蘭州美加地塊低丘緩坡工程地質災害危險性評估與防治措施探討

張亮　張弘　曾劍楠　周虎東

摘 要： 蘭州新區美加地塊位于蘭州新區東南部，場地東臨新區中心，南北側屬于剝蝕堆積黃土丘陵，中部為大西溝切割的溝谷地貌，形成了南北高中部低的地貌形態，地質條件復雜。本文對評估區地層、構造特征，水文地質特征及巖土體工程地質類型進行詳細分析，對通地質災害危險性現狀與工程建設引發地質災害危險性預測進行評估，進而提出防治措施建議，為規劃工程的布局、勘察設計及后期施工提供災害治理及防災減災的地質依據，對同類工作具有十分重要指導意義。

關鍵詞： 蘭州美加地塊； 低丘緩坡工程； 地質災害； 危險性評估； 防治措施

1. 地層及構造特征

評估區出露地層較為簡單，大面積覆蓋第四系馬蘭黃土。河（溝）谷內為第四系全新統堆積物。從板塊構造學說的觀點出發，蘭州市位于祁連褶皺系東部，橫跨祁連中間隆起帶和拉脊山加里東褶皺帶。大致可分為加里東以前、加里東、印支、燕山及喜馬拉雅五個構造期的褶皺和斷裂，其中以燕山期表現最為明顯。燕山運動還使新近系地層發生強烈褶皺和斷裂，并伴隨著不均勻的升降運動，并產生褶皺和斷裂。評估區發育的主要斷裂有秦王川盆地西緣斷裂（F2），秦王川盆地東緣斷裂（F5）。

評估區位于青藏高原東緣，是我國重要的地貌梯級過渡帶，其新構造運動十分強烈，以斷裂和斷塊活動為基本特征。其主要活動特征表現為構造活動的繼承性和新生性。在時間上具有階段性，空間上具有差異性。概括起來，本區主要有大范圍整體性、間歇性抬升和斷裂、斷塊活動的繼承性和新生性兩個主要特征。

2. 水文地質特征

根據地下水的賦存條件，將區內地下水類型劃分為碎屑巖類孔隙裂隙水和松散巖類孔隙水兩類。

2.1 碎屑巖類孔隙裂隙水

碎屑巖類孔隙裂隙水指存在于新近系中的地下水，在評估區分布很廣，賦存于新近系砂巖、砂礫巖、砂質泥巖的孔隙裂隙中，厚度2m～5m不等，往往與第四系黃土、砂礫卵石等構成統一含水層，含水層透水性、富水性差，單井涌水量流量一般小于10m3/d，枯季地下徑流模數小于0.1l/s·km2，水質較差，礦化度達3g/L以上，水化學類型以Cl―-SO42-型和Cl-型為主。該地下水主要接受大氣降水補給，一般自高處向低洼處徑流，絕大部分轉化為溝谷潛水。

2.2 松散巖類孔隙水

可細分為黃土孔隙裂隙潛水和溝谷潛水兩類。

（1）黃土孔隙裂隙潛水分布于低山丘陵區，賦存于黃土的孔隙裂隙中，地下水主要接受大氣降水補給，多以泉的方式排泄，水量貧乏，水質亦較差。區內大多地段為透水不含水的黃土，只在豐水年或雨季有季節性或暫時性的水流富集與賦存。

（2）溝谷潛水分布于孫家溝以及大西溝等較大溝谷的中、下部一帶，地下水主要賦存于第四系沖洪積角礫層中，含水層厚度較小，一般為2m～5m，地下水位埋藏較深，為40m左右。該類水主要接受降水及灌溉水的入滲補給，由北向南徑流，向溝口一帶排泄。富水性普遍較差，單井涌水量一般小于100m3/d，礦化度多大于1g/l，水化學類型為HCO3--SO42-型或Cl--SO42-型。

3. 巖土體工程地質類型及特征

3.1 土體工程地質性質

區內土體根據其成因類型可分為一般土和特殊土兩大類型，—般土包括粉土、礫卵石，特殊土為黃土。

（1）粉土：在溝谷中均有分布，其成因類型沖積、洪積和坡積。其厚度一般10m～15m，最大厚度20m，往往夾有多層砂土。由于成因復雜，結構多變，其物理力學性質差異很大，為中等壓縮性土，稍密，具有Ⅲ-Ⅳ級自重濕陷性，承載力特征值為120kPa～140kPa。

（2）碎石土：主要分布于區內較大支溝溝谷中，上部為砂土，下部為角礫。呈稍密—中密狀，地基土承載力特征值200kPa～300KPa。

（3）黃土：區內黃土分布廣泛，以馬蘭黃土為主，厚度變化大，黃土層厚度一般為30m～70m。具中等壓縮性，馬蘭黃土具低壓縮性。區內黃土具強濕陷性，濕陷等級為Ⅱ-Ⅳ級，承載力特征值為140kPa～160kPa。據實驗資料，濕陷系數0.001～0.142，自重濕陷系數0.001～0.079，易溶鹽量0.57%～3.82%，塑性指數7.5～8.5，液性指數0.21～0.30。

3.2 巖體工程地質性質

根據巖體結構、巖性組合、巖石力學性質等特征，將評估區巖體劃分為層狀軟弱—半堅硬砂巖、泥巖巖組（N），評估區范圍內地表無出露，巖性主要為砂巖，巖層具層狀結構，承載力400kPa～500kPa，變形模量40kPa～60mPa，重度22KN/m3～24KN/m3，凝聚力100kPa～200kPa，內摩擦角26°～35°。

4. 地質災害危險性現狀評估

根據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004），評價得出黃土大部分具中-強濕陷性，并具自重濕陷性，為Ⅳ級自重濕陷，屬很嚴重濕陷等級；黃土狀粉土一般淺部多具濕陷性，以非自重濕陷為主，濕陷土層厚度一般在2m～5m左右。黃土濕陷或潛蝕現象主要表現為陷穴、陷坑、落水洞和豎井等。多零星分布于地形低洼地帶和陡岸處，規模均較小，落水洞一般深2m～5m，洞口直徑0.5m～2.5m。目前主要危害公路、渠道和農田，另外場地內黃土濕陷等級為Ⅳ級（很嚴重），且濕陷性較敏感，若地基處理不當或者排水設施不到位，發生黃土濕陷的可能性較大，黃土濕陷可能破壞建設項目地下給排水等設施，或引起擬建建筑物基礎局部地段的不均勻沉降、路面沉陷等，判定現狀評估區內發生黃土濕陷的可能性較大。

5. 工程建設引發地質災害的可能性預測

（1）場地平整后形成填方邊坡引發地質災害的可能性預測評估。根據“平整方案”結合該區域地形地貌條件，場地平整后將會形成三處填方邊坡，為X1、X2和X3，最大坡高分別為30m、15m和12m，坡體主要由人工填土組成，結構松散，預測在降雨、地震和人類工程活動等外部作用下，3條填方邊坡發生滑坡、崩塌等地質災害的可能性均為大。（2）場地平整后開挖形成挖方邊坡引發地質災害的可能性預測評估。場地平整后將在規劃區形成3塊臺地，1號臺地位于規劃區北側，2號臺地位于規劃區中部，3號臺地位于規劃區南側，3塊臺地周圍形成1級～2級邊坡，坡度25°～35°，邊坡高度5m～6m。由于形成的邊坡坡度較緩，坡高不大，因此場地平整后形成的邊坡失穩發生地質災害的可能性小。（3）場地平整后回填土引發黃土濕陷災害的可能性預測評估。場地回填區分布于建設場地溝谷地帶，回填土為區內丘陵地段挖方地段產生的黃土，回填土厚度最大34m。由于場地平整過程中回填厚度大，分布面積廣，以及回填施工過程中受降雨天氣及施工方法的影響，在土體自然沉降及場地區大面積集水等不利工況條件下，易使回填場地區整體上或局部地段出現較大幅度的沉降變形，引發黃土濕陷災害。填方區發生黃土濕陷災害的可能性主要依據填方厚度判定，填方區厚度15m～34m，發生黃土濕陷的可能性大。（4）場地平整過程中引發泥石流災害的可能性預測評估。建設場地區共分布有3條溝谷。強降雨期間，填方過程中推填的松散土體在雨洪水沖蝕作用下，在溝谷地帶可引發泥石流災害。由于區內各溝谷長度均較小，匯水區范圍小，而且溝底較寬闊平緩，因而場地平整過程中引發泥石流災害的可能性小。

6. 防治措施

6.1 黃土濕陷災害的防治措施

（1）對項目區規劃整平的建設場地應做好地表水的防滲、排水處理等防護措施，對雨水及其他生活、生產廢水實行統一的排泄，減少地表水向場地內入滲，防止因地表水滲漏造成的場地區地面的塌陷。（2）嚴格控制綠化用水，盡量減少水體向場地區入滲，并按照濕陷性黃土地區綠化用水要求進行用水的管理，并不定期檢查地面變形情況，發現問題及時解決。（3）對場地區已發生的陷穴，可采用灌砂、灌漿、開挖回填等措施。經夯填處理好的陷穴，其土層表面應用采用3∶7灰土填筑夯實或輔填其他不透水材料加以改善，并將流向陷穴的附近地表水引離，防止形成地表積水及水流集中產生沖刷。

6.2 場地平整后形成地質災害的防治措施

填方邊坡的防治措施：對于規劃區邊界處回填結束后形成的低于整平面的填土邊坡，為保持邊坡穩定，減少水土流失，應使最終坡面具有安全坡度，并采取分級放坡、坡腳設置擋土墻、坡面設置格柵狀漿砌塊（片）石護面或采用三維墊固定植草護面、坡頂設置截排水溝的綜合措施防治。

6.3 場地平整過程中可能引發泥石流的防治措施

（1）在場地平整和溝道回填施工中，邊填方邊攔擋支護，不能將土方長時間堆放在溝道中，防止強降雨引發泥石流災害。（2）溝谷回填中，應從溝腦向下游回填，防止先在溝谷中下游回填形成堰塞體。

參考文獻：

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