高速公路地质灾害危险性评估

高速公路地质灾害危险性评估

对道路风险的评估的目的是评估道路沿线可能发生的灾害的程度，并提出监督管理措施，确保道路建设和运营安全畅通，以最低投资获得最大的经济、社会和生态环境效应。青兰高速公路东起山东青岛,西至甘肃兰州,是国家高速公路网的重要组成部分。青兰公路邯郸至涉县段是“鲁冀界(聊城)—邯郸—涉县—冀晋界(长治)”的一部分,路线全长72.93km。项目总投资51.73亿元人民币,新增建设用地10151亩,设特大桥2座,大桥31座。该项目的实施对建设河北省高速公路网络,改善邯郸市路网布局,打通晋煤东运的快速出海通道有着重要的意义,对促进地方经济发展将发挥巨大的作用。1地质环境条件1.1排岩地层分区拟建公路主线共穿越两个地貌单元、五种地貌类型、七个地貌小区,沿线路分别为平原倾斜地小区、河谷小区、坡洪积(锥裙)倾斜地小区、黄土类土台地小区、碎屑岩为主的丘陵小区、碳酸岩为主的丘陵小区、碳酸岩为主的低山小区。出露地层从老至新依次为:寒武系灰岩、奥陶系灰岩、石炭系和二迭系煤系地层、三叠系砂层、第三系泥岩,局部地段分布有岩浆岩,第四系地层分布于清漳河和南洺河一级阶地前缘。区内分布断裂较多,以北东向为主,与拟建公路近正交。1.2碎屑岩类裂隙水地下水类型主要有四种。松散岩类孔隙水主要分布于第四系地层;碎屑岩类裂隙水主要分布于二叠系砂岩、页岩分布区;碳酸盐岩类裂隙岩溶水主要分布于寒武系和奥陶系灰岩、白云质灰岩分布区;岩浆岩类裂隙水主要分布于闪长岩、闪长玢岩节理裂隙较发育部位。1.3人工技术经济活动线路穿越区域为邯郸市西部煤、铁的主要产区,区内人类工程经济活动频繁,对地质环境的破坏作用强烈。2方面主要病虫害及类型根据野外调查结果,受地形、构造、地层岩性及人类工程活动的影响,青(岛)兰(兰州)公路邯郸至涉县段现状地质灾害类型有:采空塌陷及伴生地裂缝灾害、膨胀土胀缩灾害、泥石流灾害及黄土湿陷灾害。在工程建设过程中,可能引发或加剧的地质灾害有采空塌陷灾害及伴生地裂缝灾害、泥石流灾害和崩塌灾害。工程建设本身可能遭受的地质灾害有岩溶塌陷灾害、采空塌陷灾害、膨胀土胀缩灾害、泥石流灾害和黄土湿陷灾害。2.1岩溶地形大小及分布青兰公路邯郸至涉县段主线沿线大部分地区出露寒武、奥陶系碳酸岩,地下溶隙、溶孔、溶洞较为发育。据《河北省邯邢基地区域水文地质勘察报告》溶洞钻孔资料统计,地形标高在-100～+100m处溶洞最为发育,而且随深度增加溶洞所占百分率变小。溶洞以0.2～1.0m为主,占56.7%,规模较小,主要分布在浅部及断裂附近。拟建公路在岩溶发育区地形标高在300m以上,现状调查未发生岩溶塌陷地质灾害,鼓山和涉县一带为灰岩浅埋区,受东风湖和黑龙洞泉域影响,岩溶水较为发育,预测岩溶塌陷对拟建公路将产生一定影响,其危害程度较小。2.2采空凹陷预测采空塌陷主要形态特征首先表现为地表出现裂缝,多呈间断型直线,其走向与下伏采煤巷道走向一致或近似一致,裂缝一侧有地面不均匀沉降显现,进而地表裂缝加大,地面出现不均匀沉降,形成采空塌陷。地裂缝是采空塌陷的伴生产物,涉及的范围广、数量大,多分布于地面塌陷的边缘地带,开裂长度一般为几十—几百米,宽度30—300厘米;同时,开裂两侧常显示位移迹象,近沉降或塌陷中心一侧位移较大。塌陷及地裂缝是由于人类开采矿产资源引起的,其形成主要受控于开采深度、开采厚度、上覆岩土体工程地质性质及开采工艺和方法。本次调查区采空塌陷表现为两种类型(如图所示):第一类,煤层厚度小,埋藏深,采空面积大,其顶板变形表现为完整的三个带,反映到地表为均匀沉降,本区国有大煤矿区属于此类,如万年煤矿塌陷。第二类是煤层厚度小,埋藏较浅,顶板变形出现两个带,地表反映为地表塌陷,地裂缝较发育,如个体小煤窑采空塌陷。采空塌陷预测根据其开采深度,结合上覆地层岩性,计算采空区影响范围,作为塌陷区范围。影响范围计算采用峰峰矿务局《保护煤柱暂行规程实施细则》规定,取用塌陷角(表1),计算公式如下:R=Hctgα式中:R—塌陷影响范围H—采矿深度α—塌陷角度评估区煤矿开采时间早,小煤窑广泛分布,因此,塌陷角统一取63°,开采深度按目前开采技术水平600m计算,开采影响范围应为距采空区306m。依据现状评估结果,结合本区段未来采矿活动,对工程建设遭受的采空塌陷危险性进行评估预测评估(见表2)。2.3建筑物墙体错位、强度降低膨胀土对建筑物的破坏过程,是土体内部膨胀力达到一定程度而不能释放,从而使其上的建筑物产生裂隙,久而久之,建筑物墙体错位、强度降低。根据区域资料及现场取样分析,在邯郸县户村乡葛岩嵛至康庄乡石坡村一带分布的膨胀土自由膨胀率(δef)值在65%～90%之间,按照《膨胀土地区建筑技术规范(GBJ112～87)》中膨胀土的膨胀潜势划分,膨胀潜势中,为中等膨胀岩土,膨胀土胀缩地质灾害危险性中等。2.4热灾灾害概况对拟建公路有影响的泥石流沟有两条,主要分布在龙虎乡以西关帝窑一带,近几十年来没发生泥石流灾害。由泥石流易发程度积分值,确定评估区内泥石流灾害属低易发泥石流,泥石流灾害危险性小。2.5引发灾害及危害在涉县龙虎乡至窑瓦村一带,由于地形地貌差异较大,岩体解理裂隙发育,在工程施工过程中的挖方、填方等工程活动,将会破坏围岩原始应力,可能引发崩塌灾害的产生,从而造成对拟建公路的危害。挖方段岩石为较坚硬岩,块状结构,局部碎块结构,工程性质较好,围岩类型为Ⅲ级。边坡坡度约30—35°,稳定性较好,崩塌灾害危险性小。2.6黄土的筛选武安市龙虎乡至评估区终点涉县一带黄土具有湿陷性,属Ⅱ级非自重湿陷性黄土,湿陷性程度中等至强烈,湿陷厚度4～8m,总湿陷量△s=20.00～80.00cm,可对拟建公路产生危害,黄土湿陷灾害危险性中等。3防灾对策3.1注意岩溶分布及加固措施对岩溶塌陷区路段,在桥梁设计时充分考虑地基的稳定性,确保桥梁基础放置在完整、稳定的岩层上,路基设计和施工时要查清岩溶发育规律和灰岩顶面的溶洞分布情况,在溶洞、裂隙发育段采用灌注砂浆、混凝土等方法对岩溶空洞充填加固或封堵灰岩顶板溶洞等措施加固地基,避免对高速公路安全产生危害。3.2地表采空体系基本监测根据塌陷稳定状况采取专门措施:塌陷稳定区路段可采取工程措施加固路基,塌陷未稳定区路段在预测一定时期稳定后,调整施工工期在塌陷稳定时实施路面铺筑等工作;建立采空塌陷的监测系统,沿路线在主要采空区进行地面沉降观测,监测小煤窑区地表稳定过程;同时,在采空塌陷(隐患)段道路设计应采用柔性防渗材料,减少采空塌陷及伴生地裂缝可能造成的破坏;采用相关方法查清小煤窑采空区范围,对小煤窑老采空区进行灌浆处理。3.3膨胀土造林通过各种试验指标分析,膨胀土的胀缩特性和软化性无一不与含水量变化有关,采取防治措施也应重点从这方面入手。应在旱季施工,雨季前竣工,减少膨胀土含水量,快速施工不使膨胀土暴露过长的时间;预留保护层;基础开挖后立即喷一层乳化沥青隔绝膨胀土与大气的接触;掺入适量石灰以减少膨胀土亲水性,增加其强度;将膨胀土表层换成非膨胀土;边坡施工要远弃土、放缓坡、留护坡道,增强边坡总体稳定性;设置挡土墙。3.4坡面防护措施在施工过程中尽可能不破坏现有的山坡平衡,填方路段应采取必要的坡面防护,如植树种紫穗槐等防护措施;挖方路段,为防止水土流失,应根据地质情况采取浆砌片石等坡面防护措施;同时路基两侧作好防、排水工程,避免造成下淹上冲,破坏两侧地形地貌。桥涵布置应注意留足孔径、孔高;同时,对开挖后废弃的岩土体要选择适宜的地方堆放,使其尽量不挤压沟槽河道,不可避免时应修筑排水沟或泄水槽加以防护,在沟口堆积区疏排利导,以防止人为造成泥石流灾害。3.5路基段的防护和处理在危险性大的高路基段采用设台阶及放缓边坡坡度,或采用下挡上护的措施,必要时可采用预应力锚索等加固手段;在危险性小的低路基段可采用坡面防护措施,挖方地段禁止大爆破,以免造成堑坡坍塌;同时作好防、排水工程,避免地表水渗入边坡岩体内。对斜坡上有危岩的地段应视情况采用清除、锚固、网固和修筑沟槽、拦石墙、金属栅栏拦截等措施。对于开挖后的土坡边坡,可采用砌石措施进行处理。岩石边坡采用喷混凝土、挂网喷锚等措施进行处理。同时作好防水、排水工程,避免地表水渗入边坡土体、岩体中。3.6侵权风险分析对于湿陷性黄土地基的处理可采用垫层法、夯实法、挤密法、桩基础等。对黄土地段挖方和填方地段,由于黄土被拢动破坏以及黄土厚度不一,要特别防止因黄土湿陷引起的不均匀沉降问题。公路建设的快速发展,特别是高速公路的大规模建设,给河北省经济的腾飞打下了坚实的基础。但是,山区建设高速公路的路线技术标准越高,路基越宽,对山体破坏程度就越大,所产生的地质灾害也越严重。因此,对拟建公路沿线地质环境条件危害程度,以及加剧和诱发地质灾害发生的情况进行系统的分析和评价,能最大限度地提高高速公路的投资效益,科学指导高速公路路线布设及选址,提高建设用地的适宜性。对地质