蒙山至金田公路地質(zhì)災(zāi)害危險性評估及防治措施

羅建干，李紅明，羅維當(dāng)

(廣西交通科學(xué)研究院有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

擬建蒙山至金田公路是《廣西普通公路省道網(wǎng)規(guī)劃》中縱4龍勝至北流(清灣)和縱5荔浦(蒲蘆)至陸川(盤龍)的組成部分，是廣西重要的路網(wǎng)公路和縣際公路，是桂東紅色旅游公路。擬建公路線路較長，跨越三個市縣，穿越多個地貌單元，沿線地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜。線路主要位于碎屑巖地區(qū)，部分位于碳酸鹽巖地區(qū)。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，沿線發(fā)生多處崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害點在不良地質(zhì)環(huán)境條件與降水和人為工程活動因素等影響下發(fā)生，尤其與降水(連綿陰雨、暴雨)關(guān)系密切。本文根據(jù)工可資料和野外調(diào)查，統(tǒng)計公路建設(shè)后形成的挖填方邊坡高度、坡度等現(xiàn)狀，再結(jié)合沿線地形地貌、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造等情況，由此預(yù)測工程建設(shè)中和運營期間可能發(fā)生崩塌、滑坡、路基不均勻沉降、巖溶地面塌陷和膨脹土路基脹縮等地質(zhì)災(zāi)害，并對這些地質(zhì)災(zāi)害提出相應(yīng)的防治措施建議。

1 工程概況

蒙山至金田公路位于梧州市蒙山縣、貴港市平南縣及桂平市境內(nèi)。公路由K線和L線組成，其中K線樁號為K0+000～K112+043，走向為自北向南，長度112.043 km(含33.194 km的完全利用路段，其中K49+977～K53+745段利用平南至金秀二級公路3.768 km；K72+224～K101+650段利用梧州至柳州高速公路田貴至垌心支線29.426 km)；L線樁號LK0+000～LK1+292，長度1.29 km，線路總里程113.335 km，完全利用33.194 km，實際改建及新建設(shè)里程為80.141 km。路基設(shè)計等級標(biāo)準(zhǔn)為二級，設(shè)計時速為：40 km/h和60 km/h。由于蒙山至夏宜段(K0+000～K19+900)和垌心至金田段(K101+650～K112+043)地勢較緩，工程量不大，設(shè)計速度為60 km/h，路基寬度為10 m；其它路段地形復(fù)雜、工程量大、造價高，設(shè)計速度為40 km/h，路基寬度為8.5 m。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

評估區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，受海洋性氣候影響顯著，氣候濕潤多雨，地形起伏較大，自然坡度多為10°～30°，局部路段30°～50°。評估區(qū)穿越低山、低山-丘陵、溶丘平原、丘陵緩丘谷地4種地貌。評估區(qū)出露地層主要有第四系(Q)、泥盆系郁江組(D2y)、泥盆系那高嶺組(D1n)、泥盆系蓮花山組(D1l)、寒武系水口群(∈sh)。評估區(qū)斷層、褶皺較發(fā)育，褶皺有蒙山向斜、夏宜向斜和長洞至馬練鄉(xiāng)復(fù)式背斜，斷裂有和安-木圭區(qū)域斷裂、夏宜-壬山逆斷裂、羅香至馬皮正斷層、三江至大黎復(fù)活斷層。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，評估區(qū)地下水類型為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖夾碎屑巖溶洞裂隙水和基巖裂隙水。

3 地質(zhì)災(zāi)害危險性現(xiàn)狀評估

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查及訪問，評估區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)崩塌15處，滑坡2處，均為小型規(guī)模，目前處于基本穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)。其中有9處崩塌、2處滑坡附近有褶皺或斷裂發(fā)育。現(xiàn)狀災(zāi)害均發(fā)生于碎屑巖地區(qū)，巖性以砂巖、頁巖為主。據(jù)現(xiàn)場走訪調(diào)查，這些災(zāi)害點基本發(fā)生在降雨期間，雨水滲入邊坡，改變巖土體的內(nèi)部構(gòu)造，同時增加巖土體的容重，從而使邊坡失穩(wěn)。由此可見，現(xiàn)狀災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境、降雨情況等因素息息相關(guān)。評估區(qū)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害評定為弱發(fā)育。

4 地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測評估

本公路為舊路提級改擴建項目，基本沿舊路路基進(jìn)行加寬修建，局部為滿足公路等級技術(shù)要求為截彎取直。工程建設(shè)過程中人工邊坡可能引發(fā)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害；工程建成后運營期間，公路本身還可能遭受永久性挖填方邊坡崩塌、滑坡和路基不均勻沉降等地質(zhì)災(zāi)害；評估區(qū)部分路段為碳酸鹽巖，這些路段在修路后填方堆載、過往車輛自重荷載及動載等因素的綜合影響下，在運營期間可能遭受巖溶地面塌陷和膨脹土路基脹縮地質(zhì)災(zāi)害。因此，預(yù)測公路建設(shè)過程中和運營期間可能發(fā)生崩塌、滑坡、路基不均勻沉降、巖溶地面塌陷和膨脹土路基脹縮等地質(zhì)災(zāi)害。

4.1 崩塌、滑坡

邊坡在不同地形、不同巖性路段發(fā)生崩塌、滑坡的可能性不同，主要按地形、地層巖性、巖石(節(jié)理)產(chǎn)狀、覆蓋層和強風(fēng)化層厚度、坡高等影響因素預(yù)測發(fā)生崩塌、滑坡的可能性。本次評估以坡高為主要因素，挖方邊坡同時參照巖體結(jié)構(gòu)面與坡向的組合關(guān)系以及巖體結(jié)構(gòu)類型等(見表1)。

表1 邊坡發(fā)生崩塌、滑坡可能性分級表

按上述原則對全線挖填方邊坡發(fā)生崩塌、滑坡可能性進(jìn)行預(yù)測，對于挖方邊坡發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害可能性大的有76段，可能性中等的有72段，可能性小的有14段；對于填方邊坡發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害可能性大的有15段，可能性中等的有53段，可能性小的有49段。經(jīng)統(tǒng)計，發(fā)生崩塌、滑坡可能性大的路段位于碎屑巖地區(qū)約81段；發(fā)生崩塌、滑坡可能性中等的路段位于碎屑巖地區(qū)約124段。由此可見，碎屑巖地區(qū)為崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)。

4.2 路基不均勻沉降

評估區(qū)發(fā)生路基不均勻沉降地質(zhì)災(zāi)害的可能性主要依據(jù)填土厚度(見表2)，填方路段多位于洼地、溝谷及沖溝等位置。發(fā)生路基不均勻沉降地質(zhì)災(zāi)害可能性大的有11段，可能性中等的有25段，可能性小的有81段。發(fā)生可能性大和中等路段集中在低山丘陵地貌區(qū)，這些路段地形起伏較大，沖溝較發(fā)育，路線經(jīng)過需填方較大，易發(fā)路基不均勻沉降地質(zhì)災(zāi)害。

4.3 巖溶地面塌陷

K0+000～K1+390、K3+240～K5+220、K7+680～K9+420、K101+030～K112+043路段地處覆蓋型巖溶區(qū)，覆蓋第四系粉質(zhì)黏土，黏土約0.5～29 m，厚下伏為泥盆系灰?guī)r、白云巖。上覆為松散巖類孔隙水，水量貧乏，下伏溶洞裂隙水，水量豐富，巖溶水多在基巖中活動，水位埋深一般10～30 m，路線巖溶率3.78%，巖溶弱發(fā)育。根據(jù)該地區(qū)覆蓋層厚度、地下水埋深及巖溶發(fā)育程度等因素，預(yù)測公路建設(shè)中和運營期間遭受巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的可能性為中等。

4.4 膨脹土路基脹縮

評估區(qū)部分路段位于巖溶區(qū)，覆蓋第四系溶余堆積層粉質(zhì)黏土、黏土，其土層中含有親水性黏土礦物，具弱脹縮性膨脹土在其濕度發(fā)生變化時體積相應(yīng)地發(fā)生變化，表現(xiàn)為吸水膨脹、失水收縮開裂現(xiàn)象。膨脹土路基脹縮發(fā)生的主要影響因素是大氣急劇影響深度，據(jù)收集當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)資料，擬建公路穿越的巖溶區(qū)大氣急劇影響深度為2～3 m，而本項目填方厚度一般為5～15 m居多。因此預(yù)測公路運營期間遭受巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的可能性小。

5 防治措施

為確保工程建成后順利投入使用，且不受地質(zhì)災(zāi)害的威脅，應(yīng)對建設(shè)用地涉及和可能涉及的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行有效防治，以達(dá)到保護地質(zhì)環(huán)境，避免和減少災(zāi)害損失的目的。遵循“預(yù)防為主、治理與避讓相結(jié)合”方針和安全、經(jīng)濟、適用、與項目使用功能和環(huán)境協(xié)調(diào)性好的原則，針對不同的地質(zhì)災(zāi)害類型，采取有效的防治措施(如工程、生物、監(jiān)測等)。根據(jù)災(zāi)害類型、規(guī)模和危險性大小提出相應(yīng)的防治措施建議。

5.1 崩塌、滑坡防治措施

(1)對沿線填方路堤地基進(jìn)行勘察，如存在水田、池塘等軟土地基，應(yīng)查明其分布范圍、厚度、性質(zhì)等，進(jìn)行路基穩(wěn)定性和沉降驗算，從而制定出有效的防治方案。地基處理，可選擇清除、復(fù)合地基及排水固結(jié)、拋石擠淤等。

(2)做好路堤邊坡排水和護坡，減少雨水對巖土體的滲透，保持巖土體強度，避免出現(xiàn)不均勻沉降。

(3)加強重點分項工程橋涵的施工勘察工作，采取必要的工程措施，若橋基以土層為持力層，應(yīng)采取工程措施處理溶溝、溶槽和淺層溶洞；若橋基以巖層為持力層時，應(yīng)對淺層溶洞進(jìn)行處理。

5.2 路基不均勻沉降防治措施

(1)路基施工時，應(yīng)對松散軟弱的表土層或淤泥進(jìn)行清除，選用工程地質(zhì)性質(zhì)良好的黏性土或砂礫質(zhì)土，進(jìn)行土質(zhì)級配回填，并做好分層碾壓或采用分層強夯方法進(jìn)行處理。

(2)填土層未經(jīng)處理和檢測不能做構(gòu)筑物基礎(chǔ)持力層。

(3)做好填土路段的排水措施(如水溝、涵洞等)，防止積水對路基的浸泡；做好路肩坡面和地面的護理工作，如地面硬化、種樹植草等，以防治水土流失。

5.3 巖溶地面塌陷防治措施

(1)勘察設(shè)計階段，做好路線巖溶專項工程勘察(鉆探、物探為主)，查明覆蓋層厚度、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性特征、巖溶分布范圍、規(guī)模、工程特性、水文地質(zhì)條件及發(fā)育現(xiàn)狀、歷史過程。

(2)公路沿線兩側(cè)300 m范圍內(nèi)禁止隨意開采地下水，基坑開挖宜堵水為主，盡量避免影響區(qū)內(nèi)深降抽排地下水，禁止人類活動改變地下水運動狀況而加速巖溶發(fā)育；對地下水加強動態(tài)監(jiān)測。

(3)在線路周邊應(yīng)控制強烈的爆破工程，增強防災(zāi)意識，在巖溶地區(qū)施工，應(yīng)加強巡視，發(fā)現(xiàn)塌陷及時預(yù)警和治理，防止地質(zhì)災(zāi)害擴大。

5.4 膨脹巖土地基脹縮防治措施

(1)調(diào)查工程場地的地形地貌特征，劃分粉質(zhì)黏土、黏土的成因類型，注意不同地貌單元和地形部位粉質(zhì)黏土、黏土厚度分布的差異性；調(diào)查基巖分布、埋藏深度和起伏情況，巖溶發(fā)育情況，以及它們與粉質(zhì)黏土、黏土狀態(tài)變化的關(guān)系；調(diào)查地表水體滲漏情況和地下水位變化對粉質(zhì)黏土、黏土軟化的影響；查明粉質(zhì)黏土、黏土在垂直方向的狀態(tài)變化及其分布特征。

(2)干濕頻繁交替變化是引起脹縮土變形的主要原因之一，因此對地基土層的保濕是重要的防治措施和手段。對于土層較厚不能做到完全清除的路段，可對受大氣急劇影響區(qū)域內(nèi)膨脹土進(jìn)行換填或改良處理。

(3)若發(fā)現(xiàn)地裂、崩塌、滑坡等現(xiàn)象即有脹縮性跡象，則應(yīng)予以重視；做脹縮性土工試驗，并加以分析和評價。

6 結(jié)語

蒙山至金田公路途經(jīng)蒙山、平南和桂平三個市縣，跨度較長，跨越多個地貌單元，地層巖性變化較大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，這是沿線地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的天然條件。通過對蒙山至金田公路現(xiàn)狀發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行分析以及公路建設(shè)中和運營期間可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害類型進(jìn)行預(yù)測，得出以下結(jié)論：

(1)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的數(shù)量較多，分布較廣，主要地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌、滑坡，均為小型規(guī)模，基本發(fā)生在降雨期間，且均分布于碎屑巖地區(qū)。公路工程地質(zhì)災(zāi)害受地質(zhì)環(huán)境、降雨等主導(dǎo)因素影響，且崩塌、滑坡為公路工程最易發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害類型。

(2)結(jié)合沿線地質(zhì)環(huán)境、坡高等因素，通過對擬建公路地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評估得出：對于碎屑巖地區(qū)，主要的地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌、滑坡和地基不均勻沉降，且發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性偏大；對于碳酸鹽巖地區(qū)，除發(fā)生崩塌、滑坡和地基不均勻沉降外，還有可能發(fā)生巖溶地貌塌陷和膨脹巖土地基脹縮。

(3)總體上，公路工程地質(zhì)災(zāi)害受地形地貌的限制、地質(zhì)構(gòu)造制約及地層巖性的影響，表現(xiàn)出區(qū)域分異的特征。