鲁中山区自然灾害公路承灾体风险点特征及处置方案

王国炜 王 勇 王 喆 唐 杨 亓兴军

(1.山东金衢设计咨询集团有限公司 济南 250014;2.济南市交通工程质量与安全中心 济南 250014;3.山东高速股份有限公司 济南 250014;4.五峰土家族自治县农村公路管理所 宜昌 443413;5.山东建筑大学交通工程学院 济南 250101)

交通运输是国民经济中的基础性、先导性、战略性产业,交通基础设施是交通运输行业推动经济社会发展的先行领域和基础支撑,公路是交通基础设施的重要组成部分,特别是对于水运不发达的北方省市,公路的安全畅通尤为重要。

公路承灾体普查是第一次全国自然灾害综合风险普查工作中的重要一环,通过普查,旨在对公路行业灾害隐患底数和风险水平进行一次综合性、全方位的摸底,提升公路自然灾害防治能力[1]。

1 普查目的

全面获取区域内公路承灾体信息、历史灾害信息和主要致灾信息,掌握重点风险隐患情况,查明公路承灾体抗灾减灾能力,营造可持续发展的交通运输运行环境,为保障经济社会可持续发展提供权威的灾害风险信息和科学决策依据。

2 普查内容

公路承灾体信息包括公路设施属性信息和自然灾害风险点信息。

公路设施属性信息为公路路基路面、边坡防护、桥梁隧道等结构物的分布、类型、数量、物理属性、空间位置数据,设防水平、服务能力等基础信息;自然灾害风险点信息为历史发生灾害的公路点(段)现状和虽未发生灾害但存在明显灾害风险点(段)基本情况。

3 普查方法

普查遵循客观、科学原则,采用简单可靠易操作的方式。

(1)与公路沿线镇村两级组织及过往群众积极对接,了解当地有关灾害发生事件及公路损失情况;

(2)通过现场调查、勘察、监测、遥感等手段进行数据采集和核查,重点难点采取专家论证确定;

(3)通过公路管养单位调查发生灾害的公路点(段)及查看现状情况。

4 自然灾害类型

自然灾害综合风险普查主要涉及地质灾害、水毁灾害、地震灾害、气象灾害、海洋灾害、森林和草原火灾。

公路承灾体普查主要为地质灾害和水毁灾害两种。

5 莱芜区概况

5.1 地质地貌

地处鲁中泰沂山区,位于华北地区鲁西隆起鲁中隆断区、泰莱断陷盆地东缘,呈断裂构造发育。地质构造受鲁中纬向构造及鲁西旋卷构造控制。构造形迹以断裂为主,褶皱次之。

境内地形为南缓北陡、向北突出的半圆形盆地。北、东、南三面环山,西部开阔,中部为低缓起伏的泰莱平原,由长埠岭延伸入泰安。整个地势由东向西倾斜,北、东、南三面又向盆地中部倾斜,呈向西敞口的马蹄形态。

大小山脉2000余座,北部为泰山余脉,南部为徂徕山余脉,两山脉诸山皆为山势陡峻、切割强烈的中低山。

5.2 河流水文

境内大小河流300余条,98%属于黄河流域大汶河水系,2%属于淄河水系。

5.3 气候气象

境内气候属于暖温带半湿润季风气候,四季分明,冬季寒冷干燥,春季温暖多风,夏季炎热多雨,秋季凉爽晴朗。

5.4 公路概况

济南市莱芜区公路通车总里程为3820.608km,其中,高速公路127.25km,普通国省道190.458km,农村公路3502.9km。普通国道69.204km,普通省道121.254km。农村公路中县道332.005km,乡道520.153km,村道2613.919km。

6 公路灾害风险点特征

查阅相关资料,得出莱芜区地形起伏大,岩土体坡度陡,矿山点多面广,导致地质灾害易发多发,主要地质灾害种类为崩塌、滑坡、泥石流和地面塌陷(包括岩溶塌陷和采空塌陷两种)[2-3]。

通过现场调查、勘察及国土部门地质灾害分布图与公路线位图进行叠加,对接管养单位,走访公路沿线镇村群众等多种方法,后经相关专家论证确认得出莱芜区域内高速公路、普通国省道公路无风险点;受历史、地形地貌、技术资金等因素影响,风险点主要集中在农村公路上,农村公路服务于农村广大人民群众,是乡村振兴的基础,要引起足够的重视[4]。

区域内主要风险有崩塌、滑坡、沉陷与塌陷等类型,灾害对公路的影响程度为轻微,崩塌风险以发生在Y073和X010路段上的崩塌较为典型;滑坡主要在Y048路段上,沉陷与塌陷主要在村道上,各风险点如图1～2所示。

图2 X010崩塌

Y073路段边坡坡高3～10m,岩石主要为中风化石灰岩为主,边坡坡率1∶0～1∶0.2,路段部分岩石崩塌、滑落,边坡坡面存在部分松散岩石及临空面岩石,存在滑落风险。

X010路段边坡高度约8～15m,坡率为1∶0.5～1∶0.8,坡脚至路面边缘0.3～0.5m,岩石风化程度中—强风化,路段部分岩石崩塌、滑落,边坡坡面存在部分松散岩石,有滑落风险。

Y048路段处于强风化页岩、泥岩破碎带,受雨雪影响积累形成堆积体,从边坡岩体结构评价边坡具备整体失稳滑落的地质条件(图3)。

图3 Y048滑坡

CZ033路段出现横向裂缝、块状裂缝、轻微沉陷等病害(图4)。

图4 CZ033塌陷

7 地质灾害成因分析

7.1 崩塌

石灰岩质边坡,坡度在60°～70°之间,坡面凹凸不平,存在各种构造面(节理、片理、劈理、裂隙面、岩层界面等),为崩塌的形成提供了脱离母体的边界条件,形成了坍塌面,崩塌体的运动方式为倾倒、崩落,崩塌体碎块在运动过程中滚动或跳跃,最后在坡脚形成堆积地貌—崩塌倒石堆[5]。

在区域内主要为落石及碎落现象。

7.2 滑坡

滑坡是指斜坡上的土体或者岩体,受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素影响,在重力作用下,沿着一定的软弱面或者软弱带,整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象[6]。

在区域内主要为由花岗岩风化壳、沉积岩残坡积等构成,浅表层滑动。

7.3 沉陷与塌陷

公路下伏采空区,其上方岩土体在行车荷载、地表工程或者地下工程活动、水体蓄渗抽排等的作用下,由于不能承受地表荷载(包括公路自重作用)而失去平衡塌陷。

在区域内主要为采空区沉陷。公路位于张家洼铁矿采空区区域,铁矿采矿工艺及采空范围不断扩大导致铁矿区易发生采空塌陷,查阅了解矿区地质背景及矿床成因等相关资料,做到精确处置,保障车辆和行人安全[7]。

8 处置措施

各种自然灾害风险点发现后,应设置警示标志,提醒来往车辆和人员。

8.1 防治措施

划定地质灾害危险区,并予以公告;加强监管,禁止在地质灾害危险区内爆破及从事其他可能引发地质灾害的活动;加强警示、监测、巡查、预警、避让等灾害防范工作,制定突发地质灾害应急预案;采取工程措施对地质灾害隐患进行治理,尽早消除灾害隐患;在强降雨、持续降雨、震动等易引发地质灾害的情况下,应提前封锁该路段,禁止人员及车辆通行,以确保安全。

8.2 工程措施

8.2.1 设置SNS 柔性防护网处置崩塌

清理边坡坡面松动的风化岩或临空面岩石,坡面设置SNS主动防护网,应用于X010这种岩层整体性不错,仅有零星落石的路段,如图5。

图5 SNS主动防护网

主动防护系统是用以钢丝绳为主的各类柔性网覆盖或包裹在需防护的斜坡或危石上,以限制岩土体的风化剥落或破坏以及危岸崩塌[8-10]。

8.2.2 削坡减载处置崩塌

针对Y073崩塌现状,削坡减载是保证边坡稳定最有效且经济的措施,崩塌严重的边坡坡率采用 1∶1.5及以上,相对稳定的边坡坡率采用1∶1～1∶1.5。

边坡排水:设置截水沟、平台排水沟、急流槽等排除地表水,防止地表水渗入土体影响边坡的稳定。对坡体岩土较破碎的边坡设置仰斜式排水孔排除地下水[11]。

8.3 滑坡处置

针对区域内出现的小型滑坡,采取以下措施:

(1)滑坡体的削方减载一般自上而下进行,每级台阶之间需要设置安全截留平台,每级台阶根据岩土的性质确定刷坡坡度,将上部推移段的土体部分或者全部挖除,减小土体上部负载,减小推移力,从而促进滑坡体的稳定。

(2)坡面防护大体分为两类,一类是恢复植被,比如人工植草、客土喷播等,通过恢复植被边坡具有了抵抗暴雨冲刷的能力;另外一类是工程防护,主要指浆砌片石护坡、挂网喷射混凝土护坡、骨架护坡[12]。

8.4 沉陷与塌陷处置

道路采空区处置需做好采空区资料的收集及采空区稳定性评价,并充分考虑当地环境特点和工程地质条件。

借鉴国内煤炭采空区注浆法处理方法,在采空区影响范围内按一定孔距均匀布设注浆孔,将水泥、粉煤灰浆液以高压注入,浆液以填充、渗透和挤密的方式占据地层中的空洞及颗粒间或岩石裂隙中空隙位置,并将松散岩 (土) 颗粒或裂隙胶结起来,以改善地基的物理力学性质,采空区内的浆液结石体将阻止上覆岩层进一步塌陷冒落,保证公路安全[13-14]。

9 成果应用

根据“边普查、边应用、边见效”的要求,制定灾害处置方案,建立公路自然灾害数据库,强化风险点(段)动态精细化管理,形成公路自然灾害风险分类分级预警与防治体系,全面提升交通行业防灾减灾救灾能力水平,加强普查成果综合研究,指导新建、改扩建公路工程规划时尽量避开自然灾害高风险区,从源头降低公路灾害风险。

10 结语

通过公路承灾体普查,进一步摸清了济南市莱芜区风险隐患底数,查明重点路段抗灾能力,客观认识公路承灾体自然灾害综合风险水平,为有效开展自然灾害防治工作提供科学依据。