河北省祖山风景区崩塌灾害特征与防治对策研究

钟 明,董军强,魏文良

(河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队,河北秦皇岛066000)

河北省祖山风景区崩塌灾害特征与防治对策研究

钟 明,董军强,魏文良

(河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队,河北秦皇岛066000)

以祖山为例,阐述了崩塌地质灾害的机理、特征和现状,并利用传递系数法对崩塌稳定性进行了计算和评价,采用削方卸载、修建抗崩塌挡土墙、构筑排水沟与格构等工程设施的防治对策及工程措施,取得了预期的效果。

崩塌灾害;现状评价;传递系数法;削方卸载;挡土墙;格构绿化

崩塌(又称崩落、垮塌或塌方)是指较陡斜坡上的岩土体在重力作用下突然脱离山体崩落、滚动,堆积在坡脚或沟谷的地质现象。秦皇岛市地处河北省东北隅的渤海北岸,北依燕山,南临渤海,地形地貌复杂,北部山区广泛分布着强风化侵入岩和变质岩,残坡积厚度较大,人类工程活动强烈,使得崩塌地质灾害频发,给当地人民群众生命财产安全造成较大危害与损失。本文通过研究青龙满族自治县祖山风景区典型崩塌灾害的现状与特征,对其进行了稳定性的计算和评价,探讨了相应的防治对策,取得了预期的治理效果。

1 地质灾害现状

祖山风景区位于秦皇岛市西北25 km处,是国家级风景名胜区、稀有植物及濒危野生动物保护区,也是柳江国家级地质公园的组成部分,总面积118 km2,最高海拔1 428 m。因渤海以北,燕山以东诸峰均由其分支延绵而成,故以“群山之祖”名之。

祖山宾馆位于祖山风景区内,共四层,建于1998年,海拔1 088 m,其酒店等配套设施至2003年才陆续建成。祖山宾馆建筑面积约8 000 m2,客房约180间,建筑物等固定资产2 500余万元,门前停车场面积约5 000 m2,旅游旺季负责接待四面八方游客的住宿、餐饮、会议,并作为景区办公场所,能同时接待住宿游客350人,就餐人数600人。自1998年起在建设宾馆过程中,为了扩大场地、开挖山体坡脚,在其背后形成陡坡,建成后历年雨季都发生过崩塌掉块现象,严重威胁着宾馆的安全,崩塌以2003年最为严重,崩塌土方量约800 m3,崩塌堆积物掩埋了建筑物西南部墙脚和空地,墙脚最大掩埋高度1.5 m。造成宾馆住宿及餐饮停业一周,游客及工作人员全部疏散,直接经济损失30余万元。自此以后,宾馆指定专人负责监测预警工作,每降大雨均采取疏散避险措施,每年造成直接经济损失均在50万元以上,同时也给景区观光旅游带来较大的负面影响。在2003年4月地质灾害调查中,危害等级被评定为高风险不稳定斜坡。

2 工程地质及水文地质条件

2.1 地形地貌

袓山为中低山地貌,地形起伏大,地形坡度15°～60°,祖山宾馆及停车场系人工开挖平整的场地,宾馆后面是人工开挖形成的陡坡,最高处高差9 m,未经处理,其堆积物对建筑物形成直接威胁。

2.2 地层

根据物探勘查结果和探井揭露的地层资料,表层为第四系坡洪积物,基岩为白垩系花岗岩,共分为4层,自上而下叙述如下:

(3)全风化花岗岩(K1):浅肉红色,矿物成份为长石、石英、黑云母及少量暗色矿物,风化剧烈,裂隙发育,手捻呈砂土状,层厚0.2～1.8 m,局部缺失。粘聚力10 kPa,内摩擦角35°。

(4)强风化花岗岩(K1):浅肉红色,矿物成份为长石、石英、黑云母及少量暗色矿物,原岩结构清晰,中粗粒花岗结构,块状构造,风化强烈,裂隙比较发育,裂隙间由粘土填充。最大揭露厚度4.2 m。

2.3 水文地质条件

勘查范围内水文地质条件简单,地下水主要赋存在花岗岩风化裂隙和构造裂隙中,在崩塌临空面底部风化基岩面中渗出转为地表迳流,2005年夏季泉流量1.0～2.0 L/s;另一部分继续在风化裂隙中迳流至下游。

图1 祖山宾馆崩塌影响范围分区图

3 崩塌特征

祖山宾馆1998年起人工陆续开挖形成的土质边坡处于临空状态,形成了崩塌灾害。崩塌前缘临空面已形成陡坡,坡高7～11 m,坡长128 m,坡宽5～10m,坡度40°～60°,坡向135°,坡面形态呈开口的凹形,有间断性季节性地表径流,土体较湿,三面包围祖山宾馆,斜坡距建筑物0～3 m,最近处崩塌堆积物已掩埋墙脚0.5～1.0 m。见图1祖山宾馆崩塌影响范围分区图。

经本次工作调查,自1998年至2003年宾馆及配套建筑陆续建成以来,由于斜坡不稳定,每年雨季都发生崩塌掉块现象,危害方式主要以块石等崩塌物沿软弱结构面滑移式崩塌为主要形式。崩塌物主要是稍密—中密的块石和碎石,已多次发生剥落、坠落,崩塌临空面面积为1 047 m2,崩塌影响范围为1 590 m2,今后在降雨、地震、开挖坡脚和坡脚冲刷等条件下,将继续发生崩塌灾害,计算最大崩塌规模可达2 100 m3。根据滑坡崩塌泥石流灾害详细调查规范判定为小型滑移式崩塌,危害对象等级划分为一级,地质复杂程度中等。

4 崩塌稳定性计算与评价

4.1 参数选取

崩塌前缘斜坡野外判别为稳定性较差,将形成滑移式崩塌,根据《滑坡防治工程勘查规范》其稳定系数Kf计算公式与滑坡稳定计算公式相同,防治工程分级为Ⅲ级,抗滑安全系数设计为自重+地下水,Ks取1.15;

根据《建筑抗震设计规范》GB 50011—2001附录A我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组,青龙县被划分为设计地震第二组,抗震设防烈度6度,设计基本地震加速度0.05 g。

块石物理力学指标按照《工程地质手册》和我队实际勘查经验取值,砾石土容重γ为27 kN/m3,粘聚力c为5 kPa,内摩擦角φ45°,地下水位埋深s为0.5 m,滑面长度Li和滑面倾角αi按剖面数据取值。

4.2 稳定性计算

根据《滑坡防治工程勘查规范》采用传递系数法进行边坡稳定性评价和推力计算。稳定系数Kf为:

式中ψj-第i块段的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数(j=i),即ψj=cos(αiαi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1

Wi-第i条块的重量(kN/m);

Ci-第i条块内聚力(kPa);

φi-第i条块内摩擦角(°);

Li-第i条块滑面长度(m);

αi-第i条块滑面倾角(°);

βi-第i条块地下水流向(°);

A-地震加速度(重力加速度g);

Kf-稳定系数。

根据灾害体地质特征,以主崩滑方向2-2′剖面建立计算模型,共条分成14块,见图2,2-2′剖面崩滑体剖分图。

图2 2-2′剖面崩滑体剖分图

下滑推力也按传递系数计算,公式如下:

其中Pi-为第i条块的推力(kN/m),

Pi-1-第i条块的剩余下滑力(kN/m)。下滑力Ti

抗滑力Ri

传递系数

孔隙水压力NWi

即近似等于浸润面以下土体的面积hiWLi乘以水的容重rW。

渗透压力平行滑面的分力TDi

渗透压力垂直滑面的分力RDi

4.3 计算结果

将第i条土体宽度、长度、倾角、容重、Ci、φi、地震加速度、地下水位高度及流向代入上述公式中,计算结果为崩滑体稳定系数Kf为1.06,计算下滑力374.65 kN/m,依据《滑坡防治工程勘查规范》崩塌稳定程度等级划分表,见表1,判定为欠稳定。

表1

5 防治对策

5.1 防治原则

根据客观实际情况因地制宜,量力而行,以保护当地人民群众生命财产安全为前提,针对崩塌地质灾害,采取相应的治理工程措施,以经济合理为原则,以最小的工作量,消除地质灾害的威胁,达到最大的经济效益、社会效益和环境效益。

5.2 防治措施

在崩塌临空面上方首先进行削方卸载,清除崩塌源,消除崩塌隐患。削方卸载后在滑坡和崩塌前缘修筑挡土墙,全面削除崩塌和滑坡隐患,主体完工后再修建排水沟和格构等配套设施。

5.2.1 削方卸载

砌筑抗崩塌挡土墙之前,首先进行施工准备工作,包括征用削方范围内土地、砍伐树木、挪移电线杆等,然后进行削方卸载。削方范围以现有崩塌堆积物底部为界,向西北方向削坡,清除崩塌危险源,削坡宽度5 m,削坡长度包括整个崩塌临空面,约180 m,总削土方量7 230 m3,底面应清至基岩面,以作为挡土墙之基础。

5.2.2 抗崩塌挡土墙

由于崩塌临空面较高,挡土墙设计2级,每级高3 m,长度与崩塌临空面长度相同,第一级长度162.1 m,第二级长度177.9 m,裸露地段设置格构锚固。挡土墙材料采用浆砌毛石,毛石强度标号MU30,砂浆强度标号M7.5-10;墙上设置二排泄水孔,泄水孔直径100 mm,距地面0.2 m,排距1.3 m。每隔10 m设计一道构造柱,构造柱两侧留伸缩缝,缝宽20 mm,填塞沥青麻筋或沥青木板。

抗崩塌挡土墙稳定性验算:

设计参数为,β=40°,α0=10°,土对挡土墙背的摩擦角δ=23°,填土内摩擦角Φk=45°,设计最大墙高h为3 m,基础埋深0.5 m。毛石浆砌,其立面截面积3.15m2,截面形式详见剖面图。

根据《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)6.6土质边坡与重力式挡墙,计算结果如下:

主动土压力Ea计算:

抗滑移稳定性按下式验算:

经验算抗滑移稳定性系数等于1.5≥1.3,挡土墙抗滑移满足要求。

抗倾覆稳定性按下式验算:

经验算,抗倾覆稳定性系数等于1.7≥1.6,抗倾覆稳定性满足要求。

5.2.3 格构与排水沟

挡土墙修建完成后,首先向墙后回填碎石土并整平,在坡面设置格构进行锚固,防止地表水流冲刷。格构采用浆砌条石材料,条石强度标号MU30,砂浆强度标号M7.5-10;格构设置成网格状,总长度348.7 m,间距为2.0×3.0 m。条石宽0.20 m,截面高0.30 m,埋入地下0.20 m。

在第一级挡土墙前面修建一条砖砌排水沟,内侧砂浆抹面,排除地表水和地下水,沟长229.30 m,沟宽0.40 m,沟深0.50 m,上设盖板,下游修到公路涵洞旁,排入景区排水系统。

5.2.4 绿化防护

在格构工程表面进行绿化,同时切实保护表层森林植物绿化带,防止表层溜滑、地表水入渗和冲刷,保持坡面稳定。

6 结束语

通过野外勘查,现有人工开挖的临空面稳定性较差,最大崩塌规模2 100 m3,属小型滑移式崩塌。危害对象等级一级,地质复杂程度中等。

通过建立崩塌滑移模型进行稳定性计算,计算结果Kf为1.06>1,判定崩塌体为欠稳定,计算下滑力374.65 kN/m。

根据即保证安全又经济合理的原则,推荐采用削方卸载+挡土墙+排水沟+格构绿化的综合治理方案。

本项目由河北省国土资源厅批准立项后,河北省地勘局秦皇岛矿产水文工程地质大队按上述防治对策进行了工程设计,于2007年5月至2007年10月进行了施工治理,经过一个水文年的垂直位移监测和水平位移监测,其位移指标均在允许范围之内,崩塌治理工程取得了预期防治效果。

[1]河北省国土资源厅.秦皇岛市地质灾害调查与区划报告[R].2003.

[2]秦皇岛市国土资源局.秦皇岛市地质灾害防治规划(2004—2020)[R].2004.

[3]河北省地勘局秦皇岛矿产水文工程地质大队.河北省秦皇岛市地质环境监测报告(2001—2005)[R].2005.

[4]任改娟,郝文辉.秦皇岛市崩塌环境地质灾害特征及其防治对策[J].中国环境管理干部学院学报,2009,19(1):9-11.

[5]中华人民共和国国土资源部.DZ/T0218—2006滑坡防治工程勘查规范[S].北京:中国标准出版社,2006.

[6]中华人民共和国国土资源部.DZ/T0219—2006滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].北京:中国标准出版社,2006.

[7]中华人民共和国建设部.GB50011—2001建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.

[8]《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].第4版.北京:中国建筑工业出版社,2007.

Study on Characteristics and Prevention Measures of Landfall Hazards in Zushan Mountain of Hebei Province

Zhong Ming,Dong Junqiang,Wei Wenliang
(Qinhuangdao Team of Mineral and Hy drogeology and Engineering Geology,Hebei B ureau of Geo-ex ploration,Qinhuangdao Hebei066000)

Taking Zushan mountain as example,the article sets the investigation of landfall geological hazards for example and elaborates the mechanism and characteristics of the landfall hazards.It calculated and evaluated the stabilization of landfall with transfer coefficient method,and then brought forward the prevention measures for the project and achieved desired effect.The measures included consumer side unloading and setting up protecting wall and lattice green etc.

landfall hazards;present assessment;transfer coefficient method;consumer side unloading protecting wall;lattice green

X144

A

1008-813(2010)03-0020-05

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.03.006

2010-03-13

钟明(1960—),男,陕西西安人,毕业于河北地质职工大学水文工程地质专业,主要从事地质灾害勘查与治理工作。