S40宁国至枞阳高速公路池州段建设工程地质灾害危险性评估

孙伟伟,许雪洁

(安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院,安徽 蚌埠 233000)

0 引言

地质灾害对生态环境和人民生命财产构成巨大的安全隐患,我国政府和相关专家学者一贯十分重视对地质灾害的调查与防治研究[1-3]。地质灾害危险性评估主要为评估地质灾害的破坏能力,往往是通过对地质灾害活动程度的调查、监测及分析等手段加以实现的[4-6]。拟于池州市贵池区至青阳县一带新建S40宁国至枞阳高速公路池州段工程,全长约46.21 km。依据前人在该区段及周边已开展的的地质灾害调查,可能存在滑坡、膨胀土变形、岩溶塌陷等地质灾害。为完善国土资源正常用地审批程序,需在区内开展地质灾害危险性评估工作[7]。

基于以上,本次在充分收集研究前人资料基础上,在评估区内深入开展了地质灾害危险性评估工作。依据地灾种类及破坏性将评估区划分为Ⅰ～Ⅴ共5个区,对后期地质灾害的分区防治具有重要意义。

1 地质环境条件

拟建的S40宁国至枞阳高速公路池州段工程横跨贵池区与青阳县,全长共46.21 km,其中青阳县约23.16 km,贵池区约23.05 km。路线起于泾县与青阳县交界处竹溪村附近接拟建的泾县至青阳高速公路(起点桩号K0+000),终于池州长江公铁大桥南引桥处(终点桩号K46+210)。

拟建的S40宁国至枞阳高速公路池州段工程类别为一级公路,以道路中心线外扩500 m范围为本次评估区范围,确定评估区总评估面积46.72 km2(图1)。综合评估区内各方面条件,明确了区内地质环境条件复杂程度为复杂。

图1 地貌及第四纪地质图

1.1 地形地貌

评估区处于沿江丘陵平原及低山丘陵区,地势总体特征是西北低东南高,地形起伏相对较大,沿线海拔高度一般5.0～480.0 m左右,路线最高点位于青阳县竹溪村附近,海拔500 m左右。平原区相对高差较小,地面标高一般25～50 m。

评估区地貌类型主要为平原、波状平原、高丘、低山四类。平原标高<20 m,主要微地貌有河漫滩,长江江心洲等,拟建工程K13+600～K15+400、K44+000～项目终点段位于本区;波状平原海拔20～50 m,地面以5°～10°坡角呈扇形向山前倾斜,拟建工程K42+800～K44+000段位于本区;高丘主要分布于青阳县城南及铜九铁路附近,海拔一般在70～160 m,拟建工程K15+400～K30+000、K32+200～K36+300段位于本区;低山标高500 m左右,分布在青阳县的东南部,拟建工程起点至K6+000位于本区。

1.2 地质及工程地质条件

评估区隐伏基岩由寒武系～古近系组成;松散层主要由第四系全新统丰乐镇组和上更新统下蜀组组成。区内岩浆岩数量多,种类复杂,主要岩类有花岗岩、花岗斑岩等,分布于项目起点至K18+500。评估区及周边主要发育北东向和近东西向断裂,周王断裂(F1)、高坦断裂(F2)、九华山断裂(F3),其中高坦断裂(F2)、九华山断裂(F3)通过评估区。

评估区内地质体划分为岩体和土体两大类。其中土体有(1)层填土、(2)层粉质粘土及(3)层淤泥粉质粘土,特殊土主要为膨胀土(K42+800～K44+000 段)、软土(K13+600～K15+400、K44+000～项目终点段)、液化土(K38+500至项目终点段)。

1.3 人类活动影响

评估区人类活动对地质环境的影响主要体现道路及城乡建设、矿山开采两方面。

随着城乡经济发展,池州市的铁路、公路建设的速度进一步加快。铜九铁路、沪蓉高速、318国道、221省道、在建城际高铁从贵池区城南侧横穿而过,乡村中低山区的切坡工程建设,使部分切坡处于不稳定状态,部分路段崩塌和滑坡灾害的存在严重的安全隐患。另外拟建工程经青阳县规划区、池州东部新城、江南产业集中区,城镇建设对评估区的地质环境造成一定程度的影响。

评估区周边的水泥配料用砂页岩、石灰石、方解石、花岗岩、白云岩、煤、金矿、铁矿、铜矿、铅锌矿及粘土矿矿山众多,绝大部分为个体小矿山,这些矿山的采矿方式分露天开采和地下开采两种。露天开采矿山采矿的边坡均比较陡,达60°～90°,边坡高度为7～30 m,调查结果表明部分采矿边坡状态为不稳定,存在崩塌及滑坡隐患;地下开采多处引发了采空塌陷,另外由于地下开采疏排矿坑水引发岩溶塌陷多处。

2 地质灾害危险性评估

2.1 现状评估

2.1.1 滑坡地质灾害现状

评估区存在滑坡1处,即梅龙街道新龙村畈章组滑坡,距拟建道路中心线约500 m。该滑坡位于梅龙街道新龙村畈章组,处于丘陵坡脚处,其坡向为110°,坡度为13°～40°(图2)。

图2 梅龙街道新龙村畈章组滑坡平、剖面示意图

该滑坡属切坡建房引发的滑坡,形成原因为:切坡建房等人类活动使边坡前缘形成临空面;坡体残坡积土粘土结构松散,孔隙比大于1,软～硬塑状。诱因是连续的强降雨,地表水沿松散土体裂隙大量入渗,增加坡体内水压力和土体自重,减少了滑床的抗滑阻力,在以上因素共同作用下发生该滑坡。

该滑坡发生初时间为2002年8月,毁房5间,未造成人员伤亡。2017当地政府部门对该滑坡点进行治理,提高了边坡的稳定性。据本次调查该滑坡近几年未发现有变形现象,现状评估该滑坡发育程度为弱发育。

2.1.2 膨胀土变形地质灾害现状

对评估区沿线的村庄现场调查时,开裂房屋多为上世纪八十至九十年代建造的平房,据现场调查访问,均为浅基础,未设地基圈梁。当地村民房屋开裂特征及程度如下:开裂宽度在0.5～1.7 cm;开裂长度一般1.1～2.0 m,开裂方向一般与地面的夹角60°～75°,开裂位置多集中在门窗洞角、院墙,裂痕呈倒“八”字型,具备膨胀土变形造成房屋破坏的典型特征。评估区现状地质灾害类型为膨胀土变形地质灾害,为弱膨胀潜势,发育程度弱。

2.2 危险性预测评估

2.2.1 工程建设引发地质灾害危险性预测评估

预测评估内桥涵工程施工过程中可能引发基坑崩塌地质灾害,最大基坑崩塌方量约为248 m3,为小型基坑崩塌,其发育程度弱,危害程度小,危险性小。

根据对评估区周边的野外调查实地调查(青阳县蓉城镇杨冲村杨冲水库坝附近,坐标:117°48′48″、30°36′16″),拟建工程K0+000至K17+400段地层岩性主要为花岗岩、二长花岗岩等,风化较弱,岩石呈块裂状(照片8),节理发育,主要有245°∠65°、140°∠70°和36°∠25°三组。对预测的切坡边坡通过赤平面投影图进行稳定性分析,边坡稳定性为较稳定。预测可能发生的崩塌方量为468 m3、崩塌方量小于500 m3,危害程度小,危险性小。

拟建工程K0+000～K42+800段位于丘陵、低山区,地形起伏较大。拟建工程K17+400～K19+400段、K21+550～K24+200段、K28+450～K42+800段沿线部分路段表层残坡积土和全-强风化砂岩、泥质砂岩及粉质泥岩等风化岩体叠加,厚度较大;K0+000～K42+800段位于岩浆岩分布区,岩石风化较强。当道路工程、隧道工程的切坡开挖,使已有斜坡的坡脚,斜坡体失去支撑,产生卸荷裂隙,在暴雨及人类工程活动等工况下,不合理的施工可能会引发滑坡地质灾害。根据以往地质资料,评估区外围因切坡修路发生过滑坡地质灾害,主要为小型滑坡。结合现状评估,预测道路工程、隧道工程在工程建设中可能引发滑坡地质灾害,其发育程度弱,危害程度小,危险性小。

2.2.2 工程建设可能遭受已存在的地质灾害危险性的预测评估

评估区K19+410～K21+550段、K24+200～K28+450段、K33+400-K36+210段位于二叠系下统栖霞组、孤峰组和奥陶系下统仑山组,岩溶发育率为3.3%～5.87%,上覆松散层厚度大于30 m,地下水位变幅不大,评估区岩溶塌陷发育程度为中等发育。预测评估区内拟建工程K19+410～K21+550段、K24+200～K28+450段、K33+400-K36+210段路基工程、桥涵工程、隧道工程等可能遭受岩溶塌陷地质灾害,其发育程度中等,危害程度中等,危险性中等。

岩拟建工程起点至K6+000、K15+400～K30+000、K32+200～K36+300段位于低山丘陵区,评估区相对高差较大,地形坡度为15°～30°。区内植被覆盖率较高,一般达50%～80%;流通区为短窄的冲沟,长度在50～200 m,堆积区位于沟口外,泥石流发育程度为弱发育。评估区外围主要过小型泥石流地质灾害,结合现状评估,预测拟建工程起点至K6+000、K15+400～K30+000、K32+200～K36+300段路基工程、桥涵工程、隧道工程可能遭受到泥石流地质灾害,其发育程度弱,危害程度小,危险性小。

拟建工程K42+800～K44+000 段分布有第四系上更新统下蜀组地层,地表岩性主要为黄褐色粉质粘土。该土层自由膨胀率(δef)在40.0%～47.0%之间,具有弱膨胀潜势,预测评估区内拟建工程K42+800～K44+000 段路基工程、桥涵工程等建设工程可能遭受膨胀土变形地质灾害,其发育程度弱,危害程度小,危险性小。

软土地基在受荷后会发生剪切变形和缓慢沉降,会使得建设工程因为软土变形导致路基等线状工程产生裂隙。拟建工程沿线K13+600～K15+400、K44+000～项目终点段,位于现代河流两侧,发育有软土,位于第③层粉质粘土层中,层厚约2.40 m,灰色,软塑,含大量有机腐殖质,局部为淤泥质粉质粘土,天然含水量34.2%～47.1%,天然孔隙比1.00～1.285,液性指数0.796～1.289,压缩系数0.30～0.96 MPa-1,压缩模量1.96～3.40 MPa,其承载力特征值为80 kPa,极限摩阻力标准值为20 kPa,属软弱土。预测评估区内K13+600～K15+400、K44+000～项目终点段路基工程、桥涵工程、交叉工程可能遭受软土变形地质灾害,其发育程度为中等发育,危害程度中等,危险性中等。

评估区内②1层中的粉土薄层,地质年代为第四系全新统芜湖组,判别的液化指数为0.19～3.08,为轻微液化土层。根据以往资料分析及现场调查,评估区内现状砂土液化地质灾害发育程度弱。预测评估区内建设工程可能遭受砂土液化地质灾害,其危害程度小,危险性小。

3 地质灾害危险性综合分区

根据地质灾害现状评估和预测评估的结果,并基于地质灾害危险性的分区原则,结合地质灾害灾种类型和工程建设类型,将评估区46.72 km2范围确定为5 个区(图3),即岩溶塌陷、崩塌(基坑崩塌)、滑坡、泥石流地质灾害危险性中等区(Ⅰ);软土变形、砂土液化、基坑崩塌地质灾害危险性中等区(Ⅱ);崩塌(基坑崩塌)、滑坡、泥石流地质灾害危险性小区(Ⅲ);崩塌(基坑崩塌)、滑坡地质灾害危险性小区(Ⅳ);膨胀土变形、基坑崩塌地质灾害危险性小区(Ⅴ)。

图3 地质灾害危险性综合评估分区图

Ⅰ区分为三个亚区(Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3),面积分别为4.36 km2、2.06 km2、2.86 km2,主要建设工程为拟建道路的路基工程K19+410～K21+550段、K24+200～K28+450段、K33+400-K36+210段;桥梁工程、隧道工程等。Ⅱ区面积2.21 km2,主要建设工程为路基工程K44+000～K46+210段、江口长江公铁特大桥引桥等。Ⅲ区分为三个亚区(Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ3),面积分别为19.62 km2、4.99 km2、2.63 km2,主要建设工程为拟路基工程K0+000～K19+410段、K21+550～K24+200段、K28+450～K33+400段;桥梁工程、隧道工程、交叉工程等。Ⅳ区面积为6.79 km2主要建设工程为拟路基工程K0+000～K19+410段、K21+550～K24+200段、K28+450～K33+400段、K36+210段～K42+800;桥梁工程、隧道工程、交叉工程等。Ⅴ区面积1.20 km2,主要建设工程为路基工程K42+800～K44+000段、查村特大桥、江口长江公铁特大桥南引桥等。

4 结语

(1)拟于池州市贵池区至青阳县一带新建S40宁国至枞阳高速公路池州段工程,依据前人在该区段及周边已开展的的地质灾害调查,可能存在滑坡、膨胀土变形、岩溶塌陷等地质灾害,需在区内开展地质灾害危险性评估工作。

(2)在系统收集、充分研究前人资料的基础上,开展了地质环境调查和地质灾害调查,基本查明了评估区地质环境复杂程度为复杂,现状有发育程度弱的滑坡和膨胀土变形地质灾害。

(3)将评估区划分为岩溶塌陷、崩塌(基坑崩塌)、滑坡、泥石流地质灾害危险性中等区(Ⅰ),软土变形、砂土液化、基坑崩塌地质灾害危险性中等区(Ⅱ),崩塌(基坑崩塌)、滑坡、泥石流地质灾害危险性小区(Ⅲ),崩塌(基坑崩塌)、滑坡地质灾害危险性小区(Ⅳ),膨胀土变形、基坑崩塌地质灾害危险性小区(Ⅴ)。评估结果对后期地质灾害的分区防治具有重要意义。