郑石高速公路沿线地质灾害特征及初步防治对策研究

时间：2016-01-11

　　Zheng Shi geohazards characteristic along the highway and the preliminary countermeasures research

　　Peng Jian-yang， GuanWen-hui

　　（The aerogeophysical remote sensing center of henan province， henna zhengzhou 450000）

　　Abstract：Zheng Shi highway along the distribution of collapse， landslide， debris flow， ground subsidence and other geological disasters， its formation and development is not only related to the natural geological environment， but also influenced by human engineering activities， the presence of these geological hazards， and restrict the construction of the highway， but through effective measures， can maximum limit to avoid or mitigate geologic disasters occur， to ensure the safety of the highway construction and normal operation.

　　Keywords：collapse； Landslides； Debris flow； Prevention and control measures

　　1.引言

　　郑州――石人山高速公路是河南省在建的一条很重要的高速通道，是河南省高速公路网规划的重要组成部分。该线路北起郑州市，连接西南绕城高速路（桩号K0+000），经郑州市所辖的新郑市、新密市，许昌市所辖的长葛市、禹州市，平顶山所辖的郏县、宝丰县、平顶山市、鲁山县，终止与G311（桩号K184+390），路线总长182.22km，其中平原段149.58km，丘陵山区段32.64km。由于该高速公路跨越的地貌单元多，地质条件复杂多变，其沿线发育的地质灾害种类较多，因此，研究其沿线地质灾害特征，对于更好的提出防治措施，保证高速公路的正常运行与行车安全有着重要的意义。

　　2.自然地理条件

　　2.1气象与水文

　　2.1.1气象

　　郑石高速公路自北向南依次经过郑州、许昌、平顶山三市，处于北亚热带向暖温带过渡带，属大陆性季风气候区，雨水充沛，日照充足，热量资源丰富。受季风影响，一年四季分明。年平均气温在14.2～16.3℃。多年平均降雨量701.9毫米，年最大降雨量1006.32毫米（1971年），年最小降雨量499毫米（1978年）。雨量集中在6―8月份，占全年的50―60%。夏季多暴雨，春秋两季阴雨绵绵。属季风气候，冬季12月、春季风速较大，秋季风速较小，夏季全市盛刮偏南风。

　　2.1.2水文

　　路线所经过主要河流有双洎河、颖河、汝河、沙河等，均属淮河水系。河流流向，在山区，河流主流与山脉走向一致，从西向东流，进入山前转向东南。河流上游坡降大，流速快，水土流失严重。受降水控制，季节性强，平时河水甚小，大部分支流在枯水季节干涸。

　　拟建公路由昭平台水库南部经过，距本线路最近点1公里。该水库位于鲁山县城西15公里处。水库坝址以上控制流域面积1430平方公里，多年平均径流量6.07亿立方米。库容7.27亿立方米，防洪库容3.81亿立方米，兴利库容2.64立方米，水面面积45平方公里。

　　南水北调中线工程与本路线相交两处（K47+845、K129+920）。该工程为国家 “十五”计划重点工程项目。

　　2.2地形地貌

　　郑石高速及其周边的地貌类型，依据其成因、形态的不同，可划分为山地（Ⅰ区）、丘陵（Ⅱ区）、山前倾斜平原（Ⅲ区）三大地貌单元，在每一地貌单元中依据成因、次级形态特征的差异进行二级、三级划分，见表1。

　　3.地质概况

　　3.1地层岩性

　　高速西南部丘陵区基岩出露，东北部平原区及丘陵缓坡地带被第四系松散沉积物覆盖，沿线出露地层自老而新包括：太古界太华群、下元古界、中元古界（包括长城系马家河组和蓟县系云梦山组）、上元古界震旦系、古生界（包括寒武系、石炭系和二叠系）、中生界（包括三叠系和白垩系大营组）、新生界（包括新近系和第四系）。

　　在高速沿线的鲁山县新孟庄至李家庄路段分布有燕山晚期侵入的斑状花岗岩（）。主要成份为长石、石英及黑云母。派生脉岩为花岗闪长斑岩、伟晶岩及少数长英岩。

　　3.2地质构造

　　高速沿线主要表现为断裂和节理。断裂构造主要有三条：老韩家―黑龙岩―娘娘山断裂（F1）、车村―下汤深大断裂（F2）和鲁山―漯河断裂（F3）。其中车村―下汤深大断裂（F2）为高速沿线的主要断裂。该断裂规模宏大，延伸长，在昭平台水库以西与线路基本平行，距离约0.5～3km。到昭平台水库东部掩埋于第四纪松散层下。断裂南盘上升、北盘下降，西段局部倾向北，东段倾向南，倾角均大于50°。断裂破碎带宽4―8公里。　　此外，评估区还有多条性质不明的中小型断裂，多次与本线路相交。

　　区内基岩节理比较发育，以花岗岩体表现最为明显。花岗岩体共发育有8组裂隙，其中以340°组和80°组较发育，形成节理密集带。

　　4.沿线地质灾害分布特征

　　4.1崩塌地质灾害分布特征

　　4.1.1崩塌分布及概况

　　高速沿线共有崩塌13处。崩塌灾害分为黄土崩塌和岩体崩塌两种，黄土崩塌共有10处，有9处分布于郑州市境内起点至K38处的黄土冲沟或取土坑内。造成黄土崩塌的原因主要有以下几方面：一是由于人类取土引起；二是黄土在自然条件下被雨水或地下水浸泡，在直立面上发生崩塌；三是因为垂直节理面的贯通而发生崩塌，这种情况在评估区只发现一处；规模均为小型。岩体崩塌主要分布于郑州市和许昌市交界处的采石场和鲁山西部丘陵山区，形成的主要原因是由于修路切坡、采石等原因引起，其次为岩体风化的不均匀性引起。

　　按崩塌规模划分（崩塌体体积>1.0×104m3为大型、（0.1～1.0）×104m3为中型、（0.1×104m3为小型），高速沿线崩塌均为小型。

　　4.1.2崩塌形成机制及影响因素分析

　　本区崩塌的形成机制受控于以下主要地质环境条件和因素。

　　①多发生在地形陡峻的斜坡。根据本次调查和以往地质成果，一般产生崩塌的地形坡度在45°以上，尤其50°最常见，在黄土区，发生在近于直立的陡壁上。

　　②节理发育、岩体破碎是普遍共性。评估区内崩塌多数是破碎岩体沿贯通的节理面发生失稳形成崩塌，尤其在破裂结构面倾向与斜坡倾向一致或相近情况下（底棱线倾向坡外），且倾角小于斜坡坡角者，更容易失稳而崩塌。

　　③与构造断裂破碎带有一定关系。拟建公路自昭平台水库向西，沿车村――下汤断裂带前行，断裂带两侧岩体较为破碎，利于崩塌的形成。

　　④降水入渗影响。降水大量入渗，既增大了岩土体的容重，又能润滑顺坡破裂结构面，减小结合力以及冲刷岩体而导致崩塌，是崩塌发生的重要诱发因素。因此，强降水，尤其丰水年雨季暴雨、连阴雨的时期，是崩塌高发期。

　　⑤人类工程活动影响。主要是修公路采石挖方、切坡爆破，使坡体变陡，岩体被震动松动，是诱发崩塌重要因素，在G311、G207等公路侧切坡处，均有小型崩塌痕迹。在黄土区，部分崩塌与人类取土有关。

　　⑥长期风化作用以及风化的不均匀性，包括冻胀力和植物根系生长挤压力导致山体斜坡岩土体分裂、破碎，发生散落、掉块以至产生小型崩塌。

　　此外，河的侵蚀作用亦可以形成崩塌，河流在往往会掏空侵蚀岸的下部，使侵蚀岸上部处于临空状态，从而形成崩塌。

　　4.2滑坡地质灾害分布特征

　　4.2.1滑坡分布及概况

　　根据调查，高速沿线共有滑坡14处，土质（包括花岗岩风化物）滑坡9处，岩质滑坡5处，据《公路工程地质勘察规范》JTJ064―98表A.1.2中关于滑坡规模的划分：大型滑坡体积>10×104m3、中型（1～10）×104m3、小型<1.0×104m3，现有滑坡规模均为小型。

　　高速沿线滑坡主要分布于花岗岩强风化区沟口一带，坡形一般后缓前陡或整体坡形较陡，且大部分坡脚有水流经过；部分为削坡或农田开垦引起。

　　4.2.2滑坡形成机制与影响因素分析

　　1）风化深度的不同，造成岩性差异。一般来说表层最易风化，往里风化程度依次减弱，在全风化与半风化至弱风化接触部位即形成风化面，易形成滑动面。见图1。

　　2）坡度较大是个重要影响因素，尤其是前缘坡度较大，前缘坡度愈大，愈有利于滑坡的形成与下滑，在本次调查中，滑坡前缘坡度一般大于35度，有的达到50度以上。

　　3）水的因素，滑坡滑动，水是最重要的诱发因素，水的作用包括大气降水、地表水和地下水的作用，滑体一般是全风化的花岗岩或者是破碎岩体，有利于雨水渗入滑动面，湿润滑床，降低阻力。地表水起到冲蚀坡角的作用，增加坡角的临空面；地下水主要起到浸润滑床、降低下滑阻力的作用，特别是雨季，这种作用更加明显，这也是滑坡多发于雨季的一个原因，本次调查的滑坡绝大部分发生于雨季。

　　4）岩体较为破碎，存在软弱结构面，尤其是顺坡结构面对评估区岩质滑坡形成十分有利。

　　5）人类活动的影响，人类活动也是影响滑坡形成的一个因素，如修路时的切坡（图1）、耕种时土地整理（修建梯田）均能增大上部岩土体的临空面，增加下滑力，也有利于滑坡的形成。

　　4.2.3滑坡的稳定性评价

　　根据对滑坡体的特征分析，现有滑坡稳定性一般较差。部分滑坡处于蠕动变形阶段；部分滑坡滑动后，后壁形成高陡边坡，易再次发生滑坡或崩塌。

　　4.2.4潜在不稳定斜坡分布特征

　　据调查，高速沿线共有潜在不稳定斜坡10处，在条件俱备时，这些不稳定斜坡会发育成崩塌或滑坡。

　　4.3泥石流地质灾害分布特征

　　4.3.1评估区泥石流分布特征

　　根据调查与资料收集，高速沿线共涉及泥石流沟3条，坡面泥石流3处。

　　高速沿线泥石流主要集中在鲁山县红卫街以西的山区，以天心沟为界，东西两侧的泥石流发育有所不同。

　　天心沟以东为低山丘陵区，高差较小，堆积物以风化的花岗岩碎屑为主，泥石流多以坡面泥石流为主，一般规模较小，如2003年11月发生的桐树庄泥石流，流经评估区，毁坏桥梁2座，同一时间，韩湾村也发生泥石流，流经评估区，毁坏农田5亩，道路4公里，桥梁2座。

　　在天心沟以西地区，为中高山区，沟谷深切，高差大，沟谷两侧岩体较为破碎，岩体崩塌、滑坡发育，为泥石流的形成提供了丰富的物质来源，往往形成大规模泥石流。据记载，1949年8月19日沙河及其支流暴发泥石流，二郎庙、马公店、朱家坟、下汤等14个村庄被冲，朱家坟（评估区内）一夜之间夷为沙滩，死亡32人；1956年，石人山连降暴雨，6小时降雨量达437.7mm，引发特大泥石流，冲毁房屋15293间，耕地6416m2，死伤290人，牲畜642头，直接经济损失2129.3万元；1982年，沙河上游二郎庙一带连降暴雨，发生泥石流，死亡牲畜176头，毁房10000多间，堵塞公路，311国道中断交通达一年之久。　　4.3.2评估区泥石流的主要诱发因素与形成机制

　　高速沿线自K151至终点段泥石流多发主要有以下几方面的因素：

　　1）岩体风化严重

　　评估区K151～K169处岩体风化最为强烈，K169以上进入中山区，沙河两岸岩体较为破碎，形成大量碎屑、石块，堆积于山坡、坡脚、沟谷等处，为泥石流的形成提供了大量物质来源。

　　2）山坡陡峻，高差大

　　在K151～K169丘陵区，虽然高差不大，但是部分地段山坡陡峻，加之花岗岩风化严重，植被条件较好，易形成坡面泥石流，K169以上地段（主要是赵村以上沙河及其支流）山高坡陡，切割强烈，沟床纵坡降大，易形成沟谷泥石流。

　　3）暴雨影响

　　暴雨是引发泥石流的主要因素，根据尧山镇（二郎庙）气象资料，鲁山西部山区最大年降雨量为1698.8mm，多年平均降雨量979.8mm，最大日降雨量为318.9mm，最大小时降雨量为83.8mm，为泥石流的形成提供了丰富的水源。

　　4）人类活动的影响

　　主要表现为取挖土造成的边坡失稳以及弃土堆积等，为泥石流的形成提供了丰富的物质来源。

　　4.3.3泥石流地质害危险性现状评估

　　对于沟谷泥石流的判别采用因素量化评分（表2），对于坡面泥石流的判别主要采用定性分析方法。

　　1）黄庄泥石流，中等易发，现状条件下危害对象主要是农田、道路、村庄，危害程度中等，危险性中等。

　　2）桐树庄泥石流，中等易发，现状条件下危害对象主要是道路、桥梁等，危害程度中等，危险性中等。

　　3）赵村以上沙河及其支泥石流沟，赵村以上的泥石流沟主要有四道河、玉皇沟、想马河等，均汇入沙河，中等易发，现状条件下危害对象主要是村庄、农田、公路、桥梁、电信电力设备，危害程度大，地质灾害危险性大。

　　4）台沟坡面泥石流

　　为一口袋状坡面泥石流，相对高差300余米，坡降168～400‰，坡面风化碎屑物较多，植被覆盖率30―60%，坡面发育滑坡两处，一处为2002年发生，据访问，台沟于70年代发生过一次泥石流，规模较大，毁坝一座，死亡4人（水坝建于村中），损失较大，近年来未再发生，故认为现状条件下其易发性中等，危害对象主要是村庄，危害程度中等，地质灾害危险中等。

　　5）东坡根坡面泥石流

　　该处坡降100‰左右，山坡及坡脚碎石土和块较多，坡脚多被开垦成耕地，据访问，该处暴雨时有洪水携带泥沙石块向下运动的现象，但规模较小。据调查，东坡根、上坪、上印一带可能是1975年东许庄（东坡根北1km）泥石流的形成区。现状条件下，东坡根坡面泥石流易发性中等，主要危害对象为农田、树林，危害程度小，地质灾害危险性小。

　　6）老呆沟坡面泥石流，

　　坡面主要为全风化的花岗岩，厚度大于1m，坡度12～60°，山坡发育有滑坡，植被覆盖率约为30%左右，易发性中等，现状条件下，主要危害山坡树林，危害性小，地质灾害危险性小。

　　4.4采空区地面塌陷地质灾害分布特征

　　据调查，在宝丰县境内K115+800-K117段东500m内有5座地方小煤窑，采深200～400m，存在采空区，现状条件下未发现明显的地面塌陷，且该段现状下地表仅为农田，由此认为现状条件下该段因采煤引发的地面塌陷地质灾害危害程度小，危险性小。

　　4.5河流侵蚀塌岸灾害分布特征

　　根据调查，高速沿线只发现一处侵蚀塌岸，在K66+650处颖河左岸。该处颖河河道较为狭窄，略向左岸弯曲，水流湍急，冲刷掏空左岸底部，使上部失稳，发生塌岸，现状条件下只危及左岸上部农田，危害程度较小，地质灾害危险性小。

　　5.地质灾害防治对策

　　对高速沿线地质灾害的防治应采取以避让为主、预防为主、治本为主、不留后患的原则。制订方案要突出重点，防治措施要针对性强、有实效。为此将所有灾点进行防治分级并按灾种、灾点防治级别提出防治措施或建议。

　　5.1地质灾害点（段）防治分级

　　地质灾害点（段）防治分级，主要按现有地质灾害隐患点及工程实施可能诱发灾害点的分布及其对工程的危害程度、危险性大小、并考虑易发程度，划分为三级，即重点防治、次重点防治、一般防治。

　　全线路共有41个地质灾害隐患点及51处高填挖方段（长24.7km），在进行防治分区时，由于高填挖段在施工时可以采取工程措施以防止边坡失稳的发生，因此，仅对地质灾害隐患点进行防治分区。三级防治共16个区段，其中重点防治灾害点4处（个），次重点防治灾害点17处（个），一般防治灾点19处（个）。

　　5.2地质灾害防治措施

　　5.2.1滑坡地质灾害防治

　　本次调查的14个滑坡均分布在拟建工程500m以内，对工程安全有较大影响，均为小型；分布在重点防治区段13个，次重点防治区段1个；危险性大的2个（C6、C7），险性中等的1个（H12），位于K151+750～ K169段，为重点防治点，H6、H7、H8、H9、H11、H13为次重点防治点，其余为一般防治点。

　　对这些滑坡灾害点的防治主要采取工程措施，如对滑坡体削坡减载，后壁上方修截、排水渠防止雨水汇聚下渗浸润滑动面而助滑。

　　5.2.2崩塌灾害的防治措施

　　线路及附近共有17处崩塌或崩塌不稳定斜坡，1个大型（C8），其余为小型，危险性大的1个（C8），其余危险性小。位于重点防治区段4处，次重点防治区段11处，一般防治区2处。B1、B3 、B12、B13为次重点防治崩塌点；其余为一般防治崩塌点。

　　对崩塌地质灾害点的防治包括两个方面，一是对崩塌体进行清除；二是对不便清除的或有继发崩塌威胁的，需进行边坡治理。区内的崩塌有两类，一是黄土崩塌，崩塌体结构疏松，具大孔隙，垂直节理发育，一般多分布在坡脚缓坡地带，体积不大，一般可以清除；一是岩石崩塌，体积小、岩性疏松的可以清除，如厚度大不便清除，与线路相平行的崩塌陡壁如危险性大难以处理者，应尽可能避让；不能避让的可采取设置截拦工程。　　5.2.3不稳定斜坡的防治措施

　　共有10处， C6、C7、C10防治措施同滑坡，其它同崩塌。

　　5.2.4泥石流灾害的防治措施

　　对沟谷泥石流（N1、N2、N6）和坡面泥石流（N3、N4）的防治措施应有所区别。

　　N6：由于其位于沙河上游，沟口位于本线路终点处。对该泥石流沟谷有效防治涉及流域系统治理，非本工程能以促就。只能在线路桥位处采取防冲蚀、重疏导的工程防治方案。

　　N1、N2：规模较小，威胁距离不大，故该处桥梁仅作一般性防范，如增加桥头堡与桥墩坚固性，适当加宽护岸砌石带即可。

　　N3、N4两处坡面泥石流：应分别作好疏排、泄洪预案设计，增加路基边坡坚固性，并配合小流域生物治理（植树造林、退耕还林、修拦截坝）。

　　5.2.5河流侵蚀塌岸防治措施

　　调查的颖河侵蚀塌岸，发生在河道凹岸。在该处可适当提高路基高程与路基边坡强度，防止洪水越堤、淹没、冲蚀路基。

　　5.2.6采空塌陷的防治措施

　　1）是计算采空区的影响范围，与采空区保持安全距离；

　　2）促使相应矿区采煤时预留足够的安全煤柱；

　　3）是对采空区进行治理。