江西省党口村地质灾害综合防治研究

江西省党口村地质灾害综合防治研究

王洋1,王艳涛2,3

1.重庆交通大学  2.招商局重庆交通科研设计院有限公司 3.山区道路工程与防灾减灾技术国家地方联合工程实验室   重庆   400067

摘 要:为更好的治理江西省党口村地质灾害，论文以理论分析计算为主要手段，创新性地提出了党口村滑坡地质灾害点的综合治理方案，并基于MacStars软件进一步对处治方案进行论证验算。研究结果标明：党口村地质灾害隐患点综合采用“修坡+格宾挡土墙+格构锚固+导流沟+截排水沟+复绿”的措施具有良好的治理效果；对格宾挡墙进行验算，Ⅰ型和Ⅱ型格宾挡墙的整体稳定性系数分别为1.66和2.02，支档效果良好；对截排水措施进行验算，导流沟设计过水流量Q为19.58 m3/s，地表汇流量Qp为6.9m3/s，两种类型的排水沟设计过水流量分别为5.20 m3/s和1.54 m3/s，前者均大于后者，满足工程要求。研究结果可为类似地灾综合治理提供技术参考，具有一定理论和实践意义。

关键词:党口村地灾；地灾综合治理；格宾挡墙；MacStars；

0引 言

广义上讲，地质灾害是指在地球的发展演化过程中，由内外动力活动或环境异常变化等众多地质作用及人为活动所形成的灾害性地质事件[[1]]，常见的地质灾害有滑坡、泥石流、岩爆、黄土湿陷、沼泽化等[[2]]。鉴于其特殊性，地质灾害往往以地球动力活动为核心，在时空上的分布变化规律既受制于自然环境，又与人类活动息息相关，给人民的生命财产带来不可估量的损失[3]。

因此，地质灾害分析评价研究成为国内外众多学者和工程专家专注的研究方向。地灾危险性评估一词最早出现于1984年[[3]]，Hansen[[4]]率先提出了危险性分区技术的概念，并详细介绍了各种不稳定边坡的分区概况；Fredland D.G.提出一种三维模型，严格来说，这是对现有的二维模型的扩展和简化；贾娟[[5]]等基于信息量模型，选取高程、水系距离等众多评价因子，依托ArcGIS软件对相应地质灾害进行量化评价。

论文以理论分析计算为主要手段，创新性地提出了党口村滑坡地质灾害点的综合治理方案，并基于MacStars软件进一步对处治方案进行论证验算。以期为类似地灾的综合治理提供技术参考，具有一定理论和实践意义。

1  党口村地质灾害工程地质概况

江西省党口村周边有大范围的地灾隐患区，其中3处地质灾害处于党口村集镇之上，影响异常突出，严重威胁区内居民的正常生产生活，造成了不可估量的经济损失。

图1  党口村1~3#滑坡工程地质平面图

党口村东侧山体3处滑坡隐患体均呈半椭圆形，范围内共发育有3处规模不一的滑坡，分别为1~3#滑坡，受当地持续强降雨影响，滑体在坡面径流的冲击下，自身强度不断衰减，逐渐转化成1~3#坡面泥石流。从力学性质上看，三处滑坡均是下部先发生变形，使得上部失去力量支撑，继而发生大规模的变形滑动，均属于牵引式滑坡；从坡体岩性上看，党口村三处滑坡均属于土质滑坡，地层岩性以粉土、砂土为主，含较多的碎块石，粘结性较差；从规模上看，三处滑坡面积、体量相对较小，均属于小型滑坡的范畴。

滑体物质以第四系覆盖层为主，主要为碎石土和含碎石粉质粘土；基岩面岩性属泥盆系下统（D1），以炭质板岩和灰岩为主；滑床平均埋深39m，以古滑坡堆积物为主；滑面总体向南倾斜，北高南低，滑坡岩土体参数如表1所示。

表1  滑坡体岩土参数

2  党口村地质灾害防治方案优化比选

在对党口村地灾隐患区工程地质条件进行综合分析的基础上，根据其灾害基本特征及危害成都，对党口村地灾治理工程进行初步设计，提出两套治理方案，如下：

综合治理方案一：修坡+格宾挡土墙+格构锚固+导流沟+截排水沟+复绿；

综合治理方案二：常规挡土墙+抗滑桩+格构锚固+导流沟+截排水沟+复绿。

经初步估算，方案一和方案二的总投资额分别为1454.72和1789.28万元；且两个方案都具有一定的可行性，都符合地质灾害治的基本原则，都能从根本上起到综合治理、防治结合的目的。但是，从经济角度考虑，方案一的造价相对较低，具有一定的经济性；从技术层面考虑，抗滑桩设计过于保守，用其对党口村地质灾害隐患区进行治理，可谓“大材小用”，不能充分利用资源；从工期角度考虑，党口村地质灾害隐患区已经造成多人伤亡，对当地的经济建设和人们生产生活威胁巨大，对防治措施要求严、工期紧，方案二中抗滑桩施工会大大增加工期。

综和分析，并全面考虑隐患体厚度及剩余下滑力等因素，结合坡体形态，隐患区治理工程设计拟采用方案一。

3  党口村地质灾害综合防治研究

3.1分项设计

为减低甚至消除坡面径流的影响，在整个地灾隐患区设置截、排水沟；采用大面积植草绿化的方法防止水土流失，提高区内的植被覆盖率；在1~2#泥石流冲沟中下游位置沿雨水冲刷搬运方向设置导流沟，改变泥石洪流的运动方向，并在合适的位置设置消能台阶，不断消减泥石洪流的动能；在1#冲沟中上部的4级台阶内侧及3#冲沟的中下部9级台阶内侧均采用块石护坡墙进行主动支档，力求从源头上遏制泥石流的物质来源；同时针对3#滑坡的特殊地形和潜在危害，在对隐患坡面进行适当修坡后，对3#滑坡已滑段坡面采用现浇钢筋混凝土格构进行护坡，格构护坡总面积达1697m2，并结合使用长度12m的拉力型锚杆进行加强锚固。

图2 综合治理平面布置图

3.2修坡设计

因1~3#泥石流沟内均存有众多不平整的松散土体，且具有少许的植物根系，故在修坡过程中，首先应对不平整的松散土体进行适当平整，并清理多余的植物根系。3条泥石流沟修坡平整土方共约6600m3，堆积区松土堆积物清运土方约3500 m3。设计过程中遵循“具体问题具体分析”的原则，在1#冲沟中上部位置自下而上设置4级平台，高度均为6m，如图所示。根据3#冲沟现存台阶及原始地形，将隐患坡面修整成12级平台。

图3  1#泥石流修坡

图4  3#泥石流修坡

为满足绿色环保的要求，部分级配良好的修坡土石方应碾压夯实，当夯实度达到93%以上时，方可应用于回填压脚。

3.3挡土墙设计

在工程中常用的挡墙大致可分为重力式挡土墙、锚定式挡土墙、薄壁式挡墙三种，而这些传统的挡墙工程往往只强调其强度功效，却忽视了其对环境的破坏，因而岩土工程与环境工程相结合的生态挡墙护坡渐渐成为工程界的“新宠”，例如格宾挡墙、生态袋挡墙和自嵌式挡墙等就偏受喜爱。

其中，新型格宾网挡土墙又称为“生态景观挡土墙”，是工程上常用的边坡主动支挡防护结构，属于重力式块石结构挡墙的一种，主体是由具有一定孔隙率、逐层堆砌的内部充填石块的网状构件拼装而成的一种新型的柔性挡土材料。该金属网是由低碳高镀锌钢丝经机器编制、碾压而成的双绞合六边形金属网箱或网垫，具有很强的抗腐蚀性、耐磨损性和极高的强度。该工程构件能够通过适应变形来释放、消减土压力，且不需设置变形缝，具有一定的柔韧性；砌块体之间相互咬合联结，整体性良好；不仅具有性能优越、灵活方便、造价低廉、生态环保的优点，还兼具施工方便快捷、使用寿命长、墙体重量轻、可拆卸、景观效果优良的好处，是目前护坡、护岸挡墙结构的最佳选择，治理效果显著，颇受人们欢迎。

故而针对党口村地质隐患体的特殊性，在坡面适当修坡后，为进一步提高坡脚的稳定性，在隐患山体坡脚陡坎处设置两道格宾抗滑挡土墙进行边坡支挡。

3.4 导流沟设计

导流沟共设置2条，总长约390m。其中，在1#坡面泥石流沟及其支沟中设置分叉的导流沟DL1，总长约215m，导流沟出口位于沟口下方河流中；2#泥石流沟中设置导流沟DL2，长约175m，其出口位于1#导流沟中下部位置。

导流沟断面呈梯形，上游导流沟起始端呈“喇叭”状，过水断面顶部净宽2.0 m，底部净宽1.5m，净深1.5 m，侧壁及底板厚均为0.3 m。当冲沟自然纵坡高差较大时，应对坡面进行适当削方放坡，同时设置0.3m高的消能台阶。沟身采用钢筋混凝土浇筑，侧壁及底部砼强度等级均为C25，沟底砼垫层采用C10混凝土浇筑，导流沟内部钢筋采用HRB400。沟壁及顶面采水泥砂浆进行抹平，砂浆强度为，M7.5水灰比为1：2，厚20mm；导流沟在转折处或间隔15 ~ 20m设置一道变形缝，缝宽20 mm，采用沥青麻丝止水。

3.5 截排水沟设计

1、截水沟设计

为有效排除地表水，减少雨水沿裂隙的下渗和表层的汇聚，避免斜坡受冲刷，在修坡部分台阶内侧、挡土墙墙顶及墙趾处主要修建“U”型截水沟，在隐患体外边界处修建“V”型截水沟。两种类型的截水沟槽身材料均为预制砼，强度为C25；在转折处或槽身间隔15 m处设置一道变形缝，缝宽20 mm，内部采用沥青麻丝止水；沟槽取0.5 m为一个单元，相邻单元间隙采用M10砂浆勾缝，槽底铺设混凝土垫层，强度为C10。

2、排水沟设计

为防止党口村街道大面积积水，在集镇街道边修建排水沟，其主要目的在于将村庄东侧隐患山体的地表径流排入村庄西侧的河流中。排水沟共分为2种类型，分别为Ⅰ型排水沟和Ⅱ型排水沟。其中Ⅰ型排水沟主要布设于党口村集镇北侧街道处，总长约550m，过水断面净宽1.0 m，净深1.0 m，侧壁及底板厚均为0.3 m；Ⅱ型排水沟主要布设于党口村集镇南侧街道部分，总长约220m，过水断面尺寸净宽0.6 m，净深0.6 m，侧壁及底板厚均为0.2 m。

两种类型的排水沟断面均呈矩形，沟身均采用钢筋砼浇筑，沟侧壁及底部砼强度等级均为C25，沟底砼垫层采用C10混凝土浇筑，导流沟内部钢筋采用HRB400；沟壁及顶面采用

20mm厚的1：2水泥砂浆进行抹平，砂浆强度M7.5。在转折处或间隔15~20m设置一道变形缝，缝宽20mm，采用沥青麻丝止水。

3.6 坡面绿化设计

坡面绿化是一种新兴的生态护坡方式，它可与传统的工程护坡有机结合，相互取长补短，在美化环境的同时，不但可以实现坡面的生态植被恢复，还可以防护坡面表层土体不受雨水冲刷。党口村地质灾害隐患体主要采用种草、黄馨、爬山虎等方式来实现破面的绿化。

4 综合防治方案论证分析

工程中通常将格宾结构看作传统的刚体重力式支挡结构。在对挡墙进行分项设计后，还需对其进行安全分析，选取3#地灾隐患体典型计算剖面D-D＇进行验算。主要验算其整体稳定性进行分析，具体包括土压力计算、基底滑移验算、倾覆稳定性验算、基础底面地基承载力验算等项目。

4.1.1计算方法

土压力计算主要采用MacStars软件中库尔曼图解法，该法以库伦理论为基础，其基本原理是在假定多个不同破裂滑动面的基础上，由相应的滑动土楔体上力的平衡条件，画出力多边形，以求得土压力。

基底抗滑稳定系数计算公式如下：

           （1）

式中：

竖向力总和（kN）；

水平力总和（kN）；

为基φ底摩擦系数，根据现场试验取。

抗倾覆稳定系数计算公式如下：

            （2)

式中：

为稳定力系对格宾墙体墙趾的力矩（kN.m）；

为倾覆力系对格宾墙体墙趾的力矩（kN.m）。

格宾挡墙地基承载力呈梯形分布，其验算公式如下：

        (3)

其中：

当e≤B/6时，上式适用于土质地基；

当e≤B/6时，上式适用于岩质地基。

格宾挡墙墙趾、墙踵压应力为：

        (4)

当e≤B/6基基底的一侧将出现拉应力，考虑到一般情况下地基与基础间不能承受拉力，故不计拉力而按应力重分布计算基底最大压应力为：

              (5)

4.1.2计算结果分析

图5 挡墙稳定性分析图

用MacStars软件中的Janbu折线滑动法计算得到土压力及稳定性系数。可知，Ⅰ型和Ⅱ型格宾挡墙的基底最大土压力分别为109.3 kPa和70 kPa，其抗滑稳定性系数分别为2.68和6.61，其抗倾覆稳定性系数分别为4.18和6.77，整体稳定性系数分别为1.66和2.02，均远大于规范要求的1.25和1.50，说明两种类型格宾挡墙的稳定性验算均满足要求，同时也从侧面说明，针对党口村东侧地质灾害隐患体设置相应的格宾挡墙具有治理良好的效果。

5 结 语

本文以理论分析计算为主要手段，创新性地提出了党口村滑坡地质灾害点的综合治理方案，并基于MacStars软件进一步对处治方案进行论证验算，得出以下结论：

（1）党口村滑坡地质灾害点综合采用“修坡+格宾挡土墙+格构锚固+导流沟+截排水沟+复绿”的措施进行综合治理设计；

（2）对对格宾挡墙进行验算，Ⅰ型和Ⅱ型格宾挡墙的基底最大土压力分别为109.3 kPa和70 kPa，其抗滑稳定性系数分别为2.68和6.61，其抗倾覆稳定性系数分别为4.18和6.77，整体稳定性系数分别为1.66和2.02，支档效果良好；

（3）对截排水措施进行验算，导流沟设计过水流量Q为19.58 m3/s，地表汇流量Qp为6.9m3/s，两种类型的排水沟设计过水流量分别为5.20 m3/s和1.54 m3/s，前者均大于后者，满足工程要求。

参考文献

[[1]] 李铁峰. 灾害地质学[M].北京:北京出版社, 2002.

[[2]] 美国地质调查局规定它有责任发布地质危险灾害的警报[J].国外地震消息, 1977, 10(10): 16.

[[3]]Fellebious W.Calculation of stability of earth dams [J].Trans.2nd Cong. on Large Dams,vo-14,Washington D.C, 1936, 4(05) : 445-465.

[[4]] Hansen A. Landslide hazards analysis in Brunsden Slope Instability [J]. New York: Wiley & Sons, 1984, 45(21), 523-602.

[[5]] 贾娟,郭孟周等.斜坡单元支持下基于信息量模型的地灾危险性评价[J].河南科学, 2017, 35(05): 787-792.