废弃矿山地质灾害治理工程应用于徐州市汉画像石馆文物保护

2024-02-26徐豪，罗跃

西部探矿工程 2024年2期

徐豪，罗跃

（江苏省地质矿产局第五地质大队，江苏徐州 221004）

徐州汉画像石艺术馆是一座集合了陈列、收藏、研究汉画像石的专题性博物馆，是国家二级博物馆，馆内画像石题材丰富、内容广泛，形成了汉代社会的缩影，是一部真实生动的汉代史。

徐州市汉画像石馆东侧边坡为2020年新增崩塌隐患点。该隐患点位于云龙山西北坡、云龙湖风景名胜区内，边坡西侧紧临徐州市泉山区金山街道徐州汉画像石艺术馆北馆库房，坡面存在多处崩塌隐患，且近期发生过块石崩落现象，存在一定安全隐患。为了保证汉画像石馆及云龙山周边地质环境的稳定，消除宕口地质灾害隐患，美化地形地貌景观，徐州市云龙湖风景名胜区管理委员会决定对徐州市汉画像石馆东侧边坡地质灾害隐患点进行治理工作。

1 地质环境背景

边坡位于泉山区金山街道徐州汉画像石艺术馆北馆库房后，地层岩性为寒武系张夏组—馒头组灰岩，产状160°∠70°，岩体破碎，节理裂隙发育两组，产状110°∠45°、40°∠48°，边坡长约220m，坡向东北，最大高差约50m，整体坡度在61°左右。山体整体植被茂密，坡面沿岩体节理多生长低矮灌木，坡面陡立，上部分布有危岩体及浮石，坡下为住房。未来在强降雨等不利因素影响下，可能失稳，发生崩塌灾害。

2 地质灾害现状

徐州市汉画像石馆东侧边坡由于历史遗留开山采石活动，留下高陡边坡。边坡分南、北两个，均呈“U”字型。北部1号宕口坡底标高约41m，坡顶标高76~90m，坡底线长约220m，坡高最大约50m，整体坡度约60°；南部2号宕口坡底标高约47m，坡顶标高48~52m，坡底线长约115m，坡高最大约4m，整体坡度较直立。山体岩层产状160°∠70°，整体为逆向坡。坡面岩体整体较稳定，发育两组较明显的节理裂隙，产状110°∠45°、40°∠48°；局部坡面由于植被根系生长导致节理裂隙发育，坡面岩石破碎，有碎石、浮石，少量岩石悬空。调查期间发现崩塌点3处，崩塌隐患点5处。崩塌隐患情况见表1。

表1 崩塌隐患点统计表

治理区由于早期采石破坏了原有山体的稳定性，形成了高陡边坡，边坡整体稳定性较好，但坡面植被较茂密，植被根系沿岩体节理裂隙生长，破坏了原有岩体的稳定性，局部岩石已脱离母岩处于悬空状态，存在多处崩塌隐患点，随时有产生崩塌地质灾害的可能，崩塌地质灾害发展趋势为不稳定。

3 水文与工程地质条件

（1）水文地质条件：治理区及周边主要含水层为松散岩类孔隙水和碳酸盐岩岩溶裂隙水两大类。松散岩类孔隙水主要是土体内的潜水，其水量受大气降水影响，地下水位埋深多小于2m。碳酸盐岩岩溶裂隙水主要沿岩溶裂隙、溶孔以及溶洞分布。贯通性好，受裂隙充填程度影响，渗透系数差异较大。其补给主要来自大气降水、地表水的渗透补给，水量多大于500m3/d。治理区内地层为寒武系灰岩，主要表现为碳酸盐岩岩溶裂隙水，治理区最低标高高于本区侵蚀基准面，岩层透水不含水，治理区内主要补给来源为大气降水，排泄途径为自然径流、蒸发及少量下渗。因此，本区的水文地质条件为简单型。

（2）工程地质条件：治理区内出露基岩主要为寒武系灰岩，属可溶盐类工程地质岩组，为中等—坚硬岩石，据资料表明，抗压强度值为60~90MPa。岩石结构面主要为层面、节理面，节理产状110°∠45°、40°∠48°，区内未发现明显的软弱岩层组，但节理面多泥质充填。岩石整体较完整，微风化，采石边坡存在较多浮石、碎石。因此，治理区内工程地质条件简单。

4 稳定性评价

本次采用赤平投影法进行边坡稳定性计算。现场调查发现，局部岩体结构面为泥质和钙质胶结，根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）规定治理区边坡岩体结构面结合程度为一般—差，故岩石结构面粘聚力值取120kPa，内摩擦角取30°；岩体类型为Ⅲ或Ⅳ级，破坏后很严重，故边坡安全等级为一级。

（1）边坡整体稳定性：治理区边坡呈U 字型，边坡长分别约115m、220m，整体坡向东北，最大高差约50m，整体坡度约61°，局部近直立，岩层产状160°∠70°，整体为逆向坡。坡面岩体整体较稳定，发育两组较明显的节理裂隙，产状110°∠45°、40°∠48°，岩体的稳定性可能受节理、裂隙的影响，故采用根据计算结果可知治理区边坡整体稳定，边坡稳定性类型为稳定类型。

（2）BY4 隐患点稳定性：BY4 隐患点位于坡高26m的边坡，危岩倒悬于坡面，节理产状分别为190°∠15°、160°∠70°，经计算，沿交线方向坡顶面与边坡面位于圆心两侧，边坡倒悬，其稳定性为稳定。

综上所述，治理区内边坡整体稳定。但由于边坡局部危岩体外倾、悬空，节理裂隙多被泥质充填，且受植被根系扰动较大，边坡坡表岩体受雨水冲蚀卸荷形成碎裂状小块体，稳定性相对较差，易发生失稳破坏而形成坡面岩体的碎落，存在崩塌的可能性。

5 设计方案

（1）设计原则。

①安全原则[1]。坚持以人为本，把消除地质灾害隐患为首要任务。防灾减灾，保障山体自身及周边人民的生命财产安全和稳定，保护自然资源。

②技术可行、经济合理的原则。依据山体现状，结合自然条件、土地利用与环境整治要求，合理确定整治技术方法，坚持因地制宜，量力而行，综合治理。尽量采用区内成熟的技术和方法。在此基础上进行创新，逐步探索适合于该地区山体地质环境治理的新技术、新工艺。

③立足长远，综合治理的原则。

（2）具体目标。本次治理设计具体目标是针对边坡采用清坡、锚固等施工措施，加强边坡自身稳定性，消除边坡存在的崩塌隐患点；设置截水沟，防止水土流失导致的滑坡、崩塌；设置警示牌，防止人员靠近，保障居民的生命及财产安全[2]。

（3）技术方法与工程内容。结合治理区坡面现状及场地现状，针对本项目的坡面地质灾害隐患特点及场地特点，通过边坡防治方案比选，综合考虑经济及技术可行性要求及本项目地质灾害特征，为防止边坡岩石长期暴露风化及雨水冲刷造成坡面失稳，以点、区段为单位进行地质灾害治理。主要治理措施为采取清坡（清除危岩）、毛石混凝土嵌补护坡挡墙、拦石挡墙和植被缓冲、坡顶防护网、截水暗墙、警示牌等。

①BT1~BT2崩塌点：采取清坡、毛石混凝土嵌补护坡措施：清坡只要是采用人工方式对坡面进行清坡，清除坡面浮石、危石（被节理、裂隙切割后易崩落的岩石）、松动石块及边坡裂隙中的粘土，清除影响施工作业对固土护坡无作用力的杂草灌木，以及清除掉根系发达会导致岩石开裂的树木，清坡的同时需对坡脚至房屋间的碎石等杂物进行清杂；毛石混凝土嵌补护坡主要在坡面逐层浇筑混凝土、铺设毛石护坡。砼的浇筑应分层连续进行，一般分层厚度为振捣器作用部分长度的1.25倍，最大不超过50cm。浇灌时，应先铺一层10~15cm厚砼打底，再铺上毛石，毛石插入混凝土约一半后，在灌筑注一层30cm的混凝土，填满所有孔隙，振捣完全后，然后在普通混凝土上再投放一层毛石，继续浇筑混凝土，逐层铺设毛石、浇筑混凝土及振捣，直至达到挡土墙顶面，保持毛石顶部有不少于10cm厚的砼覆盖层。墙顶部使用C20 混凝土克顶，克顶厚度不小于5cm，挡墙内设置泄水孔，泄水孔的泄水口高出地面30cm，水平孔距3m，泄水管采用∅75PPR塑料排水管，自墙内向外倾斜布设，坡度5%，采用土工布包扎，然后挡墙内侧泄水管处设置碎（砾）石反滤包。

②BT2~BY3隐患点：主要是采用清坡、设置拦石挡墙及植被缓冲带等措施。其中为了防止该区段坡顶危岩、碎石掉落造成人员伤亡和房屋破坏，在该区段边坡坡脚外沿2m修建混凝土浇筑挡墙，采用C20混凝土浇筑，矩形断面，墙体顶、底部均宽80cm，墙高150cm，基础埋深50cm，地基承载力不小于100kPa。挡墙浇筑完成后，在挡墙内种植乔木、藤本以对上部危岩、碎石起到缓冲作用。藤本的选择及布置：藤本的选择以爬山虎、紫藤萝等为主，沿坡脚间距0.5m相间种植爬山虎及紫藤萝，绿化边坡面。乔木的选择及布置：坡脚挡土墙内0.5m、1.5m补植两排榉树，呈梅花状，采用挖穴种植，每排乔木株间距1m。栽植时先沿行距划好行定位线，然后再沿行定位线按株距确定株定位点。在各株定位点挖穴种植。挖坑采用直径0.6m，坑深0.5m 的规格开挖。树苗要求胸径不小于3cm，苗高不低于120cm，且冠型饱满，无病虫危害和机械损伤；栽植时做到根舒压实，上面增一层松土成龟背形[3]。

③BY5隐患点：采取混凝土嵌补、锚钉加固对危岩体进行加固。对BY5 危岩体节理裂隙灌注混凝土勾缝。为加强混凝土强度，在水平节理裂隙每间隔50cm嵌补一个锚钉，锚钉长10cm。

④截水暗墙：为防止水土流失引发的滑坡、崩塌地质灾害，在BT1~BY3 区段沿坡顶内0.5m 设置截水暗墙，向北50m延伸至区外小路，经道路改为矩形暗渠汇水至刘备泉。截水墙采用混凝土现浇，矩形断面，砌筑截水暗墙原则上以基岩面为基础，砌筑前需进行坡面松散土层清理，在新鲜岩面砌筑0.5m 高、0.4m 宽截水墙（实际墙高以松散土层厚度为准）。暗渠采用水泥板预制暗渠，宽0.5m，高0.4m，长约23m。

⑤防护网：由于治理区边坡临近汉画像石馆，坡脚分布有民房，其内常住居民为固定威胁对象，云龙山边坡陡峭，游客为潜在威胁对象，为防止游客靠近山坡、坡面碎石掉落，以及防止人员、石块从坡顶跌落，在BT1~BY3区段以截水暗墙为基础设置防护网。防护网选用单片焊接网防护栅，网高1.2m，立柱间隔3m，孔：80mm×80mm，立柱使用直径为10cm 的钢管，钢管厚度不小于1.5mm，边框为20mm×30mm 的方管，壁厚1.5mm，钢管外进行喷塑。

⑥安全警示牌：于BY5 隐患点和BT1~BY3 区段防护网上每间隔50m设置1块安全警示牌，安全警示牌为永久设置，设置警示牌为4块。