河北承德某高陡边坡治理及植被恢复研究

2021-01-19张小刚白玉珍

西部探矿工程 2021年2期

何照，张小刚，白玉珍，葛阳

（1.美丽华夏生态环境科技有限公司，北京100085；2.昆明理工大学，云南昆明650504）

在公路道路开挖及矿山开采过程中，土方挖掘普遍导致高陡边坡的产生[1]。在一定的降水、地震等条件下，高陡边坡容易发生崩塌、滑坡等地质灾害。边坡失稳危害巨大，但高陡边坡稳定性预测—治理一直都是工程地质难题[2]。近年来，高陡边坡治理研究取得了很大进展，以三峡上游库区为例，多种预测方法相结合为边坡稳定性预测—治理提供了很好的参考[3]。本文以承德某路高陡边坡为例，在前期工程勘察的基础上，设计了浆砌石护坡及格构护坡工程。

1 项目区概况

承德属温带大陆性季风型山地气候，森林覆盖率高。区内降雨丰富，植物种类繁多。某高陡边坡治理区位于承德市某区，距承德市区约10km。东南西北分别与双桥区、承德县、滦平县、隆化县交界。因境内有双塔山、滦河水而得名。

全区下辖3个街道、4个镇和2个乡，共计26个社区、63个行政村。行政区域总面积451.74km2。101国道自西向东贯穿、京承旅游公路、京承高速公路、承围公路（承赤西线）途经境内。

2 边坡地质环境

2.1 地形特征

承德地区位于内蒙古高原区、冀北山地区、松辽平原区交界处。西北“坝上”位于内蒙古高原的边缘；七老图岭、努鲁儿虎和杜岭山脉分布于东北部；承德地区西南、南部为燕山山脉。整体地形趋势西北高、东南低。区内以山地地貌为主、西北为坝上高原。区内海拔在1400～1600m，相对高200m以下，地形平坦。山地由高到低依次为中山、低山、丘陵、台地，海拔约114～2215m。

某高陡边坡为构造剥蚀丘陵区，斜坡坡长约171.84m，坡高约15～20m。现状条件下坡体稳定性差。沿该边坡走向，地形有一定变化。根据边坡体规模、特征，考虑治理后与周围环境协调问题，该边坡可分为西、中、东三段。

（1）西段边坡其自下而上分两级边坡一级平台，其中一级边坡高约8～9m，坡度约75°～79°。二级边坡高约6～11m，坡度约70°～75°。

（2）中段分两级边坡一级平台，一级边坡高约8～9m，坡度约75°，坡度较陡，且为边坡下部坡面。二级边坡高约2～6m，坡度约66°

（3）东段边坡高约5.5～8.0m，坡度约65°～70°，分一级边坡。

2.2 地层岩性

受太平洋—华北板块俯冲碰撞作用影响，区内自侏罗纪以来形成了以砾岩、砂岩—粉砂岩为主的沉积岩系[4]。华北板块边缘零星分布前中生界海相—浅海相碳酸盐沉积[5]。研究区内出露的地层从老到新有：太古界、元古界、古生界、中生界、新生界。

2.2.1 太古界

遵化岩群（Ar3Z）：岩性主要为黑云斜长变粒岩、斜长角闪岩。

汉儿庄片麻岩套（Ar3Hgn）：岩性主要为斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩。

张家口片麻岩套（Ar23Zgn）：岩性主要为钾长片麻岩、斜长片麻岩及角闪斜长片麻岩。

2.2.2 元古界

常州沟组（Chc）：岩性主要为一套河流相沉积的砂岩、砂砾岩、石英砂岩及页岩。

串岭沟组（Chch）：岩性主要为浅海潮间带沉积的砂质页岩、粉砂质页岩。

团山子组（Cht）：岩性主要为滨海相沉积的含铁白云岩、粉砂质泥晶白云岩及粉砂质页岩。

大红峪组（Chd）：岩性主要为长石石英砂岩。

高于庄组（Chg）：岩性主要为滨海潮浦相沉积的白云岩、砂岩及泥岩、灰质白云岩。

2.2.3 中生界

（1）侏罗系。

土城子组（J2tch）：即后城组。岩性主要为河流相沉积的砂砾岩、砾岩及砂岩。呈北东向分布于双塔山—陈栅子间。

张家口组（J2z）：本组以火山岩、火山碎屑岩为主，间有河流相碎屑岩沉积。岩性主要为流纹岩、流纹质火山碎屑岩及安山岩。主要分布在双滦区偏桥子东南部。

（2）白垩系。大北沟组（K1d）：岩性主要为火山喷发的安山岩及砂页岩、砂砾岩。

2.2.4 新生界

（1）Q3al+elo黄色含砾夹粘土、黄土。

（2）Q4pal+edl洪冲积物：砂、砾石层，含砾亚粘土、现代土壤。

2.3 地质构造

中生代、新生代以来，受西太平洋—特提斯构造域共同影响，华北板块边缘地质—构造—成矿作用极其复杂，形成了独居风格的构造—岩浆热液系统。

研究区所处构造单元为：中朝准地台、燕山台隆—褶皱带（Ⅱ级）中承德拱断束（Ⅲ级）。Ⅳ级构造子区：北部属大庙穹断束，中部属滦平凹断束，南缘属平泉凹断束。尚义—赤城—平泉深断裂横亘于本区中南部，对本区构造格局起到了决定性作用。

研究区内断裂通过侏罗系地层分布区的陈栅子一带，呈北东东向展布，最高层位可达上侏罗统，平面上呈蛇状弯曲，断面南倾，倾角40°～60°，南盘的长城系向北逆冲甚至于逆覆于侏罗系之上，挤压破碎带宽可达200m，滑动面发育，属右行压扭性质。该断裂为滦平凹断束与平泉凹断束分界线。受其影响，区内北东向、近东西向断裂构造比较发育。

2.4 工程地质

承德市区地壳相对稳定，地震基本烈度为6度。区内无活动性断裂通过，基底岩石地质环境比较稳定（赵云荣等，1996）。岩石的中等风化层和微风化层是建筑物的良好基础持力层，但对地貌单元过渡地带基岩顶面的突变性及基岩的破碎、蚀变等对工程基建有一定影响。地下水对混凝土无腐蚀性。研究区主要地层为：①层状软硬相间半坚硬碎屑岩组；②碎裂状坚硬变质岩组；③粘性土单层土体；④砂卵石、中细砂双层土体。

2.5 水文地质

承德市区主要为第四系松散孔隙潜水及基岩表层风化裂隙潜水。第四系松散孔隙潜水主要赋存于武烈河沿岸及山间沟谷地段的第四系全新统地层下部砂砾石中。pH值为7.1～7.4。基岩表层风化裂隙水主要赋存在山间沟谷的缓坡及基岩出露地段。区内地下水主要靠大气降水补给，主要以地下径流方式排泄[6]。

2.5.1 地下水类型

研究区内归燕山山地水文地质大区的兴隆—平泉低山深谷裂隙岩溶水区、龙关—隆化中低山裂隙水区和赤城—半截塔中山裂隙水区。

本区基岩地下水划分为两个含水岩组，即基岩裂隙含水岩组和碳酸岩类含水岩组，其富水性与构造或岩溶发育程度关系密切。片麻岩区泉流量达10.0L/s，水位埋深0.80～12m，多为HCO3-Ca型水。碳酸盐类岩石岩溶和构造裂隙发育，其富水性强，但不够均一，最大泉流量可达2952L/s，水位埋深1.0～26m，水化学类型为HCO3-Ca·Mg型。

第四系松散岩类孔隙含水岩组分布于山地宽谷及盆地中，为本区地下水动态观测之重点。山间盆地、宽谷中含水层厚在6.92～20m之间，单井涌水量485.50m3/d。

2.5.2 地下水的补给、径流和排泄

地下水的主要补给来源于大气降水。基岩裂隙含水层接受大气降水的补给后，通常以侧向渗流的形式补给邻近沟谷的孔隙含水层，同时以泉的形式排泄。山间河谷孔隙含水层除直接大气降水的补给外，还接受基岩裂隙水的侧向补给及上游地表水的径流补给。

3 高陡边坡基本特征

边坡失稳与边坡坡角、降水量及边坡工程地质特征关系密切。利用GIS、强度折减法、多元信息监测等高陡边坡稳定性分析也成为工程建设必不可少的部分[7]。护坡工程作为高陡边坡治理的主要手段，在公路、矿山等地灾区应用广泛。除消除地质灾害外，边坡生态植被的恢复应作为生态环境治理的重要标准。

鉴于承德地区特殊的地质演化、气候降雨条件，地质灾害在区内具有时间和空间上的耦合性特征。综合地质灾害评估也成为区内基础设施建设必不可少的内容。某边坡坡脚大于70°，边坡岩石以砾岩、砂砾岩为主。受区域降水影响，发生边坡失稳可能性大。

4 护坡工程设计

根据边坡特征，初步在该边坡设计浆砌石护坡工程、格构护坡工程、边坡绿化工程。各工程结合边坡地形地貌基本条件，充分考虑降雨等因素影响，在消除地质灾害的同时，恢复坡面植被。实现坡面地灾治理与生态景观恢复的双重目标。

4.1 浆砌石护坡工程

浆砌石护坡具有安全性能高、造价低廉的特点，在公路高陡边坡治理中应用广泛[8]。某高陡边坡一级平台长170余米，坡高达20m。该边坡岩石组成以砾石为主，坡角大于70°。结合一级边坡工程地质特征，设计沿坡脚的浆砌石护坡工程。根据坝体溶蚀参数，设计浆砌石强度等级为MU30，水泥砂浆强度为M10。

4.2 格构护坡工程

格构护坡优点明显，如布置灵活、格构平面多样、坡面密贴、可随坡就势等。护坡工程实施后，框格内可进行培土、植草，达到边坡加固和美化环境的双重效果[9]。某边坡岩层结构松散，植被覆盖率低。在二级边坡设计格构护坡能固定坡体稳定性、提供植被绿化单元。

格构护坡平面设计为正方形。横、竖梁间距为3.0m×3.0m，柱肋分别平行于坡面倾向与走向，格构断面设计为矩形，宽×高一般为0.2m×0.4m；浇筑格构的砼强度等级为C25，格构钢筋笼主筋配置规格为4Ø14mm，箍筋配置规格为Ø8mm@200，砼保护层厚度不小于25mm（如图1所示）。上下两级坡面的护坡格构四周以圈梁相连，横、竖梁交叉处设计一深3m的锚杆，锚杆倾斜20°打入基岩，增加整体稳定性。顶部设冠梁压顶，底部设底梁支撑，格构每隔15m设置一条纵向伸缩缝，缝宽50mm，缝内充填柔性防水材料。