崩塌位置未造成人員傷亡，但損毀了部分房屋，直接威脅的對象為災(zāi)害體下方房屋、居民及道路，發(fā)生土石崩塌災(zāi)害將對村民的人身安全、交通、用電等造成威脅。

根據(jù)《滑坡崩塌泥石流災(zāi)害調(diào)查規(guī)范(1∶50000)》中地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情/危害程度分級標(biāo)準(zhǔn)分析，本著“就高不就低”的原則，確定該崩塌危害程度為中等。

3 防治對策及建議措施

按照“以人為本、因地制宜、注重實效”的原則[17]，采取避讓搬遷、工程治理、群測群防和自動化監(jiān)測[18]相結(jié)合的方式對災(zāi)害體進行防治，從根本上解決安全隱患，同時建立健全防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警體系，切實保障人民生命財產(chǎn)安全，實現(xiàn)人與自然和諧共處。

3.1 避讓搬遷

根據(jù)災(zāi)害點現(xiàn)場情況分析，可將災(zāi)害點下部緊鄰邊坡的部分房屋進行搬遷[19]，增大坡底緩沖距離，搬遷位置需選擇安全適宜、具備生產(chǎn)生活條件的地段，且提前進行地質(zhì)災(zāi)害危險性評估，能夠搬遷的居民可徹底免受地災(zāi)威脅；同時，在工程治理實施期間，坡下所有住戶均應(yīng)進行避讓，在確保沒有居民安全威脅的前提下開展工程治理。

3.2 工程治理

對于危險性比較大、不適宜進行搬遷的集中地段，可有針對性地進行工程治理，根據(jù)災(zāi)害點分布位置、特征、施工難度等因素綜合考慮采取削坡卸載、砌筑擋土墻、修建排水溝及內(nèi)倒種植土等工程措施進行治理。

(1)削坡卸載。對陡峭的土體進行削坡，以增加坡面的穩(wěn)定性，削坡前要首先將表層種植土進行剝離，提高利用率。同時，最大限度地減少對上部耕地的破壞，削坡應(yīng)按照平臺加斜坡組合的方式進行，最終形成三級臺地，且最底部臺階的高度不超過房屋高度(圖3)。

1—粉質(zhì)黏土層；2—碎石土層；3—原始地形線；4—整治后地形及各臺地標(biāo)高；5—削坡卸載；6—擋土墻；7—排水溝；8—內(nèi)倒種植土圖3 災(zāi)害點現(xiàn)狀及治理剖面圖

(2)砌筑擋土墻。在距離房屋后不小于1.5m處砌筑擋土墻，阻擋上部落石[20]并對土質(zhì)邊坡進行遮擋保護，擋土墻規(guī)格尺寸設(shè)計提前通過理正巖土軟件進行了穩(wěn)定性計算，滿足抗滑移、抗傾覆和地基承載力要求。擋土墻底部的土質(zhì)基礎(chǔ)要進行壓實加固處理，以滿足承載力要求。

(3)修建排水溝。土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性受降水的影響較大，因此，在削坡造臺后必須同時將上部匯水面的積水進行引流，以免上部坡面的匯水沖積坡面和下部房屋基礎(chǔ)，設(shè)計在一級臺地內(nèi)側(cè)修建排水溝，排水溝設(shè)計南高北低，使匯水向北側(cè)排水。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該處崩塌災(zāi)害點上部匯水面積(F)為16400m2，匯流面積小于3km2，地表水匯流量(Qp)計算采用簡化經(jīng)驗公式計算，計算結(jié)果見表1。

表1 排水溝上部匯水流量計算表

排水溝設(shè)計應(yīng)滿足上部匯水面的排水量，排水溝的流量為過水?dāng)嗝媾c流速的乘積，流速受謝才系數(shù)、水力半徑、縱向坡降、溝床糙率等因素控制。

設(shè)計排水溝上口寬1m、底寬0.5m、深0.5m，截面積為0.375m2，其可容納過流量按照表2計算得知為0.83m3/s，完全滿足坡面上部匯水流量要求，可將雨水沿排水溝向北排出坡外，不會對下部房屋及道路造成沖刷。

表2 排水溝水力校核計算表

(4)內(nèi)倒種植土。因該地災(zāi)點頂部為基本農(nóng)田，在消除地質(zhì)災(zāi)害的同時要最大限度的避免耕地?fù)p失。將前期剝離存放的種植土內(nèi)倒至擋土墻和預(yù)留的圍堰內(nèi)，種植土內(nèi)倒回填厚度0.8m，經(jīng)過治理，削坡動用旱地面積為1894.36m2，整理成三級平臺后形成旱地面積1572.48m2，損失的旱地可通過削坡卸載降標(biāo)高時將北側(cè)平整的其他草地變更為旱地，以此減少耕地?fù)p失，兼顧地災(zāi)治理與耕地保護的雙重治理效果。

3.3 群測群防

地質(zhì)災(zāi)害群測群防是地質(zhì)災(zāi)害防治體系的重要組成部分，通過加強培訓(xùn)、發(fā)放防災(zāi)避險明白卡、制定應(yīng)急救援預(yù)案、完善地災(zāi)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、張貼宣傳畫、制作宣傳標(biāo)語及入戶宣講等方式，使受威脅群眾進一步掌握地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)常識，了解災(zāi)害征兆、監(jiān)測方法、報警方式和撤離路線，增強群眾防災(zāi)意識和自救、互救能力，成為地質(zhì)災(zāi)害防治工作的主人和主體。

3.4 自動化監(jiān)測

為隨時隨地監(jiān)測治理后坡體的位移和變形，需對擋土墻工程開展后效監(jiān)測，采取布設(shè)傾斜傳感器、靜力水準(zhǔn)儀傳感器、太陽能電池板、傳輸模塊等實現(xiàn)自動一體化監(jiān)測，通過實時數(shù)據(jù)了解擋土墻結(jié)構(gòu)的安全狀況、分析結(jié)構(gòu)的變形趨勢，為結(jié)構(gòu)的管養(yǎng)維護提供參考，便于提前做好預(yù)防措施，減少或避免產(chǎn)生新的地質(zhì)災(zāi)害。

4 結(jié)論

(1)本文通過對地質(zhì)背景、巖土體特征、植被、人類工程活動等方面深入闡述了崩塌的形成機理與邊坡穩(wěn)定性。

(2)地形陡傾、地質(zhì)作用、植物根劈、人類工程活動、降雨等因素是影響邊坡穩(wěn)定性和導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的內(nèi)外條件。

(3)通過勘察可知，采用的治理措施符合現(xiàn)場實際，可有效地將災(zāi)害體進行根治，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，保護當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳敭a(chǎn)安全。

(4)通過多措并舉消除地災(zāi)隱患，可促進社會安定，提升美麗鄉(xiāng)村形象，為切實貫徹落實以人民為中心扎實做好地災(zāi)防治工作提供了借鑒意義，具有較好的社會效益。