化州市新安镇梨垌村山体崩塌地质灾害治理工程设计案例分析

梁春苗 陈建辉

广东省地质局第四地质大队 广东 湛江 524000

拟治理崩塌地质灾害隐患点位于化州市新安镇梨垌村山体上，居民在山体坡脚削坡建房，造成一个高陡人工边坡，边坡总长约80m，坡高8～19m，坡度46～85°，与坡脚房屋相距0.7～2.3m。在边坡的上部发生崩塌地质灾害，崩塌物堆积于坡脚与坡面，坡脚堆积物已被清理，现坡面遗留堆积物厚约2～3m，高8～11m，长约20m，体积约400m3。该崩塌对山脚处的居民威胁极大，经调查统计主要威胁坡下共4栋居民楼，楼高2～3层，砖混结构，威胁人数35人，威胁财产约200万元。危害程度大，发育程度强，危险性大。同时，由于地质灾害隐患没有消除，每年汛期政府都要安排专人跟踪监测，不但影响群众生产生活，而且政府需要投入一定的人力财力进行监测。因此应立即通过工程治理，消除地质灾害隐患，确保群众生命财产安全，减轻政府工作压力[1]。

1 工程概况

1.1 地质环境条件

（1）地理位置。拟治理崩塌地质灾害隐患点位于位于化州市的西南部，距离化州市240°方向，直线距离约12.7km。该地质灾害隐患点地理中心坐标(CGCS2000)：X=2401542.744，Y=37442353.530。有乡村小路到达，交通便利。

（2）气象水文。化州市属北半球亚热带季风气候，夏长冬短、气候温和、雨量充沛。冬季寒潮入侵，偶有严冬，夏秋期间台风、暴雨频繁。化州市多年平均降雨量为1813.4mm，年降雨量最多为3005.2mm(2002年)，最少为1058.1mm（1968年），最多与最少相差1947.1mm，根据化州市气象局2000～2017年的统计资料显示，月最大降雨量达668.6mm，日最大降雨量达300.2mm。降雨量随季节变化不均匀，年主要降雨量集中在4～9月份中。多年的平均蒸发量为1730.1mm，比年均降雨量少83.3mm，最大蒸发量为7月份，平均达196.9mm。年均相对湿度为81.8%，多年平均最小值为77%(2007年)，极端最小值仅7%(1971年11月)。

（3）地形地貌。拟治理工程所在区域属于丘陵地貌，地势呈北高南低，山体自然坡度一般为20～30°。居民在坡脚削坡建房，造成一个高陡人工边坡，边坡总长约80m，坡高8～19m，坡度46～85°，与坡脚房屋相距0.7～2.3m。边坡（居民房）南侧有一条水泥路直达坡脚附近。水泥路宽约3.3m.紧靠水泥路南侧主要为农田、耕地。坡顶分布4个村民祖坟，其中两个紧靠边坡坡顶。

（4）地质构造。野外调查未见断层构造，地质构造简单。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），勘查区处于地震基本烈度7度区，地震峰值加速度0.10g。反应谱特征周期为0.35s。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g。区域地壳稳定性为基本稳定。

（5）水文地质条件。拟治理崩塌地质灾害隐患点所在区域地下水类型主要为孔隙潜水，主要赋存于边坡体的风化残积土土层中，土层为微～弱透水地层，富水性弱。无稳定水位，地下水位变化主要与区内降雨密切相关，具有季节性和时段性变化，变化幅度较大。补给来源主要为大气降雨，以潜流形式排泄为主，小部分以蒸发和植物蒸腾形式排泄。调查期间，坡面、边坡脚处均未见泉水、渗水情况。一般情况下，地下水位埋深较大，对边坡影响小。勘查区水文地质条件简单。

（6）工程地质条件。根据综合地质调查和钻探成果，该人工边坡范围内岩土层自上而下依次为残积层及元古代片岩。其工程地质特征如下：

黏性土：黄褐色，硬可塑，主要由粉黏粒组成，黏性较差，为片岩风化残积土。该层遇水易软化崩解，力学强度一般。厚度7～11m。

全风化片岩：黄褐色，变晶结构，片状构造，原岩结构基本破坏，但尚可辨认，岩芯呈坚硬土状。该层具有遇水易扰动崩解的特点，力学性质较好。揭露厚度15～19m。

工程地质条件评价：①层黏性土，边坡的主要组成部分，厚度大，含较多砂粒，黏性差，在自然条件下，土层抗剪强度一般，工程性质一般；在暴雨天气下，雨水渗入后，土体自重增加，土层抗剪强度降低，易被雨水冲刷，遇水浸泡土体易软化崩解，从而引发崩塌，处于不稳定状态。②层全风化片岩，边坡的主要组成部分，厚度大，钻孔深度内未揭穿，含较多砂粒，黏性较差，在自然条件下，土层抗剪强度一般，工程性质一般；在暴雨天气下，雨水渗入后，土体自重增加，土层抗剪强度降低，易被雨水冲刷，遇水浸泡土体易软化崩解，从而引发崩塌，处于不稳定状态。

1.2 崩塌现状特征

该处原为自然斜坡，居民在坡脚削坡建房，形成一个高陡人工边坡，整体呈“一”字型，长边呈西南—东北走向，坡面倾向为南方向（见图2），根据现场调查，每逢雨季，北方山体雨水形成的坡面径流向边坡流动，对边坡稳定性有不利影响。人工边坡总长约80m，坡高8～19m，坡度46～85°，坡面植被稀疏。边坡物质组成主要由黏性土（片岩坡残积土）组成。黏性土自然状态下，作为边坡土层，工程性质一般。但浸水易软化崩解，因而，每逢雨季，边坡易发生剥落或微型崩塌。

在边坡的上部发生崩塌地质灾害，崩塌位置自坡顶往下约3m，崩塌物堆积于坡脚与坡面，坡脚堆积物已被清理，现坡面遗留堆积物厚2～3m，高8～11m，长约20m，体积约400m3。崩塌物主要由黏性土（片岩风化残积土）组成，工程性质一般，属于小型土质崩塌。威胁坡下4栋居民楼，楼高2～3层，砖混结构，威胁人数35人，威胁财产约200万元。危害程度大，发育程度强，危险性大[2]。

图1 崩塌区航拍图

1.3 崩塌成因及稳定性分析

（1）成因分析

①山体斜坡（边坡）坡体组成主要由残积层及全风化片岩（呈坚硬土状）组成，具有遇水易软化崩解的特点，抗冲刷能力极差，易发生崩塌、崩落。

②边坡坡度大，最陡地段可达85°，近似直立，边坡高度大，最高可达19m，边坡的高陡使其具有滑动变形的潜势。

③边坡植被较稀疏，在强降雨的作用下，地表径流小，下渗强度大，大量雨水入渗岩土层，导致岩土层饱和，抗剪强度降低，从而发生滑移崩塌。

综上所述，地形地貌、岩土层相结合是崩塌变形的内因，强降雨，导致岩土层饱和体重增加及抗剪强度降低从而发生崩塌，是崩塌主要诱发因素，是外因。

（2）稳定性分析

边坡高陡，具有崩塌潜势，加上由残积层及全风化片岩组成的土质边坡，工程性质差，稳定性差。在强降雨的情况下，发生崩塌、崩落的可能性极大。一旦再次发生崩塌，将会威胁坡脚4栋居民楼共35人，潜在经济损失约200万元。需要立即对其进行工程治理。

2 地质灾害治理设计

2.1 场地施工条件

（1）交通：有乡村小路通往治理区旁，交通便利。机械和材料可直接运输至边坡坡脚。交通便利。（2）水电：水电可利用坡脚居民房的自来水，只需铺设临时供水管；用电可利用当地的供电系统，需临时搭设输电电线，但由于锚杆或锚索施工所需电压较高，仍需租借发电机。（3）废水排弃：施工废水经沉淀，经相关部门认可确定后方可排入附近灌溉水沟。（4）材料堆放：边坡附近较空旷，坡下有较大空地，可把空地暂作为堆放材料区。（5）由于边坡前是居民房，在施工前应做好警戒线，针对边坡施工时，防止居民前来观看或走动，做好安全措施。（6）紧靠坡顶分布有3个村民祖坟。根据调查了解，祖坟不可迁移。因而施工不能影响祖坟。

2.2 设计方案

地质灾害治理工程设计遵循“安全、经济、合理”的原则，根据周边环境、施工场地条件及地质灾害特征等实际情况，选取合理的支护方案，达到“彻底消除地质灾害隐患，确保边坡体长期稳定”的目标。通过综合考虑工程地质、水文地质、气象水文等地质环境条件、土地利用、生态环境及施工条件等因素的作用，总体采用“削坡+锚索+格构梁+挡土墙+恢复绿化+截排水”的治理方案[3]（图2）。

图2 工程治理方案剖面图

具体方案如下：

（1）削坡：根据实际地形，采用分级分段削坡，削坡坡率1:0.82～1:0.7。

（2）锚索：采用3束1×7型标准钢绞线，直径15.2mm，成孔角度25°，孔径130mm。长度15～29m。水平间距一般为3m，全孔灌注，水泥砂浆强度等级M30，灰砂比为1：0.5。

（3）格构梁：格构梁截面300mm*400mm，现浇C30混凝土，主筋采用HRB400钢筋，直径为18mm，共10根，箍筋按φ8@200设置。

（4）挡土墙：为新建重力式钢筋混凝土挡土墙，现浇C30混凝土。总长约80m，墙身紧靠原坡面，墙身总高1.8m，埋深0.6m，墙厚0.5m。墙身距离地面高约0.3m建一排泄水孔，孔直径80mm，水平间距1.5m，泄水孔入水处设反滤层。

（5）绿化：选择适宜本地生长和根系发达的草种，并掺入30%～40%的灌木种子，根据施工季节做好养生，养护不少于6个月，要求成活率不低于90%。

（6）截排水沟：坡顶设截水沟，捣浇C30混凝土，截面为梯形，内径尺寸为700mm(上宽)*400mm（下宽）*400mm（高）。坡脚设排水沟，捣浇C30混凝土，截面为矩形，内径尺寸为340mm（宽）*300mm（高）。

2.3 设计参数选取

根据岩土工程勘查报告①中的采样测试结果，结合区域工作经验，确定岩土物理力学参数表1。

表1 岩土物理力学参数

2.4 方案稳定性计算

（1）计算方案

根据各支护坡率及支护参数的变化，共选取3条剖面采用理正岩土计算软件6.5版本简化Bishop法计算，在工况Ⅰ及工况Ⅱ这两种情况下进行稳定性计算。

（2）载荷组合

工况Ⅰ：“自重+地下水”。

工况Ⅱ：“自重+地震荷载+暴雨+地下水”。

（3）计算结果

根据以上计算方案，对选取的3条剖面进行稳定性计算，结果见表2。

表2 边坡稳定性计算

2.5 截排水沟设计

在综合考虑降雨量、坡度以及汇水面积等因素的情况下，对截排水系统进行设计，通过设计流量和水力计算确定截水沟和排水沟的断面尺寸和水沟底的粗糙系数等参数。通过表3、表4计算对比，设计排水沟断面尺寸能够满足在暴雨级别下的排水要求。其中径流系数为0.6，设计降雨强度为140mm/h，水力坡降为0.5%,粗糙系数为0.015。

表3 设计流量计算

表4 截排水沟计算参数及结果

3 结语

通过采用“削坡+锚索+格构梁+挡土墙+恢复绿化+截排水”的治理方案，可以彻底消除地质灾害隐患，确保边坡体的长期稳定。削坡可以通过控制边坡的坡度及高度来改善边坡的稳定性，锚索+格构梁的支护形式可以把不稳定的岩土体或结构固定在岩土层上，让它们相互连接从而传递剪力和拉力，格构间恢复绿化既可以防止水土流失也能达到美化环境的效果，挡土墙可以达到护坡脚的作用及抵抗一定程度的边坡下滑力，截排水沟可以把边坡区内的地表水汇聚排出区外，避免过量下渗降低边坡岩土层的抗剪强度。该方案是当前地质灾害治理中常用的施工方案，各项工艺均已非常成熟，施工效果良好。因此，该方案达到了因地制宜、安全可靠、经济美观的效果。