崩塌地質災害防治示范應用
——以濟南章丘北明村東崩塌點為例

李濼，王秀鳳，魏海東*,呂懷營

(1.山東省地質測繪院，山東 濟南 250002；2.山東省地質科學研究院，山東 濟南 250013；3.山東泰光建設工程有限公司，山東 萊蕪 271114)

0 引言

濟南市章丘區南部山區地貌復雜，山體林立，居民生活空間嚴重受限，以往存在較多的削坡建房現象[1]。因當地地質環境復雜，加之長期風化作用影響，削坡建房形成的高陡邊坡產生了一定的安全隱患，對下方居民生命財產安全造成了威脅。濟南市章丘區垛莊鎮北明村東崩塌地質災害點是受降雨誘發的危害較嚴重的地質災害，作為本區較典型的土質邊坡崩塌，如何確定北明村東崩塌類型和成因機制，如何進行穩定性評價和因地制宜的采取防治措施，不僅具有重要的現實意義，而且可為類似崩塌災害的防治提供借鑒。

1 崩塌總體概況

1.1 崩塌發育現狀

研究區位于濟南市垛莊鎮駐地東北約5.6km處北明村東，崩塌災害點緊鄰民房。崩塌災害點近南北向展布，南北最長約108m，東西寬約21～42m，崩塌點坡頂地勢東高西低、北高南低，坡頂高程約+230.52m～+232.93m，坡底高程約+215.69m～+217.02m，相對最大高差約16.0m。災害點微地貌類型為山前沖、洪積臺地，為土質邊坡，坡度70°～85°，局部可達90°甚至出現反傾，局部夾碎石土層，坡面頂部植被茂盛。災害點上部地類以旱地為主，面積約2730m2，已列入基本農田保護范疇。

該坡為20世紀八九十年代當地居民切坡建房形成，2021年7月，該地災點中部已發生傾倒式崩塌，崩塌物呈碎裂或散體狀堆積于坡底，崩塌點坡長約25m，坡高7～10m，坡寬1～3m，塌落土方量約500～550m3，損毀房屋3間，嚴重威脅坡下11戶約30名居民的人身財產安全。

1.2 地質背景分析

研究區出露地層為奧陶紀馬家溝群五陽山組和第四紀粉質黏土層。

奧陶紀馬家溝群五陽山組，以灰色—淺灰色中—厚層微晶灰巖，豹皮灰巖和隧石結核灰巖為主，夾生物碎屑、砂屑灰巖[2]。主要出露在崩塌地質災害點南部、東部山坡，傾向15°，傾角約52°，節理裂隙較發育，中—厚層石灰巖石力學強度高，工程地質條件良好。

通過工程勘察鉆孔對現狀地層進行揭露，該處地災點基巖埋深較厚，現狀地表以上巖性以第四紀粉質黏土為主，中間夾有兩層厚度不等的碎石土；房屋基礎以下結合坑探揭露驗證，坑探開挖深度2.5m，揭露地層均為粉質黏土層，未見基巖，該處崩塌災害點屬于典型的土質邊坡崩塌[3-4]。各層的物理性質描述如下：

(1)粉質黏土：黃褐色，土質較均勻，粉粒含量高，黏性差，含少量植物根系和有機質，切面光滑，軟塑。該層厚度3.5～6m，變化較大，粘聚力35kPa，內摩擦角22°。

(2)碎石土：黃褐色，稍密—中密，雨季吸水易飽水；為洪沖積物，分選較差，呈次圓狀—次棱角狀，礫徑5～30cm，碎石占總重量的30%～60%，碎石間填隙物由碎屑和黏土構成；陡坡處表層碎石沒有填隙物易發生零星崩落。該層厚度1.6～3.1m，粘聚力25kPa，內摩擦角30°。崩塌災害點立面巖性分布情況見圖1、圖2。

圖1 災害點地表以上巖性分層示意圖

1—粉質黏土層；2—碎石土層；3—坑探位置、編號及標高；4—鉆孔位置、編號及標高；5—分界深度圖2 災害點縱向剖面圖

1.3 地質災害形成機理

通過現場調查、巖土工程勘察、鉆孔及坑探[5]等方式進行調查分析，目前災害點已發生過小范圍的崩塌，局部區域已達到或接近臨界狀態，隨時有再次崩塌的可能，該處地質災害點的形成主要受地形地貌、地質作用[6-7]、降雨、植物根劈及人類工程活動[8-11]等以下幾個方面影響：

(1)地形地貌。陡峻的斜坡地形是形成邊坡失穩的內在條件之一，斜坡坡度越陡，表層的土體越容易發生崩落。該處恰處于高陡邊坡，部分斜坡坡面近直立，給斜坡變形、破壞的發生和發展創造了條件。

(2)地質作用。坡面上土體較破碎，隨著氣溫升降、水的融入和凍脹，巖土體可沿著已有的聯結軟弱部位形成新的裂隙[12]，在各種風化營力的長期作用下，巖土體強度和穩定性不斷降低，從而進一步加劇了巖土體的不穩定性[13]。

(3)降雨。崩塌災害點坡面松散層、碎石土及粉質黏土在降雨期間，雨水的大量下滲會導致斜坡上的土石層飽和，從而增加斜坡坡體的重量，降低土石層的抗剪強度[14]，使得坡頂及坡面上的殘坡積土、碎石等發生淺層滑動、崩落，增大斜坡的不穩定性。

(4)植物根劈作用。研究區坡面植被茂密，由于根的不斷延伸和變粗，使巖土體裂縫不斷張開，對巖土體的整體性進一步破壞，降低了坡面整體的穩定性。

(5)人類工程活動影響。由于村民削坡建房，致使災害點位置微地貌類型為陡坎，坡腳開挖致使斜坡陡峭。坡面傾向于村莊房屋，未采取有效的邊坡防治措施進行治理，致使土體抗剪能力降低，為斜坡剪切裂縫發育創造了條件。

綜上所述，由于坡面高陡在長時間的風化作用下，巖土體的強度和穩定性降低。植被發育，坡積物孔隙大，降雨偏多且集中，造成巖土體飽和，自重力增大，從而形成拉裂式[15]或傾倒式崩塌地質災害。

2 邊坡穩定性評價及崩塌危害程度

2.1 邊坡穩定性評價

根據《建筑邊坡工程技術規范》GB50330—2013，結合現場實際地層分布情況，土質邊坡穩定性分析可采用圓弧形滑面[16]計算，根據理正巖土邊坡穩定分析軟件，按照通用方法計算安全系數，以確定斜坡的穩定性。其中圓弧穩定分析按照Bishop法，計算出的邊坡穩定系數Fs=0.998<1.0，邊坡穩定性接近臨界狀態。

汛期過后，隨著降雨量的減少，一段時間范圍內邊坡處于暫時性穩定狀態。但是在未采取有效治理措施徹底根治條件下，崩塌的總體變形、下滑、崩落的發展趨勢不會改變。

2.2 崩塌危害程度分析

垛莊鎮北明村東崩塌地質災害點呈南北向展布，主崩方向為西，崩塌距離大多影響至坡腳1～15m范圍，直接影響到下部房屋建筑的安全和省道S243的通行。

據調查，崩塌災害點已發生崩塌位置未造成人員傷亡，但損毀了部分房屋，直接威脅的對象為災害體下方房屋、居民及道路，發生土石崩塌災害將對村民的人身安全、交通、用電等造成威脅。

根據《滑坡崩塌泥石流災害調查規范(1∶50000)》中地質災害災情/危害程度分級標準分析，本著“就高不就低”的原則，確定該崩塌危害程度為中等。

3 防治對策及建議措施

按照“以人為本、因地制宜、注重實效”的原則[17]，采取避讓搬遷、工程治理、群測群防和自動化監測[18]相結合的方式對災害體進行防治，從根本上解決安全隱患，同時建立健全防災減災預警體系，切實保障人民生命財產安全，實現人與自然和諧共處。

3.1 避讓搬遷

根據災害點現場情況分析，可將災害點下部緊鄰邊坡的部分房屋進行搬遷[19]，增大坡底緩沖距離，搬遷位置需選擇安全適宜、具備生產生活條件的地段，且提前進行地質災害危險性評估，能夠搬遷的居民可徹底免受地災威脅；同時，在工程治理實施期間，坡下所有住戶均應進行避讓，在確保沒有居民安全威脅的前提下開展工程治理。

3.2 工程治理

對于危險性比較大、不適宜進行搬遷的集中地段，可有針對性地進行工程治理，根據災害點分布位置、特征、施工難度等因素綜合考慮采取削坡卸載、砌筑擋土墻、修建排水溝及內倒種植土等工程措施進行治理。

(1)削坡卸載。對陡峭的土體進行削坡，以增加坡面的穩定性，削坡前要首先將表層種植土進行剝離，提高利用率。同時，最大限度地減少對上部耕地的破壞，削坡應按照平臺加斜坡組合的方式進行，最終形成三級臺地，且最底部臺階的高度不超過房屋高度(圖3)。

1—粉質黏土層；2—碎石土層；3—原始地形線；4—整治后地形及各臺地標高；5—削坡卸載；6—擋土墻；7—排水溝；8—內倒種植土圖3 災害點現狀及治理剖面圖

(2)砌筑擋土墻。在距離房屋后不小于1.5m處砌筑擋土墻，阻擋上部落石[20]并對土質邊坡進行遮擋保護，擋土墻規格尺寸設計提前通過理正巖土軟件進行了穩定性計算，滿足抗滑移、抗傾覆和地基承載力要求。擋土墻底部的土質基礎要進行壓實加固處理，以滿足承載力要求。

(3)修建排水溝。土質邊坡的穩定性受降水的影響較大，因此，在削坡造臺后必須同時將上部匯水面的積水進行引流，以免上部坡面的匯水沖積坡面和下部房屋基礎，設計在一級臺地內側修建排水溝，排水溝設計南高北低，使匯水向北側排水。

根據現場調查，該處崩塌災害點上部匯水面積(F)為16400m2，匯流面積小于3km2，地表水匯流量(Qp)計算采用簡化經驗公式計算，計算結果見表1。

表1 排水溝上部匯水流量計算表

排水溝設計應滿足上部匯水面的排水量，排水溝的流量為過水斷面與流速的乘積，流速受謝才系數、水力半徑、縱向坡降、溝床糙率等因素控制。

設計排水溝上口寬1m、底寬0.5m、深0.5m，截面積為0.375m2，其可容納過流量按照表2計算得知為0.83m3/s，完全滿足坡面上部匯水流量要求，可將雨水沿排水溝向北排出坡外，不會對下部房屋及道路造成沖刷。

表2 排水溝水力校核計算表

(4)內倒種植土。因該地災點頂部為基本農田，在消除地質災害的同時要最大限度的避免耕地損失。將前期剝離存放的種植土內倒至擋土墻和預留的圍堰內，種植土內倒回填厚度0.8m，經過治理，削坡動用旱地面積為1894.36m2，整理成三級平臺后形成旱地面積1572.48m2，損失的旱地可通過削坡卸載降標高時將北側平整的其他草地變更為旱地，以此減少耕地損失，兼顧地災治理與耕地保護的雙重治理效果。

3.3 群測群防

地質災害群測群防是地質災害防治體系的重要組成部分，通過加強培訓、發放防災避險明白卡、制定應急救援預案、完善地災監測網絡、張貼宣傳畫、制作宣傳標語及入戶宣講等方式，使受威脅群眾進一步掌握地質災害防災減災常識，了解災害征兆、監測方法、報警方式和撤離路線，增強群眾防災意識和自救、互救能力，成為地質災害防治工作的主人和主體。

3.4 自動化監測

為隨時隨地監測治理后坡體的位移和變形，需對擋土墻工程開展后效監測，采取布設傾斜傳感器、靜力水準儀傳感器、太陽能電池板、傳輸模塊等實現自動一體化監測，通過實時數據了解擋土墻結構的安全狀況、分析結構的變形趨勢，為結構的管養維護提供參考，便于提前做好預防措施，減少或避免產生新的地質災害。

4 結論

(1)本文通過對地質背景、巖土體特征、植被、人類工程活動等方面深入闡述了崩塌的形成機理與邊坡穩定性。

(2)地形陡傾、地質作用、植物根劈、人類工程活動、降雨等因素是影響邊坡穩定性和導致邊坡失穩的內外條件。

(3)通過勘察可知，采用的治理措施符合現場實際，可有效地將災害體進行根治，消除地質災害隱患，保護當地人民群眾的生命財產安全。

(4)通過多措并舉消除地災隱患，可促進社會安定，提升美麗鄉村形象，為切實貫徹落實以人民為中心扎實做好地災防治工作提供了借鑒意義，具有較好的社會效益。