砂泥巖互層陡立邊坡危巖落石整治方案研究

王 森

(四川省安全科學(xué)技術(shù)研究院，四川 成都 610045)

1 概述

邊坡工程治理主要包括繞避、支擋、排水、減重等[1]，對(duì)于不同地區(qū)，不同類型的高邊坡，在進(jìn)行治理時(shí)需要采用不同的方式。只有順應(yīng)該地區(qū)的邊坡治理方式，才能達(dá)到理想的效果。

四川內(nèi)江地區(qū)，受地質(zhì)構(gòu)造影響，巖層傾角較大，開(kāi)挖后不可避免出現(xiàn)順層邊坡。針對(duì)當(dāng)前的順層邊坡治理主要考慮直接加固和間接加固。直接加固法主要有主動(dòng)網(wǎng)、支頂、錨桿等，間接加固法主要有刷坡、增設(shè)排水溝及放緩邊坡等。多數(shù)情況下，組合支擋體系才能取得良好的效果，所以大多采用組合支擋體系來(lái)治理邊坡問(wèn)題。

文章根據(jù)具體的工程實(shí)例，經(jīng)過(guò)對(duì)比，采用理正邊坡模塊進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，采用GEO-slope對(duì)擬選方案進(jìn)行模擬分析，最終采用了坡面清方+掛網(wǎng)噴錨+排水溝的組合支擋體系，該支擋體系治理效果顯著，保證了線路安全，提供了良好的防治思路[2-3]。

2 工程概況

2.1 地質(zhì)災(zāi)害體

該工點(diǎn)位于內(nèi)江市資中縣重龍鎮(zhèn)官斗村4組，沿鄉(xiāng)村道路東北一側(cè)分布，道路西南側(cè)為沱江，危巖段鄉(xiāng)村道路海拔340 m～348 m(見(jiàn)圖1)。官斗山危巖沿道路長(zhǎng)度309 m，被鄉(xiāng)道分為兩段，分別為188 m和121 m，整體高約5 m～12 m。

2.2 地形地貌

內(nèi)江市資中縣屬四川盆地中部，沱江中段，地勢(shì)由東北向西南傾斜，屬于丘陵地貌區(qū)，地表植被豐富，主要以灌木草叢為主(見(jiàn)圖2，圖3)。自然坡度約60°～80°，坡向50°～60°，線路走向140°～150°，與線路近垂直，坡高整體5 m～12 m，坡面有泥巖風(fēng)化形成的凹腔。

2.3 地層巖性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該災(zāi)害點(diǎn)上覆粉質(zhì)黏土，下伏基巖為砂、泥巖互層。具體分述如下：

①粉質(zhì)黏土：灰黃色，以粉、黏粒為主，含碎石，砂泥巖碎石含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))約30%，可塑狀，結(jié)構(gòu)不均。

②泥巖：暗紫紅色，礦物成分以黏土礦物為主，長(zhǎng)石次之，少量石英，泥質(zhì)膠結(jié)，粉泥質(zhì)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)可見(jiàn)泥巖崩解碎石。

③砂巖：淺灰黃色，礦物成分以石英為主，長(zhǎng)石次之，中～粗粒結(jié)構(gòu)，巨厚層狀構(gòu)造，碎屑成分主要為石英，粒徑大小0.5 mm～2 mm。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造

官斗山危巖地處榮威穹窿西北翼尾端斜層地帶，為平緩傾斜巖層，巖層傾角2°～5°，地形西南高，東及東北部低。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，基巖層面產(chǎn)狀近水平，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的結(jié)構(gòu)面情況見(jiàn)圖4。

2.5 水文地質(zhì)

1)地表水。

流經(jīng)資中境內(nèi)共有大小河流72條，均屬沱江水系，沱江縱貫縣境腹部，六大支流分別為仁壽、威遠(yuǎn)、資陽(yáng)、安岳流入縣境沱江(或出縣境后入沱江)，另有64條長(zhǎng)度為5 km以上的小溪流遍全縣各地。

2)地下水。

區(qū)內(nèi)地下水類型主要有第四系松散層孔隙水、砂泥巖風(fēng)化裂隙孔隙水，地下水在地形限定范圍內(nèi)就地補(bǔ)給，主要接受大氣降水、地表水補(bǔ)給，在地形低洼處排泄于溪溝，地下水富水性受巖性控制，總體富水性較好。

2.6 地震參數(shù)

根據(jù)《中國(guó)地震基本烈度區(qū)劃圖》和GB 18306—2015中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，資中縣地震基本烈度為6度，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g。

2.7 氣候條件

資中縣屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，春早、夏長(zhǎng)、秋冬季短，夏無(wú)酷熱，冬無(wú)嚴(yán)寒，多年平均無(wú)霜期332 d。全年1月最冷，月均氣溫6 ℃～8 ℃；7月最熱，月均氣溫26 ℃～30 ℃；多年平均降雨量977.6 mm，年均蒸發(fā)量1 062.9 mm。年均風(fēng)速1.9 m/s，大氣壓力965 hPa～983 hPa。

3 地質(zhì)災(zāi)害基本特征及穩(wěn)定性分析

3.1 地質(zhì)災(zāi)害基本特點(diǎn)

1)災(zāi)害點(diǎn)特征。

該災(zāi)害點(diǎn)巖性為典型砂泥巖互層，沿道路一側(cè)分布，全長(zhǎng)約309 m，高約5 m～12 m，局部巖體極為破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，隨時(shí)有掉落的可能。

2)致災(zāi)機(jī)理。

a.地形地貌。

砂泥巖互層往往發(fā)育有陡壁，河流沖刷導(dǎo)致底部懸空，形成臨空面，易造成坡體下滑，進(jìn)而又為后緣大規(guī)?；庐a(chǎn)生了新的臨空面，因此易連續(xù)發(fā)生災(zāi)害。

b.坡體結(jié)構(gòu)。

砂泥巖互層原生軟弱層面、原生軟弱夾層較多；結(jié)構(gòu)面較為復(fù)雜，裂隙發(fā)育，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的地質(zhì)作用和風(fēng)化作用，內(nèi)部存在較多泥化夾層，在其他不利條件影響加大時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)易被破壞，形成災(zāi)害。

c.地層巖性。

砂泥巖互層，具有親水易滑特征，常因軟弱層受壓變形，導(dǎo)致發(fā)生蠕動(dòng)變形，如巖坡高陡，在平緩狀態(tài)下也可轉(zhuǎn)化成大型崩滑災(zāi)害。

d.水文地質(zhì)。

砂泥巖互層地質(zhì)體具有貯水構(gòu)造、過(guò)水通道和受水等地質(zhì)條件。同時(shí)一般地下水較為充沛，砂巖層可充當(dāng)過(guò)水通道，水可通過(guò)砂巖下滲，而下伏的薄層泥巖遇水軟化形成夾層，或遇到巨厚層泥巖形成含水層。

3.2 穩(wěn)定性分析

1)采用理正巖土邊坡模塊進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，穩(wěn)定性計(jì)算見(jiàn)圖5，選取線路較不利地段進(jìn)行模擬計(jì)算[4]。

基本參數(shù)：計(jì)算方法：極限平衡法。計(jì)算目標(biāo)：計(jì)算安全系數(shù)。邊坡高度：11.000 m。結(jié)構(gòu)面傾角：48.0°。結(jié)構(gòu)面黏聚力：25.5 kPa。結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角：19.2°。

2)計(jì)算結(jié)果。巖體重量：593.4 kN。水平外荷載：0.0 kN。豎向外荷載：0.0 kN。側(cè)面裂隙水壓力：0.0 kN。底面裂隙水壓力：0.0 kN。結(jié)構(gòu)面上正壓力：397.1 kN?？傁禄Γ?40.2 kN?？偪够Γ?10.4 kN。安全系數(shù)：1.154。

通過(guò)計(jì)算可知，官斗山危巖所在斜坡安全系數(shù)為1.154。

4 地質(zhì)災(zāi)害體防治工程方案比選

4.1 防治目標(biāo)與原則

4.1.1 防治目的

通過(guò)實(shí)施臨時(shí)工程治理，降低該災(zāi)害點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)，防范其危害。

4.1.2 防治原則

1)貫徹執(zhí)行國(guó)家有關(guān)政策。2)技術(shù)成熟、安全、適用與耐久。3)經(jīng)濟(jì)合理、施工便捷。4)盡量不中斷交通。5)盡量不破壞原坡面結(jié)構(gòu)。

4.2 防治思路及方案

4.2.1 防治思路

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該災(zāi)害點(diǎn)特征主要是砂泥巖互層，降雨、風(fēng)化等作用使坡面泥巖剝落形成凹腔，降低坡面穩(wěn)定性，降雨、地震等工況下易發(fā)生變形垮塌。防治工程的思路主要分為兩個(gè)方面：一是預(yù)加固，二是排水。擬采用方案：坡面清方+掛網(wǎng)噴錨+排水溝。

4.2.2 錨桿間距對(duì)防護(hù)效果的影響

利用GEO-slope進(jìn)行坡體穩(wěn)定性分析，分析錨桿間距為2.5 m,2.7 m,3 m時(shí)坡體的安全系數(shù)(見(jiàn)圖6～圖8)，通過(guò)對(duì)比得出的安全系數(shù)，確定錨桿設(shè)置最合適的間距，為保證數(shù)據(jù)的可信度，參數(shù)采用與理正計(jì)算時(shí)相同的參數(shù)[5]。

根據(jù)分析結(jié)果，通過(guò)對(duì)比得知，當(dāng)其他參數(shù)相同時(shí)，錨桿間距為2.5 m時(shí)，坡體的安全系數(shù)最高，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》，安全系數(shù)需要大于1.25，這三種情況下，選取錨桿間距為2.7 m最為合適。

4.2.3 錨桿入射角度對(duì)防護(hù)效果的影響

利用GEO-slope進(jìn)行坡體穩(wěn)定性分析，分析錨桿入射角度為15°,20°,25°時(shí)坡體的安全系數(shù)(見(jiàn)圖9～圖11)，通過(guò)對(duì)比得出的安全系數(shù)，確定錨桿設(shè)置最合適的入射角度，為保證數(shù)據(jù)的可信度，參數(shù)采用與理正計(jì)算時(shí)相同的參數(shù)。

根據(jù)分析結(jié)果，通過(guò)對(duì)比得知，當(dāng)其他參數(shù)相同時(shí)，錨桿入射角度越小，安全系數(shù)越高，綜合考慮應(yīng)將錨桿入射角度設(shè)為15°，此時(shí)防護(hù)措施效果最好。

4.2.4 防治方案

依據(jù)地形清除灌木雜草、突出及松散危巖體。坡面采用掛網(wǎng)噴錨防護(hù)，防護(hù)面積約2 000 m2，錨桿采用φ25 mm鋼筋，鉆孔直徑φ91 mm，孔內(nèi)長(zhǎng)度3.5 m，孔口預(yù)留40 cm，共布設(shè)三排錨桿，呈梅花狀布置，橫向間距2.7 m，縱向間距2.7 m。鋼筋網(wǎng)采用φ12 mm鋼筋編制，縱橫間距20 cm。噴射混凝土采用C30混凝土，噴射厚度150 mm。泄水孔布置兩排，采用φ49 mm PVC管，每根40 cm，橫向間距5 m。排水溝全長(zhǎng)350 m，截面為梯形(見(jiàn)圖12)，用磚壘砌，砂漿抹面[6-7]。

4.2.5 監(jiān)測(cè)效果分析

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，該邊坡在開(kāi)挖階段，最大累計(jì)變形約10 mm，最大變形速率約0.15 mm/d～0.16 mm/d，在運(yùn)營(yíng)階段，邊坡變形速率較小(見(jiàn)圖13)，在兩個(gè)階段內(nèi)，變形速率均處于規(guī)范要求的范圍內(nèi)，因此，該支擋體系的安全性較好，符合邊坡治理的要求[8]。

5 結(jié)論

本文以內(nèi)江市資中縣重龍鎮(zhèn)官斗村危巖體群為研究對(duì)象，總結(jié)了該危巖體群的災(zāi)害特點(diǎn)，并依此對(duì)該危巖體群進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。對(duì)擬采用的方案利用GEO-slope軟件進(jìn)行模擬分析，分析了錨桿間距和入射角度對(duì)防護(hù)效果的影響，得出結(jié)論，當(dāng)錨桿間距較小，入射角度較小時(shí)，防護(hù)效果較好。根據(jù)分析結(jié)果，采用了坡面清方+掛網(wǎng)噴錨+排水溝的組合支擋體系[9]，保證了線路安全，為以后的砂泥巖邊坡治理提供了思路和方案。