北京百泉山风景区崩塌地质灾害防治方法分析

樊金桂

(北京市地质工程设计研究院，北京 101500)

北京百泉山风景区崩塌地质灾害防治方法分析

樊金桂

(北京市地质工程设计研究院，北京 101500)

以北京百泉山自然风景区不倒翁景点附近的崩塌地质灾害为例，系统介绍该处危岩带(体)规模、特征、破坏模式、危害程度等情况，并根据其地质灾害特点、发育程度及沟谷内交通等条件，对多种治理方案进行分析、比选，最终选择了对危岩带上部反倾区进行削方，清除危岩体及陡壁坡面浮石、松动岩块，对危岩带采用挂主动防护网的治理措施。本治理方案可为类似山谷型自然风景区地质灾害治理工作提供一定的借鉴。

山谷型自然风景区；危岩带(体)；崩塌地质灾害；稳定性评价；削方；主动防护网；锚杆

0 引言

近些年受全球气候变化的影响，极端天气越来越多，致使地质灾害频发。在此大背景下，许多自然风景区也不能幸免。据报道，近年，许多山谷型自然风景区地质灾害时有发生，并有愈加频发之势，给游人的安全造成较大威胁，也给景区管理带来了较大挑战。山谷型自然风景区往往具有复杂的地质背景、强烈发育的地质构造，因此，在长期风化剥蚀、雨水冲刷、冻融等条件下，更容易形成地质灾害。风景区地质灾害治理工作明显不同于其它场地条件下的地质灾害治理，主要是由于山谷型自然风景区往往地处偏远、景区内沟谷狭窄、且景区内往往是没有宽大道路，仅有窄小的自然小道，因此，给地质灾害治理方法的选择与实施工作带来极大制约。北京百泉山自然风景区不倒翁景点附近的崩塌地质灾害就是这种条件的典型。

1 工程概况

1.1 崩塌地质灾害点概况

北京百泉山自然风景区级别为3A级，整个景区处于一条山谷主沟内，主沟总体呈NNW向，长度约7 km，汇水面积约5 km2，谷底宽度一般10～20 m，沟谷两侧坡体较陡，坡度多为45°～60°，局部地段近于直立甚至反倾，两侧山体高于谷底50～200 m；景区内均为简易羊肠小道，主要沿谷底两侧坡脚分布，且在景区入口处完全为水路通道(由一座小型水库将景区主沟完全拦截)；谷底常年流水，平时水量不大，但在雨季突发暴雨时，洪流常淹没谷底景区小路。

景区处于云蒙山岩体内，岩石以片麻状二长花岗岩为主[2]，景区内岩体节理裂隙极为发育，多处出现碎裂松动岩块带、凌空岩块及巨型陡立岩块，给谷底小路上的过往游人构成较大威胁。

本灾害点位于百泉山风景区内的不倒翁景点观景台附近，景区主沟谷底小路自此灾害点危岩带(体)的直立岩壁下经过，小路距陡壁坡脚0～5 m，本灾害点距景区出口较远，约4 km。

本灾害点存在1处危岩带，其内发育3个危岩体。危岩带面积达1500 m2,危岩体总体积约587.4 m3。如图1所示。

1.2 危岩带(体)组成及规模

图1 崩塌地质灾害勘查及治理设计工程地质简图

本灾害点为一岩质坡体，岩石为微风化片麻状二长花岗岩[2]，坡体走向近南北，坡面近于直立，中段坡面上部反倾，坡面高度22～33 m，坡面岩体节理裂隙极为发育，致使坡面岩体较破碎，并分布有大量松动岩块及凌空岩块，形成危岩带(编号：WYD)，危岩带沿坡面水平长度约60 m，危岩带高度13～28 m，沿坡面分布面积约1500 m2，危岩带内发育3个危岩体(编号：WY-1、WY-2、WY-3)。

(1)危岩体WY-1：位于反倾区南段，高度11 m，最大厚度约4.5 m，沿坡面水平宽度约10 m，体积约350 m3，危岩体下端高于附近景区小路路面约22.5 m；

(2)危岩体WY-2：位于WY-1下方，高度6 m，最大厚度约1.5 m，沿坡面水平宽度约4 m，体积约23.4 m3，危岩体下端高于附近景区小路路面约14.5 m；

(3)危岩体WY-3：位于反倾区北段，高度12 m，最大厚度约2.6 m，沿坡面水平宽度约10 m，体积约214 m3，危岩体下端高于附近景区小路路面约16 m。

3个危岩体总体积为587.4 m3，根据相关规范，本灾害点危岩体规模已达中型[3-4]。见图2、图3。

图2 不倒翁景点附近崩塌地质灾害点现状全貌图

1.3 危岩带(体)结构特征及破坏模式

1.3.1 危岩带(WYD)结构特征及破坏模式

危岩带内发育3组优势节理，分别如下：

①组：外倾节理，产状40°～75°∠70°～85°，

图3 不倒翁景点附近崩塌地质灾害点危岩体近观图

极为发育；

②组：内倾节理，产状210°～245°∠60°～70°，南段最发育，北段略差；

③组：侧向节理，产状130°～165°∠60°～85°，发育一般。

本危岩带浅部密集节理的影响深度可达1～2 m，整个危岩带不具有连续完整的滑裂面，危岩带整体呈稳定状态(除危岩体WY-1、WY-2、WY-3外)，但其内的松动岩块、凌空岩块在瞬时力(强风、震动、暴雨冲刷)、冻融等外力作用下，偶有坠落。

1.3.2 危岩体WY-1结构特征及破坏模式

危岩体内及其边界发育3组优势节理：

①组：外倾节理，产状45°∠70°,极为发育；

②组：内倾节理，产状225°∠70°，较发育；

③组：侧向节理，产状130°∠80°，发育一般。

危岩体WY-1的三维空间边界状态：危岩体背后的外倾节理基本完全贯穿，危岩体南侧呈凌空暴露状态，其北侧的侧向节理发育相对较差，认为本危岩体崩塌破坏模式属滑移式崩塌。见图4。

图4 危岩带(体)剖面图(1-1剖)

1.3.3 危岩体WY-2结构特征及破坏模式

危岩体内及其边界发育3组优势节理：

①组：外倾节理，产状40°∠85°,极为发育；

②组：内倾节理，产状225°∠70°，较发育；

③组：侧向节理，产状130°∠80°，发育一般。

危岩体WY-2的三维空间边界状态：危岩体的左右两侧及下方均呈完全暴露状态，其背后的外倾节理已贯通长度约3.8 m，向上未贯通长度约2.3 m，仅靠其背后尚未完全贯通的外倾节理来支撑着，认为本危岩体崩塌破坏模式属坠落式崩塌。见图4。

1.3.4 危岩体WY-3结构特征及破坏模式

危岩体内及其边界发育3组优势节理：

①组：外倾节理，产状55°∠70°,极为发育；

②组：内倾节理，产状210°∠60°，较发育；

③组：侧向节理，产状160°∠85°，发育一般。

危岩体WY-3三维空间边界状态基本与危岩体WY-1相同，认为本危岩体崩塌破坏模式属滑移式崩塌。见图5。

图5 危岩带(体)剖面图(2-2剖)

2 危岩体稳定性计算

本次对危岩体WY-1、WY-3采用“后缘无陡倾裂隙的滑移式危岩模型[4]”，对危岩体WY-2采用“后缘有陡倾裂隙的坠落式悬挑危岩模型[4]”进行计算。限于篇幅，本文对危岩体WY-2的计算过程不进行表述。

计算公式：

V=γwhw2/2

Q=ζeW

式中：K——危岩稳定性系数；W——危岩体自重，kN/m；θ——滑面倾角，外倾取正，内倾取负，(°)；Q——地震力，kN/m；V——裂隙水压力，kN/m；φ——后缘裂隙内摩擦角标准值，当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段内摩擦角标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段内摩擦角标准值取岩石内摩擦角标准值的0.95倍，kPa；c——后缘裂隙粘聚力标准值，当裂隙未贯通时，取贯通段和未贯通段粘聚力标准值按长度加权和加权平均值，未贯通段粘聚力标准值取岩石粘聚力标准值的0.4倍，kPa；l——后缘裂隙长度(贯通段+未贯通段)，m；γw——取10 kN/m；hw——后缘裂隙充水高度，本工程天然工况及地震工况下，取裂隙深度的1/3，暴雨工况下，取裂隙深度的1/2，m；ζe——地震水平作用系数，本工作区取0.038。

危岩体稳定性系数计算及稳定性评价结果：危岩体WY-1、WY-3在自然状态及地震状态下，均欠稳定，在暴雨状态下，均不稳定；危岩体WY-2在自然状态下，欠稳定，在暴雨状态及地震状态下，均不稳定。见表1、2。

表1 滑移式危岩体WY-1、WY-3稳定性计算表(后缘无陡倾裂隙)

表2 危岩体稳定系数及稳定性评价结果

3 治理方法比选分析

本灾害点处于景区主沟谷底一侧，谷底狭窄，附近宽度仅15～20 m，谷底常年流水，平时水量不大，但在特大暴雨时，洪水常会淹没现有小路，治理方法的选择在空间上受到极大限制[5-11]。见表3。

表3 危岩带(体)治理方案比选分析

经对比分析，认为本景点崩塌地质灾害治理难度较大、费用较高。经与景区领导及有关部门沟通，认为宜对地质灾害进行彻底治理，因此，最终采用了方案1，即：“对危岩带上部反倾区进行削方(主要为WY-1、WY-3)，清除危岩体WY-2及陡壁坡面浮石、松动岩块，对危岩带(WYD)采用挂主动防护网治理措施。”见图6。

4 治理工程设计及计算

4.1 治理工程设计

选用GPS2型SNS主动防护网，设计如下。

(1)网型：DO/08/300/4m×4m钢丝绳网；

图6 危岩带(体)治理工程剖面图(1-1剖)

SO/2.2/50钢丝格栅(抗拉强度1770 MPa，破断拉力>40 kN)；

(2)支撑绳：Ø16 mm系统钢绳锚杆+Ø16 mm横向支撑绳+Ø16 mm纵向支撑绳；

(3)缝合绳：Ø8 mm；

(4)锚杆：全粘结型钢丝绳锚杆，2Φ16@4.5 m，长度3 m，孔径50 mm，单根锚杆抗拔力≮50 kN。

4.2 治理工程设计验算

4.2.1 锚杆长度验算

锚杆锚固力计算公式：

Nk=πDLτs/k

式中：Nk——锚杆锚固力标准值，kN；D——钻孔直径，本工程取0.05 m；L——锚固段长度，m；τs——孔壁与注浆体之间的极限粘结强度标准值，本工程取值1200 kPa；k——安全系数，k=2。

根据以上公式，计算结果：L=0.53 m。

出于安全考虑，本工程锚杆进入稳定基岩的锚固段深度≮1.0 m，表面裂隙影响深度为1～2 m，因此，确定锚杆设计长度为3.0 m。

4.2.2 锚杆钢筋截面验算

锚杆钢筋截面计算公式：

As≥KbNk/fy

式中：As——锚杆杆体截面面积，m2；Nk——锚杆锚固力标准值，N；Kb——锚杆杆体抗拉安全系数，取1.8；fy——锚杆杆体抗拉强度标准值，MPa。

6×19钢丝绳，直径16 mm，钢丝绳标准截面面积为102 mm2，强度标准值1550 MPa。

2根A16钢丝绳：As=102×2=204≥KbNk/fy=58.06 mm2。

经验算，采用2根A16钢丝绳作为杆体满足要求。

5 结论

(1)本灾害点存在1处危岩带，沿坡面面积达1500 m2，水平分布范围达60 m，其内包含3个危岩体，附近谷底狭窄，危岩带(体)对谷底的景区小路及过往游人构成极大威胁；

(2)本灾害点距景区入口约4 km，沿途均为简易小路，崎岖不平，治理施工所用材料、设备均需人工运输，治理成本极大。

(3)经综合考虑，认为宜对本地质灾害进行彻底治理，最终采用了“对危岩带上部反倾区进行削方，清除陡壁坡面浮石、松动岩块，对危岩带(WYD)采用挂主动防护网治理措施。”

(4)建议：本景区主沟谷底狭窄、常年流水，雨季暴雨洪流对主沟谷底小路威胁较大。因此，有必要对主沟谷底小路(桥)进行重新规划修筑，既满足防洪要求，又要与地质灾害治理工程有机结合。

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Analysis on Treatment Method of Rockfall Geological Hazard in Beijing Baiquanshan Scenic Spot/

FANJin-gui

(Beijing Geological Engineering Design Institute, Beijing 101500, China)

With the example of rockfall geological hazard in Beijing Baiquanshan scenic spot, this paper systematically introduces the hazard about the dangerous rock belt (mass) scale, dangerous rock characteristics, damage mode and damage degree, etc., and according to the geological hazard characteristics, development degree and the traffic conditions in the valleys, the analysis, comparison and selection are made on variety of treatment schemes, the final choice are cutting down earth on the upper anti-dip part of the dangerous zone to remove the dangerous rock mass, float stones on steep slope and loose rock mass and hanging active protection net. This scheme can be used as a treatment reference for the similar geological hazard of natural scenic spot in valley.

natural scenic spot in valley; dangerous rock belt(mass); rockfall geological hazard; stability evaluation; earth cutting down; active protection net; anchor rod

2016-12-19

北京市旅游发展委采购项目“旅游景区地质灾害治理工程勘查设计项目”(怀柔区)(编号：BJJQ-2015-026)

樊金桂，男，1979年生，工程师，从事岩土工程设计、施工及地质灾害治理工作，北京市密云区园林东路6号，fanjingui2009@163.com。

P642.21

A

1672-7428(2017)02-0077-05