某海岛渔港边坡崩塌坠石应急治理案例分析

朱智勇，曹玉苹

（浙江省工程勘察院，浙江 宁波 315012）

1 引言

海岛工程建设多数为围绕丘陵山体进行，岸边工程或山地工程在建设过程或建设后不可避免地要涉及边坡问题。坡前建（构）筑物中有部分在建设前后均未对临近的山体边坡采取治理加固措施。随着时间的推移，边坡岩体风化程度逐渐加剧，结构面发育程度加深、强度降低，在一定的内外地质营力作用下可能引发边坡失稳，危及坡前建筑物及人员的安全。对于失稳边坡或即将失稳的边坡，采取必要的应急治理措施，一方面可以减少灾害对坡前建筑物及人员的威胁，另一方面也可以为边坡的系统治理施工提供一定的防护功能。

2 工程概况

2008年初某海岛渔港后方的山体边坡发生崩塌坠石，坠石停留于坡脚与斜坡上，坠石轴长为1~6 m不等，厚度0.5~1 m，总方量约30 m3。其中约10 m3坠落至坡脚，造成坡脚相邻的住宅楼外墙倒塌和人员伤亡。根据现场情况及踏勘结果，边坡整体处于稳定状态，但不能满足长期（永久）稳定条件的要求，且目前边坡仍存在坠石的隐患，需进行加固治理。考虑到边坡整体治理施工工期较长，为避免再次坠石危及坡前建筑及人员的安全，在对边坡进行系统加固治理前，对现有边坡采取应急治理措施。

3 边坡崩塌坠石地质灾害的成因与特征

3.1 地形地貌条件

边坡区地貌属构造剥蚀丘陵，山丘走向北东，丘顶最大高程64.6 m，坡前为采石形成的平地，距坡顶最大高差近60 m，距坡缘最大高差近50 m。崩塌坠石边坡由人工采石开挖形成，边坡长约50 m，总体倾向北西，边坡下部坡度较缓 （30°～50°），上部为陡坡、陡崖 （坡度大于70°），局部呈向内倾的负坡，坡面上局部有危石分布。坡前平地建筑物密布，为2～7层，建筑边界与坡脚距离为1.0～4.0 m。该边坡位于丘陵西北坡，基岩出露情况良好，植被不发育。

3.2 气象、水文条件

该边坡位于亚热带南缘海洋型季风气候区，冬季温和，夏季凉爽，常年温暖湿润。年平均气温15.8℃，极端最低气温-7℃，极端最高气温36.7℃，年平均降水量921～948 mm。在发生坠石的前7~10 d连续阴雨，且温度较低（最低至零下），早晚出现冰冻现象。

场地附近无大的地表水系、水库等分布。坡面排水条件良好，水流汇集于坡麓后流入市政雨水管道。

3.3 地质环境条件

3.3.1 地层岩性

其次，安山玄武岩岩脉（αβ） 较发育，灰绿、灰黑色，安山玄武结构，具气孔构造、块状构造，岩石坚硬，主要分布在边坡北东段，脉宽0.2～1.2 m。

3.3.2 地质构造与区域稳定性

本区所处的大地构造位置为华南褶皱系浙东南褶皱带、浙闽粤沿海燕山期火山活动带北段。工程场地区域位于浙东沿海中生代火山岩带的北段，区域性断裂对该区无直接影响，构造形迹主要为节理[1]。

节理发育以走向NNE为主，分别形成内倾、外倾的二组优势结构面，NW、EW向发育的二组节理，倾角一般大于65°，构成失稳岩块的两侧边界。节理面以剪切与压扭性质为主，面较平直，除近地表或表层呈微张，充填少量泥质外，多以闭合为主（节理调查情况见表1）。

表1 节理调查统计表

表2 结构面（节理面）力学参数表

3.3.3 水文地质特征

根据地下水赋存条件、含水介质和埋藏特征，该边坡地下水类型主要为基岩裂隙水。含水层组为燕山晚期侵入岩体，地下水呈脉状赋存于浅部基岩构造裂隙中，连通性差，难以形成统一的地下水位。地下水接受大气降水补给，多以沿裂隙发育带向低洼处径流或在坡麓呈间歇性泉的形式排泄。调查未见基岩裂隙水集中出露，仅个别裂隙面具湿润状，水量总体贫乏。

3.4 边坡崩塌坠石成因与边坡失衡形式分析

3.4.1 成因分析

边坡崩塌坠石灾害的形成是与地形地貌、气候、水文地质、岩性和构造条件等密切相关的，不同的地形地貌与构造发育情况决定了岩体的破坏形式。从以上分析来看，本边坡产生崩塌坠石的原因主要为：

（1）连日的降雨渗入与浸泡，降低了岩体结构面的强度，增加了岩石块体的重量，同时，低温冻融对节理面产生了扩张和加深的作用，是边坡崩塌坠石灾害产生的自然气候条件。

（2） 边坡岩体发育的节理将岩体切割成不稳定的块体，其中走向NNE的内倾、外倾的二组节理面构成了该边坡的优势结构面，使边坡岩块具有了向外倾倒或滑移的可能，而NW、EW向发育的陡倾节理，将岩块与相邻的岩体切割开来，构成失稳岩块的两侧边界。

（3）节理面以剪切与压扭性质为主，面较平直，近地表或表层呈微张，充填少量泥质为地表水或降水的渗入提供了有利的条件。

由于本段边坡在短时间内同时具备了上述条件，当边坡岩体（块）的受力状态超过极限平衡时，就产生了边坡失稳地质灾害。

3.4.2 边坡产生的灾害类型分析

（1）该坡段上坡缘已近坡顶，节理面以剪切与压扭性质为主，面较平直，多以闭合为主，边坡沿优势结构面产生整体滑移的可能性不大，其主要破坏形式应为崩塌。崩塌按其形成机理可分为倾倒式崩塌、滑移式崩塌、鼓胀式崩塌、拉裂式崩塌、错断式崩塌[4]。

（2）边坡岩体被内倾的结构面与EW向的陡倾结构面切割后，形成的岩石块体重心微向外侧倾斜，在降水渗入等情况下，使边坡具备了发生倾倒式崩塌的可能。

（3） 边坡岩体发育的一组外倾35°左右的节理面，构成了边坡的优势结构面，以及边坡岩体被2~3组陡倾节理面切割成块体，使该边坡具备了滑移式崩塌的可能。

（4） 产状 125°～130°∠60°～77°内倾的节理面其发育间距为0.5~2.0 m，将岩体切割成厚度不大的片状体，在岩体自重作用下，在最大剪应力处将会使岩体产生剪切破坏，使该边坡发生错断式崩塌的可能。

（5） 边坡局部为反倾（负坡）部分岩体突出，在重力和风化营力作用下，可能发生拉裂式崩塌破坏。

由以上分析可以看出，本段边坡可能产生的主要破坏形式为崩塌地质灾害，其主要类型可能为倾倒式、拉裂式、滑移式或错断式4种。

3.5 边坡稳定性分析

为了确定该边坡的破坏类型，为应急方案与系统治理的设计提供可靠的依据，对边坡的稳定性加以分析。

3.5.1 赤平投影分析

赤平投影可以将坡面、岩体结构面等同时投影到一个平面上，通过分析之间的关系，直观地对边坡的稳定性进行初步判定。

根据赤平投影结果：产状 285°～297°∠35°～56°的一组节理为边坡的优势结构面，其倾向、倾角与下部坡面基本一致，下部边坡受其制约形成基本稳定类型，上部边坡由优势结构面构成岩块的潜在滑面，属不稳定类型（见表3）。

表3 赤平投影边坡稳定性分析表

3.5.2 数值计算法稳定性验算

赤平投影分析时未考虑边坡高度、岩体的风化程度对边坡稳定性的影响，据其判定边坡的稳定程度有一定的局限性。就上述分析的该边坡可能发生的倾倒式、错断式、拉裂式或滑移式4种崩塌可能形式，对上部边坡稳定性进行验算。

（1） 基本假设

①在崩塌发展过程中，特别是在突然崩塌运动以前，将崩塌体视为整体；

②将崩塌体复杂的空间运动问题简化成平面问题，即取单位宽度的崩塌体进行计算；

③不考虑崩塌体两侧和稳定岩体之间，以及各部分崩塌体之间的摩擦力。

（2）按倾倒、错断、拉裂式破坏验算[4]

稳定验算结果见表4。

表4 稳定性验算结果表

（3）按滑移式破坏验算

根据优势结构面发育特征及风化程度，以优势结构面为可能滑动面，并考虑直立节理的切割影响，按结构面发育特征、风化带厚度与裂隙张开度等条件，按直线（平面）滑动方式计算的上部边坡的稳定系数[2]见表5。

表5 边坡稳定性计算表

验算段位于坡体上部，地下水和地表水排泄条件良好，故不考虑静水压力和渗透力影响。对地震作用按烈度7度考虑。按沿坡腰剪出方式计算。

稳定性验算表明，边坡上部坡体按1∶0.3综合坡率为后缘边界，有可能产生倾倒式崩塌；在外倾优势结构面影响下，有可能产生滑移式崩塌。

3.6 崩塌坠石地质灾害特征

通过上述崩塌灾害的类型、稳定性分析和坠石事故的现场调查，该边坡坠石地质灾害的发生具有以下特征：

（1）采石开挖而成的边坡，过高过陡的坡形破坏了山体的平衡，在坡前土地利用之前，未进行适当整治。建筑紧临坡脚，未预留安全空间。

（2） 边坡高度较大，最大相对高度达50 m，坡面不平整，坡形呈上陡下缓折线状以及上部局部为负坡，为坠石发生提供了地形地貎条件。

（3）边坡岩体节理较发育，NW、EW向发育的二组节理，倾角一般大于65°，构成失稳岩块的两侧边界，在二组优势结构面中，内倾结构面往往形成负坡面，是倾倒发生时的临空面或后方拉裂面，而外倾结构面构成岩块失稳的滑移面。

（4）坠石块径主要受节理的发育程度、空间延伸长度、发育密度等控制；目前已发生段的坠石轴长为1~6 m不等，厚度0.5~1 m。

（5）风化作用、水的渗透压力等地质营力，使岩体结构面强度下降。

在上述因素的综合作用下，边坡产生了以坠石形式为主的崩塌。边坡坡脚紧临现有建筑物，现状条件下不允许削坡减载。

4 应急治理方案

4.1 应急方案设计思路

（1）崩塌的防治应以根治为原则，但作为应急治理，应在一定阶段起到防护、减缓的作用。

（2）其治理措施可考虑采用遮挡、设置落石平台或挡石墙（网）、支撑加固、镶补勾缝、护面、排水、刷坡等方法[4]。

（3）应急治理方案应结合场地现状、施工安全因素，因地置宜。

（4）应急治理方案应能快速实施。

4.2 应急方案设计

该边坡高约50 m，上坡缘距坡脚距离约30 m，高陡段边坡高约25 m，水平向有一定的距离适于坠石运动。而崩塌坠石的下落及运动是无规律的，在崩落过程中猛烈地翻滚、跳跃、互相撞击，最后堆积于坡脚[3]。该边坡呈上陡下缓形态，应急治理时的有利条件为：边坡整体稳定性目前尚好，但存在局部坠石危险，应急治理的主要防治对象为陡坡上的崩落岩块；水平向有一定的距离可供坠石滚落、堆积；下段边坡坡面上有一定厚度的采石弃渣，可暂时作为坠石缓冲材料。其不利条件为：边坡坡脚紧临现有建筑物，不具备刷坡减载的条件，且再次发生的坠石及清理边坡过程中的落石还可能危及坡脚建筑物的安全。

因此，应急治理以设置落石平台、挡石网为主要手段，避免近期坠石的危害，主要应急处理措施如下（见图1）：

（1） 拆除坡脚处简易建（构） 筑物和影响施工的障碍及危险物等，形成便于施工的空间和出渣通道。对临近坡脚的建筑物墙体垒砌砂包保护体。

（2）消除山体悬空与易塌落的危岩，消除应急处理施工期间的安全隐患。

（3）利用缓坡30 m左右的水平距离，设置落石平台：清理斜坡上的倒石堆及采石残留弃渣，形成两道落石平台，在平台上铺设50 cm厚度的袋装砂，使平台起到缓冲消能和滞留坠石的作用。所铺设的砂包可在平台和清坡结束后，利用坡脚墙体保护体的砂包。

（4）坡脚采取拦挡措施：根据岩体结构面特征（节理间距一般为1~5 m，厚度0.4~1 m，已有坠石轴长1~6 m），在坡脚向上2.0 m位置设置一道500 kJ柔性被动拦石防护网，网高度3 m，总长度约60 m（单跨长度10 m），东、西两侧分别至已处理边坡。防护网钢柱采用钢筋混凝土基础，基础应嵌入中风化花岗岩内不少于1.0 m，防护网分别设置上拉锚杆、中间加固拉锚杆和侧拉锚杆进行加固。

4.3 效果反应

边坡采取了上述应急治理措施后，至边坡整体治理加固竣工期间，起到了有效的作用，陡坡坠石及治理施工期间的落石均停留在坡面上或被拦石网拦挡，保证了坡脚建筑物的安全。

图1 应急治理方案断面（单位：m）

5 结语

通过该段边坡崩塌坠石应急治理实例分析，总结如下几条经验：

（1）对于灾害边坡，应开展必要的调查工作，查清灾害发生的条件、原因，明确灾害的类型，查明边坡周边的环境条件，为应急治理方案的设计提供必要的依据。

（2） 根据调查结果，对边坡的稳定性进行初步的分析，并推断再次发生灾害的可能性与类型。

（3）应急治理方案应因地置宜，方案应具有短期可实施性，尽可能就地取材，并考虑边坡整体系统治理阶段防护功能的需要。

[1] 浙江省地质矿产局.浙江省区域地质志[M].地质出版社，1989.

[2]GB50330-2002，建筑边坡工程技术规范[S].

[3] 郑颖人，陈祖煜，王恭先，等.边坡与滑坡工程治理[M].人民交通出版社，2007.

[4] 常士骠，张苏民.工程地质手册（第三版）[M].中国建筑工业出版社，1992.