新疆天池飞龙涧南坡滑坡灾害发育特征和防治工程分析

2023-01-12张天义陈伟楠

地下水 2022年3期

张天义，陈伟楠

(1.中国地质工程集团有限公司，新疆乌鲁木齐 830018；2.新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

研究区位于天池飞龙涧景区，距阜康市区37 km，距新疆维吾尔自治区首府乌鲁木齐97 km，行政区划隶属于昌吉回族自治州阜康市管辖，从乌鲁木齐市进入吐乌大高速至阜康市，再由S111省道可达研究区顶端，进入研究区沟道内只能步行，交通运输条件极为不便。新疆天山天池旅游景区为国家5A级旅游风景名胜区，多年以来一直受到各部门的高度关注，该地区地质灾害调查、防治等相关工作是重中之重。因此，本文在查明新疆天池飞龙涧南坡滑坡孕灾条件的基础上，结合并参考相关研究成果[1-6]，对研究区的发育特征进行分析，并提出防治工程设计思路，为进一步开展区内地质灾害防治勘查、工程设计提供基础性依据。

1 研究区地质环境分析

1.1 地形地貌

研究区位于天山山脉博格达山北麓的中山区，地势总体南高北低，海拔高程1 600～1 905 m，具体位于三工河左岸，天池景区称该河段为“飞龙涧”，该段河道长约1.2 km，下切深度40～120 m。河道右岸以岩质边坡为主，局部堆积坡积物，山体陡峻，坡度一般35°～40°，局部直立。HP1位于河道左岸，以冰水堆积物为主，由块石和砂砾组成，由于河流侧蚀作用使边坡失稳，大部分发生表层滑动，坡面凸凹不平，局部分布大块石。

1.2 地层岩性

研究区出露的地层为石炭系和第四系，分布特征如下。

1.2.1 石炭系

以火山碎屑岩和陆源碎屑岩为主夹少量灰岩，岩性为砂岩、粉砂岩、凝灰质砂岩夹少量灰岩，以厚层状破碎结构为主。

1.2.2 第四系

(1)上更新统冰积物(Q3fgl)

主要分布于天池景区飞龙涧冰舌堆积区的冰碛泥砾层，主要由块石、砾石与砂组成，其中块石含量达65%～75%，呈棱角状，粒径为0.05～2 m之间，最大可达8 m以上，含浅灰绿色、浅紫红色安山质凝灰岩、安山质玄武岩、火山角砾岩，砂、粘土含量25%～35%，结构松散，层厚大于10 m。

(2)全新统坡积物(Q4dl)

分布于研究区三工河左岸一带，为含泥砂砾块层，由砾石与砂、少量粘土组成，结构松散。

(3)全新统冲洪积物(Q4apl)

广泛分布于三工河流域沟谷地带底部，组成以大的漂卵砾石为主，卵砾石次圆状，粒径为5～80 cm之间，最大可达2 m以上，成分有浅灰绿色、浅紫红色安山质凝灰岩、安山质玄武岩、火山角砾岩，分选性差，结构松散。

1.3 地质构造

本区属东天山博格达造山带，呈东—西走向夹持于准噶尔和吐鲁番—哈密两个中、新生代盆地之间。在大地构造位置上，处于博格达晚古生代弧后断陷盆地与准噶尔中央地块的接合部，断层、褶皱发育，由一系列推覆构造岩片组成。

在齐点沟、五官沟、白杨沟、大面场沟及海西沟发育了五条顺沟逆断裂，倾向南东，各断裂均为东偏北走向与各支干沟走向基本一致，属充水断裂，有导水及富集地下水的作用，沿地质断裂地带沿线多见有泉水出露点。

1.4 工程地质条件

依据岩土体结构、强度及类型将研究区工程地质岩组划分为层状结构粉土-砂卵砾石、条带状分布的松散大孔隙碎石土，层状或片状较坚硬岩组，工程地质特征如下。

1.4.1 层状结构粉土-砂卵砾石

粉土主要分布于河谷两岸的阶地平台上，山顶厚度较大，山坡相对较薄或无出露，表层0～0.5 m厚，呈黑灰色，植被发育，含有大量植物根系。砂卵砾石分布于三工河流沟谷底部，组成以大的漂卵砾石为主，分选性差，结构松散。

1.4.2 条带状分布的松散大孔隙碎石土

分布于研究区三工河左岸一带，结构松散，孔隙较大，分选性差。由块石、砾石与砂土组成，块石成分主要为灰色泥页岩、浅灰绿色、浅紫红色安山质凝灰岩、花岗岩等。

1.4.3 层状或片状较坚硬岩组

分布于研究区三工河右岸一带，主要以砂岩、粉砂岩、凝灰岩为主，风化破碎严重，产状多为直立。抗压强度120～250 MPa，内摩擦角5°～87°，应力4～6 MPa。

1.5 水文地质条件

研究区域内地下水类型有基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙水两种类型。

1.5.1 基岩裂隙水

三工河东西两侧的高中山区分布有基岩裂隙水，由于常年处于负温状态，受冻结的影响，地下水补给量有限，同时由于山险坡陡，径流途径非常短，风化裂隙为基岩裂隙水的形成提供了良好的储水空间和过水通道，常以侧向排泄形式排入河道中。

1.5.2 第四系松散岩类孔隙水

研究区域内第四系松散岩类孔隙水主要分布在沟谷内，主要接受上游基岩裂隙水的补给，含水层岩性以砂卵砾石为主。由于区内地表水和地下水相互转化强烈，循环条件也好，故两者均为低矿化的淡水，基本处于原生状态未受到环境污染，水化学类型为HCO3·SO4-Na·Ca型水，pH值7～8为中偏碱性，矿化度小于1 g/L，为良好的生活用水，水温一般0℃～6℃。

2 研究区滑坡发育特征分析

HP1潜在滑坡体分布于天池飞龙涧南侧斜坡，地形呈南高北低、西高东低，本次防治东以三工河沟底为界、西至省道S111外侧、南与二期工程北侧边界相邻、北侧以HP1潜在滑坡中部冲沟为界，南北宽约168 m，东西长约178 m，防治投影面积30 543 km2，三维面积39 432.07 km2，坡向3°～21°，整体坡度20°～45°。坡顶为较为平缓宽阔平台，坡顶区域距省道S111直线最短距离仅有15 m，植被较发育，以低矮灌木群落为主。

滑坡体后缘高程为1 786 m，前缘高程为1 656 m，相对高差130 m，坡面形态呈上陡下缓，平均坡度35°，最陡处45°，坡脚区域相对较缓，坡度23°～37°。平面形态整体呈U形，坡面植被以松柏为主，其中坡体南侧较发育，其余坡面覆盖率较低。

研究区上部坡面凹凸不平，坡面上可见巨大岩块凸起，岩体表面风化现象较明显，坡体中上部距坡顶15～60 m处沿坡体走向出露大片岩体，裂隙发育，结构破碎，顺坡方向自上而下分布有多处滑塌形成的沟壑，深度一般为0.5～1.5 m，宽度一般为0.3～1.5 m，冲沟区域见有碎石土时常出现小规模的浅表层滑塌坠落，坡面植被基本不发育。

坡面中下部，植被零星发育，可见少量低矮灌木及松树，坡面裸露，坡度平缓，以小的松散滑塌碎石土堆积为主，坡面冲沟见有块石滚落痕迹，坡面下部块石零星分布，主要分布在坡底平缓低洼处，坡脚处沿线南高北低，整体与坡脚三工河顺接，局部地段基岩出露，形成陡坎状，高度约1.5～2.5 m。

滑坡体由由天池冰碛湖堤第四系末次冰期松散冰碛层组成，并且发育的历史较长，勘探孔深度范围(钻孔深度30.46 m)内未揭露到稳定基岩，根据滑体的规模等级划分表，HP1潜在滑坡为大型潜在滑坡隐患体。

3 研究区防治工程设计

根据本防治工程设计原则及设计思路，本次潜在滑坡防治工程设计方案为边坡修整工程、格构锚固工程、客土锚喷工程、重力式挡土墙工程、截水沟工程、警示工程、变形监测工程及说明碑工程，具体设计如下。

3.1 边坡修整

支护防治区内坡面较为不平整，存在难以加固处理的孤立岩体、浮石、堆积体等，由于各零散岩体体积较小，可以采用人工清理整饰的方式进行处置。

3.2 马道及施工便道设计

3.2.1 马道设计

由于防治区坡面顶底高差较大，依据规范要求需加设2条横向马道，横向马道间高差不大于30 m，设计宽度均为2.0 m，路面采用C30砼硬化，厚度10 cm，底面与纵梁连接为一体。马道1全长197 m，高程范围1 705～1 743 m，平均坡度14%，南端自然顺延修建至防治区南侧，北端自然延伸至防治区北侧；马道2全长157 m，高程范围1 680～1 738 m，平均坡度16%，南端自然顺延修建至防治区南侧，北端自然延伸至防治区北侧。

3.2.2 竖向施工便道设计

在边坡竖向设置3条施工便道，其中马道1至马道2之间设置1条竖向施工便道(编号为SD1)，马道2至重力式挡墙间设置2条竖向施工便道(编号为SD2、SD3)，施工便道间距不大于40 m，设计宽度均为1.0 m，路面采用C30砼硬化，厚度10 cm，底面与竖梁梁连接为一体。考虑坡面坡度较大，在路面上设计连续台阶，台阶水平长0.3 m，高0.14 m。台阶尺寸可根据实际情况现场调整。

SD1施工便道长27.5 m，高程范围1 679～1 705 m，高差26 m，SD2施工便道长52 m，高程范围1 643～1 681 m，高差38 m，SD3施工便道长36 m，高程范围1 652～1 679 m，高差27 m。

3.3 格构锚固工程设计

锚杆设计采用全长锚固式水泥砂浆锚杆，边坡不同地段采用不同的锚杆尺寸，格构锚杆长度9～20 m，坡面间距5.0 m×5.0 m，正方形布置，锚杆孔径108 mm，锚杆钢筋采用直径32HRB335级热轧钢筋。9 m长锚杆个数为193根、18 m长锚杆个数为478根、20 m长锚杆个数为549根。

采用正方形格构型式，格构间距5.0 m×5.0 m。钢筋框架梁截面0.4 m×0.3 m，须嵌入坡面20 cm。纵向钢筋采用直径16HRB335级热轧钢筋，箍筋采用直径10钢筋加工，砼采用C30强度等级。

3.4 植生袋绿化护坡

本次在格构梁框架中设置植生袋进行绿化护坡，植生袋充填护坡方量为4 080 m3。植生袋采用30×15×60 cm的专用袋，内部充填一定配比的土壤填充材料。土壤成分应包含：有机物质体积占总体积10%～15%；小于50 mm大于2 mm的颗粒占总体积60%～70%；大于0.05 mm小于2 mm的颗粒占总体积10%～15%；粘土占总体积0%～5%。有机添加剂采用商用肥料产品，填充材料配制完成后，要求在经历至少10 min的中到大雨或水冲刷60 min后不能看见任何驻水。

3.5 客土锚喷护坡工程设计

3.5.1 锚杆设计

本次客土锚喷护坡主要原理为锚杆锚固岩土体的同时坡面采用高强钢丝网片覆盖再进行客土喷播，形成喷射厚度较大、粘结稠度较高的基质层，稳固边坡的同时，能促进植物长期生长，最终达到坡面复绿效果。

本次锚杆采用HRB335钢筋1根，直径25 mm，锚杆横向间距3.0 m，垂直间距2.0 m，孔径108 mm，矩形布置，顶部设置一排压顶锚杆长度2.5 m，坡面锚杆长度均为9.0 m，配筋直径25 mm，9 m长锚杆个数1 420根。

3.5.2 客土喷播设计

客土喷播土层由客土层、抗侵蚀纤维有机基质层组成。提供从坡表面到浅表层的防护，对边坡稳定提供支撑。

采用坡面覆盖高强度钢丝网，防护网面积12 253.27 m2，型号为T/65型TECCO高强度钢丝网、菱形网孔内切圆直径65 mm，网片标准规格为30 m/20 m/10 m×3.0 m。将镀锌铁丝网向坡顶上方延伸50 cm以上，用锚杆固定后，回土压实，钢丝网采用直径8 mm缝合绳进行缝合。

主锚杆采用直径25 mm钢筋，长9 m，间距3×2 m，辅助锚杆采用直径16 mm钢筋，长0.5 m，间距1×1 m，支撑绳及边界绳直径1216 mm。主锚杆、辅助锚杆安装锚垫板保证网面应紧贴坡面，尽量避免悬空。

喷播分为基底喷播和表层喷播，本次设计喷播基底厚13～17 cm，表层种子层设计喷播厚度为3～7 cm。本次设计喷播厚20 cm(包括渗入量)。

3.6 重力式挡墙工程设计

本次设计，在防治区潜在滑坡前缘坡脚陡坎处设置挡墙(编号为DQ01)，采用直立式混凝土挡墙，设计长度为159 m。

3.7 截水沟设计

排水沟基槽开挖采用人工开挖，整平夯实后，在基槽底部人工铺设10 cm的天然砂砾石垫层，均匀摊平并夯实，上部铺设防渗土工布。排水沟采用C25混凝土现浇结构，厚5 cm，沟顶外侧采用现浇C25混凝土压顶，厚3 cm，宽10 cm。

所有截水沟每隔8 m设置伸缩缝，缝宽2 cm，缝内嵌厚2 cm的高压闭孔板。

3.8 警示标示设计

施工完成后，在人类活动密集区段设置警示牌3块，提醒过往行人注意安全。

3.9 防治工程监测设计

为了保证滑坡在治理过程和运行中的安全，须对滑坡进行变形监测，以分析其变形与趋势，运行状态的稳定性与危险性，作出实时预报预警。

主要监测分析任务包括：锚杆格构梁水平和垂直位移、锚杆节点、挡墙变形位移、马道位移及坡面位移变形监测，水平位移采用极坐标法。本次设计基准点5个、监测点20个、变形测量760次。

3.10 地质灾害培训及演练

项目实施期间，组织当地管委会人员进行地质灾害防治知识培训，结合防治工程及周边区域地质灾害发育类型，重点对滑坡地质灾害预防科普知识进行培训。滑坡科普知识培训主要包括：滑坡危害、形成、诱发因素、发生前征兆、突发性暴雨滑坡撤离方法等。培训分为四期，培训人数不少于100人，组织民众共同完成地质灾害防治演练1次。