山区公路常见工程地质问题及其防治

山区公路常见工程地质问题及其防治山区公路常见工程地质问题及其防治 摘要摘要 本文对山区公路工程中滑坡 崩塌 泥石流和特殊土地质灾害问题的特点 进行了综述 并提出了防治措施 关键字关键字 山区公路 滑坡 崩塌 泥石流 软土 膨胀土 防治措施 引言引言 在山岭重丘区修建公路 工程量巨大 工程地质灾害如滑坡 崩塌 泥石 流 膨胀土等发生频繁 这不仅增加了公路的建设投资 而且还影响到公路的 正常安全运营 因此 山区公路地质灾害的预防和治理已成为函待解决的重要 课题 应引起设计 施工 运营管理单位的高度重视 1 1 滑坡及其防治滑坡及其防治 1 11 1 滑坡滑坡 滑坡是山区公路的主要病害之一 通常表现为斜坡大量上体和岩体在重力 作用下 沿一定的滑动面 带 整体向下滑动 滑坡多发生在地质构造运动激烈的山区 一般地层表而呈现岩石破碎 多 裂隙 极度风化受暴雨侵袭渗透或人为破坏 使原本比较稳定的山体发生滑坡 在山区山高坡陡 潜在滑坡地带修建公路 如采取不恰当的大爆破开挖路堑或 半填半挖路基或设计不当 坡率太小 没考虑布设合适的支挡结构等 都会使 山体失稳而发生滑坡 规模大的滑坡一般缓慢 长期地往下滑动 其位移速度 在突变阶段才显著加快 因山坡或路基边坡发生的滑坡常使交通中断 影响公 路的正常运营 大规模的滑坡 可以堵塞河道 摧毁公路 破坏厂矿 掩埋村 庄 危害性很大 产生滑坡的主要条件有 一是地质条件与地貌条件 二是内外营力 动 力 和人为作用的影响 其中与地质条件与地貌条件有关的因素有 1 岩土类型 岩土体是产生滑坡的物质基础 一般说 各类岩 土都 有可能构成滑坡体 其中结构松散 抗剪强度和抗风化能力较低 在水的作用 下其性质能发生变化的岩 土 如松散覆盖层 黄土 红粘土 页岩 泥岩 煤系地层 凝灰岩 片岩 板岩 千枚岩等及软硬相间的岩层所构成的斜坡易 发生滑坡 2 地质构造条件 组成斜坡的岩 土体只有被各种构造面切割 分离成不连续状态时 才有可能向下滑动的条件 同时 构造面又为降雨等水 流进入斜坡提供了通道 故各种节理 裂 隙 层面 断层发育的斜坡 特别是 当平行和垂直斜坡的陡倾角构造面及顺坡缓倾的构造面发育时 最易发生滑坡 3 地形地貌条件 只有处于一定的地貌部位 具备一定坡度的斜坡 才可能发 生滑坡 一般江 河 湖 水库 海 沟的斜坡 前缘开阔的山坡 铁路 公 路和工程建筑物的边坡等都是易发生滑坡的地貌部位 坡度大于 10 度 小于 45 度 下陡中缓上陡 上部成环状的坡形是产生滑坡的有利地形 4 水文地 质条件 地下水活动 在滑坡形成中起着主要作用 它的作用主要表现在 软 化岩 土 降低岩 土体的强度 产生动水压力和孔隙水压力 潜蚀岩 土 增大岩 土容重 对透水岩层产生浮托力等 尤其是对滑面 带 的软化作用和 降低强度的作用最突出 内外营力 动力 和人为作用的影响包括 在现今地壳运动的地区和人类 工程活动的频繁地区是滑坡多发区 外界因素和作用 可以使产生滑坡的基本 条件发生变化 从而诱发滑坡 主要的诱发因素有 地震 降雨和融雪 地表 水的冲刷 浸泡 河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷 不合理的人类工程 活动 如开挖坡脚 坡体上部堆载 爆破 水库蓄 泄 水 矿山开采等都可诱 发滑坡 还有如海啸 风暴潮 冻融等作用也可诱发滑坡 滑坡按其地质特点可以划分为黄上滑坡 堆积层滑坡 基岩滑坡和膨胀上 滑坡四种类型 1 黄上滑坡灾害其滑体物质主要由黄上和黄上类上组成 2 堆积层滑坡灾害 这种地质灾害滑体由坡残积碎石砂上或粘性上组成 上质疏松 易渗水 强度低 多见于山麓缓坡及沟谷陡坡地段 以浅层滑坡为 主 3 基岩滑坡灾害是由大部分基岩组成的滑坡 地质以页岩 泥岩 片岩 板岩 千枚岩 片麻岩为主 此类滑坡岩质软弱 松散 结构而多而复杂 受 地表水的冲刷 致使坡体蠕变滑动 具有突发性强 规模大的特点 一般采用 抗滑挡墙进行治理 4 膨胀上滑坡灾害 这种地质灾害滑体物质由膨胀上组成 集中分布在盆 地边缘的低山丘陵地带 具有干缩湿胀 亲水性强 渗透性差的特点 往往由 于大量降水渗入坡体 使其力学强度降低 斜坡稳定性变差 膨胀上滑坡速度 一般较慢 可以长期处于蠕滑状态 大多表现为坡面出现裂缝 1 21 2 滑坡的防治滑坡的防治 治理滑坡病害应遵循以下原则 首先 前期工作应同时提出绕避方案进行技术经济比较 以确定合理的路 线布设方案 其次 治理前必须对滑坡进行详细的工程地质勘测 查明滑坡形 成的条件及成因 滑坡的性质 稳定程度及其对公路工程的危害 并提供防治 滑坡的措施与有关的计算参数 再次 治理过程坚持动态管理 对于可能出现的 紧急问题采取及时有效的预防及应急措施 并应对治理效果进行安全稳定评价 治理滑坡具有一定的难度 但是只要采取综合防治措施 还是可以得到治 理的 1 卸载法 对于坡陡山不高的滑坡地段 可以采取开挖松散堆积上石 适当降缓其坡率 使其达到自然稳定状态 2 抗滑桩加固法 适用于山高坡 缓的滑坡治理 根据滑动而大小深浅 布置一排或数排抗滑桩 其深度要钻入 滑动而以下一定范围 并辅以支挡结构或其他植被治理 可采用打入桩 有条 件可采用钻孔桩 3 排水法 在滑动而上设置数排截水沟 将地表水及时引 出滑坡体 以免水渗透破坏滑坡体的稳定 造成滑坡体的坍塌 4 植被法 在滑坡体上种植根系发达的林木 可起到稳固松散上体的作用 2 2 崩塌及其防治崩塌及其防治 2 12 1 崩塌崩塌 崩塌一般表现为陡峻的斜坡上 巨大岩块或上块在重力作用下突然而猛烈 地向下倾倒 翻滚 崩落的现象 崩塌灾害在山区公路病害中较为常见 大多 发生在高陡的路堑边坡上 由大量降雨渗人陡崖破碎的岩石中 增加岩体与基 岩面的摩擦力 破坏原来的平衡状态要类型有 落石 山崩 坍岸 坍陷 崩塌是山区公路常见的一种病害现象 它来势迅猛 常可摧毁路基和桥梁 堵塞隧道洞门 击毁行车 对公路交通造成直接危害 有时因崩塌堆积物堵塞 河道 引起壅水或产生局部冲刷 导致路基水毁 崩塌形成的基本条件 归纳起来主要有以下几个方面 1 地形条件 斜坡高 陡是形成崩塌的必要条件 调查表明 规模较大 的崩塌 一般多产生在高度大于 30m 坡度大于 45 的陡峻斜坡上 斜坡的外 部形状 对崩塌的形成也有一定的影响 一般在上缓下陡的凸坡和凹凸不平的 陡坡上易于发生崩塌 2 岩性条件 坚硬的岩石具有较大的抗剪强度和抗风化能力 能形成高 峻的斜坡 在外来因素影响下 一旦斜坡稳定性遭到破坏 即产生崩塌现象 所以 崩塌常发生在由坚硬且脆的岩石构成的斜坡上 3 构造条件 如果斜坡岩层或岩体的完整性好 就不易发生崩塌 实际 上 自然界的斜坡 经常是由性质不同的岩层以各种不同的构造和产状组合而 成的 而且常常为各种构造面所切割 从而削弱了岩体内部的联结 为产生崩 塌创造条件 4 其它自然因素 岩石的强风化 裂隙水的冻融 植物根系的锲入等 都能促使斜披岩体发生崩塌现象 但大规模的崩塌多发生在暴雨 久雨或强震 之后 总之 当岩层层面或节理面的倾向与坡向一致 倾角较大 又有临空面的 情况下 沿构造面最容易发生崩塌 就区域新构造运动特点而言 构造运动比 较强烈 地层挤压破碎 地震频繁的地区是崩塌的多发区 岩石风化强烈 悬 崖陡坡最易出现崩塌 暴雨 连日阴雨及冰雪融化等往往是崩塌的触发因素 岩体和土体中水分的大量渗人 大大增加了负荷 同时还影响岩体内部结构 导致崩塌发生 人类不合理的工程活动 如公路路堑开挖过深 边坡过陡 也 常引起边坡发生崩塌 2 22 2 崩塌的防治崩塌的防治 防治原则 1 对于崩塌多采用以防为主 在选线时 应该注意根据斜坡 的具体条件 认真分析崩塌的可能性及其规律 对有可能发生大 中型崩塌的 地段 有条件绕避时 宜优先采用绕避方案 若绕避困难时 可调整路线位置 离开崩塌影响范围一定距离 尽量减少防治工程 或考虑其他通过方案 确保 行车安全 对可能发生小型崩塌或落石的地段 应视地形条件进行经济比较 确定绕避还是设置防护工程通过 如拟通过 路线应尽量争取设在崩塌停积区 范围之外 如有困难也应使路线离坡脚有适当距离 以便设置防护工程 2 在设计和施工中 避免使用不合理的高 陡边坡 避免大挖大切 以维持山体 的平衡 在岩体松散或构造破碎地段 不宜使用大爆破施工 以免由于工程技 术上的错误而引起崩塌 防治措施 1 清除坡面危石 2 坡面加固 如坡面喷浆 抹面 砌石 铺盖等以防治软弱岩层进一步风化 灌浆 勾缝 镶嵌 锚栓以恢复和增强岩 体的完整性 3 危岩支顶 如用石砌或用混凝土作支垛 护臂 支柱 支墩 支墙等以增加斜坡的稳定性 4 拦截防御 如修筑落石平台 落石网 落石 槽 拦石堤 拦石墙等 5 调整水流 如修筑截水沟 堵塞裂隙 封底加固 附近的灌注引水 排水沟渠等 防止水流大量渗入岩体而恶化斜坡的稳定性 3 3 泥石流及其防治泥石流及其防治 3 13 1 泥石流泥石流 泥石流是一种突然暴发含有大量泥沙 石块 具有强大破坏力的洪流 它 主要发生在地质不良 地形陡峻的山区及山前区 由于泥石流含有大量的固体 物质 突然暴发 持续时间短 侵蚀 搬运和沉积过程异常迅速 所以它可以 摧毁城镇 淹没农田 堵塞河道 给山区交通和工农业建设造成严重危害 泥石流对公路的危害是多方面的 主要通过堵塞 淤埋 冲刷和撞击等方 式对路基 桥涵及其附属构造物产生直接危害 同时也经常由于堆积物压缩和 堵塞河道 使水位壅升 淹没上游沿河路基 或者迫使主河槽的流向发生变化 冲刷对岸路基 造成间接水毁 泥石流的形成条件 1 地质条件 凡是泥石流发育的地方 都是岩性软弱 风化强烈 地质 构造复杂 褶皱 断裂发育 新构造运动强烈 地震频繁的地区 由于这些原 因 导致岩层破碎 崩塌 滑坡等各种不良地质现象普遍发育 为形成泥石流 提供了丰富的固体物质来源 2 地形条件 泥石流流域的地形特征 是山高 谷深 地形陡峻 沟床纵坡大 完整的泥石流流域 它的上游多事三面环山 一面出口的漏斗状圈谷 这样的地形既利于储积来自周围山坡的固体物质 也 有利于汇集坡面径流 3 水文气象条件 水既是泥石流的组成部分之一 也 是泥石流活动的基本动力和触发条件 降雨 特别是强度大的暴雨 在我国广 大山区泥石流的形成中具有普遍的意义 4 人类活动的影响 人为因素对泥 石流的影响不可低估 如修路废弃土石方不合理布局等 都有可能为泥石流的 发生提供条件 典型的泥石流流域分为上游形成区 中游流通区 下游堆积区 上游形成 区多为三面环山 一面出口的瓢状地形 沟谷纵坡较大 地表岩石多为风化岩 石堆积物 是泥石流固体碎屑和水源的主要汇集区 中游流通区 是泥石流外 泄的通道 下游堆积区 是泥石流物质的停积区 3 23 2 泥石流的防治泥石流的防治 泥石流的防治泥石流一旦发生 危害很大 所以重点要做好预防工作 减 轻和避免泥石流的工程措施主要有以下几方面 1 跨越工程 是指修建桥梁 涵洞 从泥石流沟的上方跨越通过 让泥 石流在其下方排泄 用以避防泥石流 这是铁道和公路交通部门为了保障交通 安全常用的措施 2 穿过工程 指修隧道 明洞或渡槽 从泥石流的下方通过 让泥石流 从其上方排泄 这也是铁路和公路通过泥石流地区的又一主要工程形式 3 防护工程 指对泥石流地区的桥梁 隧道 路基及泥石流集中的山区 变迁型河流的沿河线路作一定的防护建筑物 用以抵御或消除泥石流对主体建 筑物的冲刷 冲击 侧蚀和淤埋等的危害防护工程主要有 护坡 挡墙 顺坝和 丁坝等 4 排导工程 其作用是改善泥石流流势 增大桥梁等建筑物的排泄能力 使泥石流按设计意图顺利排泄 排导工程包括导流提 急流槽 束流堤等 5 拦挡工程 用以控制泥石流的固体物质和暴雨 洪水径流 削弱泥石 流的流量 下泄量和能量 以减少泥石流对下游建筑工程的冲刷 撞击和淤埋 等危害的工程措施 拦挡措施有 拦渣坝 储淤场 支挡工程 截洪工程等 4 4 特殊土地质灾害及其防治特殊土地质灾害及其防治 4 14 1 特殊土地质灾害特殊土地质灾害 4 1 14 1 1 软土软土 软土是指滨海 湖沼 谷地 河滩沉积的天然含水量高 孔隙 比大 压缩 性高 抗剪强度低的细粒土 具有天然含水量高 天 然孔隙比大 压缩性高 抗剪强度低 固结系数小 固结时间长 灵敏度高 扰动性大 透水性差 土 层层状分布复杂 各层之间物 理力学性质相差较大等特点 由于软土的生成环 境及粒度 矿物组成和结构特征 结构性显著且处于形成初期 呈饱和状态 这都使软土在其自重作用下难于压密 而且来不及压密 因此 不仅使之必然 具有高孔隙性和高含水量 而且使淤泥一般呈欠压密状态 以致其孔隙比和天 然含水量随埋藏深度很小变化 因而土质特别松软 软土包括淤泥及淤泥质土 泥炭 呈软塑状态与流塑状态的粉土和粉质粘土 松散的粉细砂等天然土层 以及腐殖土 土质软弱和龄期较短的冲填上等 一般由地质构造运动形成湖河相冲积物沉积而成 绝大部分为淤泥或泥质 上 并伴随含有动植物等腐植碎屑而组成 具有含水量高 天然密度小 天然 空隙比大等特点 存在上体压缩性大 抗压强度低 地基稳定性差等特性 在 软上地基上修建公路等建筑物 如措施不当 会造成地基和路基不均匀下沉 下陷 路基失稳 直接影响路面平整度 甚至造成油路路面裂缝 龟裂 网裂 坑槽等病害 影响行车的平稳性和安全 4 1 24 1 2 膨胀土膨胀土 在工程建设中 经常会遇到一种具有特殊变形性质的粘性土 它的体积随 含水量地增加而膨胀 随含水量减少而收缩 并且这种作用循环可逆 具有这 种膨胀和收缩性的土 即称为膨胀土 膨胀土主要由强亲水性矿物组成 一般 由泥岩与风化物形成 具有较高的亲水性和膨胀性 在降雨时上体吸水而膨胀 软化 在大地气候的反复循环作用下 其整体强度大为降低 最后可致滑塌或 崩裂 从而产生多种公路病害 由于膨胀上具有吸水膨胀 失水收缩并往复变 形的性质 对公路路基有极强的破坏作用 并且不易修复 如路堑滑坡 路肩 边缘处或路堑顶部坍塌 路堤坡腰或坡脚处的溜塌 甚至路基路而受膨胀大而 积开裂 对公路的危害程度巨大 4 24 2 防治措施防治措施 水与不良地质交融在一起会产生巨大的能量 发生不可估量的灾害 因此 在治理不良地质病害时 首先要治水 4 2 14 2 1 软上地基防治软上地基防治 1 抛石排淤法 适用于软上层在 1 m 范围 目 一般是塘堰局部范围 这种做法的路而能收到一定效果 2 石灰桩 碎石桩法 适用于软上层厚 5m 范围内 其功能是挤密排水 减少软上层中含水量 增