广州市黄埔区某老人院南侧地质灾害治理工程设计研究

吴 舒

广东省海洋地质调查院 广东 广州 510080

泥石流是一种山区常见的、突发性的地质灾害，其中暴雨型泥石流具有突发性强、成灾快、破坏性强的特点，容易造成巨大的经济损失或人员伤亡[1]。

拟治理边坡位于广州市黄埔区某老人院南侧山体上，在连续强降雨天气期间，沟谷内发生泥石流地质灾害导致坡面植被毁坏，大量土体夹杂石块倾泻而下进入坡脚老人院的施工场地内，堆积物厚度30cm～80cm，未造成人员伤亡但严重影响老人院的正常施工进度。

1 工程概况

拟治理工程范围东西方向长约300m，南北方向长约250m，泥石流沟谷上部崩塌面坡度50°～70°，泥石流沟谷长度300～400m，最大高差约120m。自然植被覆盖较好，泥石流区域岩土层裸露，局部可见中风化岩出露。此次泥石流的类型按水源成因分析确定为暴雨泥石流，按集水区地貌特征分析确定为沟谷型泥石流[2]。

1.1 地质环境条件

1.1.1 地形地貌

拟治理边坡属低丘陵地貌，地势总体上南高北低，整体自然坡度为10°～45°，中上部山体较陡峻(坡度为30°～45°)。山体海拔标高为60m～209m，相对高差约149m。地形地貌因素是影响工程区内边坡稳定性的重要因素。

1.1.2 水文地质条件

拟治理边坡所在区域地下水类型主要为第四纪松散岩类孔隙水，其主要赋存于边坡体内由混合岩风化而成的坡残积土中，富水性弱。拟治理边坡所在区域气候温暖湿润，雨量充沛，大气降水和山间谷地基岩裂隙水的侧向补给是该区域内地下水的主要补给来源。

1.1.3 工程地质条件

根据综合地质调查以及勘查资料，拟治理工程范围内岩土层自上而下可划分为泥石流堆积和洪积层（Qsef+pl）、坡积土层（Qdl）、残积土层（Qel）和震旦系混合岩（Z）。各岩土层的工程地质特征如下：

1) 泥石流堆积和洪积层：呈灰黄～灰～暗红色，松散～稍密。由块石、碎石、砂砾混粉质粘土、粉土组成。该层沿边坡中下部沟谷分布，堆积厚度为0.5m～3m。

2) 坡积土层：主要为粉质粘土、少量粘土和粉土。呈桔红～黄褐色，可塑为主。主要由粉、粘粒组成，局部含较多中细砂砾，顶部薄层夹较多块石（滚石）。该层主要分布于广阔坡面上，其揭露厚度1.00m～4.80m，平均3.71m。平均标准贯入试验击数为12.3击。

3) 残积砂质黏性土：由混合岩风化残积而成，呈红～灰黄色，硬塑～坚硬，硬塑为主。主要由石英、蒙脱石、高岭石等矿物组成，矿物成分基本风化成土。母岩结构可辨认，浸水软化崩解。粘塑性一般，具胀缩性。该层分布较连续，其揭露厚度2.90m～6.60m，平均4.78m。平均标准贯入试验击数为29.3击。

4) 全风化混合岩：呈灰黄色～褐黄色、红色，岩芯呈坚硬土状，矿物成分以粘土类矿物和石英为主，大多已风化成土。组织结构基本破坏但尚可辨认。手可捏碎，浸水软化崩解。该层在场地内均有分布，其揭露厚度2.60m～11.80m，平均6.69m。平均标准贯入试验击数为40.3击。

5) 强风化混合岩：呈褐黄～暗红色，岩心呈半岩半土状、碎块状，组织结构大部分破坏，含大量粘土矿物，裂隙很发育，部分可徒手折断、捏碎，浸水软化崩解。场地内均有揭露该层，其揭露厚度3.90m～7.80m，平均5.87m。

6) 中风化混合岩：仅在崩塌后壁局部出露，节理裂隙普遍发育，表面裂隙纵横交错。岩样单轴极限抗压强度为13.3MPa～46.2MPa，平均值为26.55MPa。

1.2 边坡稳定性分析

暴雨泥石流的形成需要三个基本条件[1]：

1) 物源条件：大量的松散岩土体；

2) 地形条件：地形陡峭且相对高差大；

3) 水源条件：有充足的水源或较大的汇水面积。

拟治理边坡的坡残积土厚度较大，遇水易软化崩解，受雨水冲刷易失稳滑落，为泥石流的形成提供松散物源。沟谷整体相对高差大，且中上部坡度较陡，边坡中上部岩土体容易在重力作用下滑落从而形成泥石流。此次发生泥石流的沟谷本身就是大面积的汇水区，连续强降雨会在沟谷内形成洪流为泥石流的形成提供充足的水源。

综上所述，该边坡在连续强降雨天气期间，仍有继续发生泥石流地质灾害的风险。

2 边坡治理工程设计

2.1 工程方案设计

综合考虑现场的地形地貌、泥石流地质灾害成因、各岩土层工程性质等因素，确定“逐级消能，逐级拦截”的治理思路。在泥石流物源区清除松散土体并稳固坡面，在泥石流流通区和堆积区逐级消耗松散物源下滑的动能，并把松散物源逐级拦截下来，同时通过截排水沟合理引导坡面的雨水，使之无法形成泥石流。

拟治理边坡采用“坡面分级挡土墙支护+格构梁锚固护面+坡面绿化+截排水系统”的治理方案（图1），具体工程措施如下：

图1 边坡支护典型剖面图

1) 设计坡率：1:0.90～1:2.40，清除边坡表面松散岩土体。

3) 格构梁：梁宽0.3m，梁高0.4m，采用C30混凝土现浇，梁间植草绿化。

4) 坡面分级挡土墙：根据现场地形设置4～6m高挡土墙，基础埋深2.0m，挡土墙基础持力层为强～中风化花岗岩，采用C30混凝土现浇，挡土墙每隔10m设置沉降缝。

5) 钢管桩：设置于混凝土挡土墙基底，钢管桩成孔直径φ300，内置φ219×6钢管，全长6m。

6) 坡顶混凝土截水沟内径0.5m×0.5m；平台混凝土排水沟内径0.3m×0.3m；坡面跌水台阶内径为0.5m×0.5m（边坡上部）和1m×1m（边坡中下部）。

7) 坡面绿化应选择适宜本地生长和根系发达的草种。

2.2 设计方案稳定性计算

2.2.1 计算方案

采用简化Bishop法验算三个设计剖面在两种工况条件下的安全系数[3]。采用库伦土压力理论验算两个混凝土挡土墙的安全系数。

2.2.2 荷载组合

一般工况：在低水位条件下，考虑岩土体自重；

地震工况：在高水位条件下，考虑岩土体自重，抗震设防烈度按7度考虑。

2.2.3 设计参数

岩土物理力学参数是根据勘查报告，并参考有关规范以及邻近工程经验确定，详细参数见表1。

表1 岩土物理力学参数

2.2.4 稳定性计算结果

依据上述计算方案，设计剖面和挡土墙的安全系数计算结果见表2。

表2 安全系数计算表

2.3 截排水设计

合理布置截排水沟能有效控制泥石流的水源条件。通过计算和对比雨水流量和截排水沟设计流量[4]，截排水沟的设计流量能满足该工程的排水要求，结果详见表3和表4。

表3 雨水流量计算

表4 截排水沟参数及流量计算

3 结束语

本工程治理方案通过控制松散岩土体位移、逐级消耗滑落的岩土体的动能、逐级拦截松散岩土体、设置截排水沟四种手段形成有效的坡面防护体系，避免引发新的地质灾害。

本工程所采用的坡面防护措施已经在各类道路边坡和建筑边坡工程上广泛应用，施工工艺成熟，边坡治理效果较好，在消除地质灾害、保护老人院的同时，也考虑到景观美化的需求。