深圳市主要边坡病害的成因分析

深圳市主要边坡病害的成因分析

1城市边坡的主要病虫害防治技术研究自1979年成立以来，深圳的建设速度从未超过目前。特区内特殊的地形条件决定土地开发利用必须移山填海，随之形成大量的人工边坡。据调查，仅罗湖区在2004年4月以前，坡高3m以上的土质人工边坡和坡高5m以上的石质人工边坡就有630处。大量人工边坡的形成使边坡病害的问题日益突出，也受到市政府及有关部门的高度重视。到目前为止，深圳市边坡病害的防治大致划分为以下几个阶段：(1)第1阶段(1979～1989)，边坡病害的问题并不十分突出，边坡病害防治工程没有进行专门的设计，大多由土建设计单位完成，结构形式以重力式抗滑挡墙，圆形抗滑桩、喷锚支护等传统的形式为主。(2)第2个阶段(1990～2000)，这一时期接二连三地发生几处大型的边坡病害，如1990年蛇口月亮湾电厂开挖高度达130m的花岗岩边坡，产生大规模山体坍塌、滑动，危及电厂安全；1993年经过多次治理的水贝松泉滑坡再次发生大规模滑动，危及前部居民生命财产安全；1994年莲塘水厂老滑坡复活，不但危及到连塘水厂的安全，而且波及到整个莲塘工业区的生活用水和工业用水的问题；1994年黄贝岭南坡山体滑坡，填埋居民1人。大量边坡病害引起深圳市建设主管部门的高度重视，引进地质灾害防治专业勘察设计单位。在地质勘察方面采用钻探、坑探、槽探、物探、地温测试等多种地段；在监测方面采用深部位移监测、地表位移自动记录仪、地表倾斜盘等多种手段；在防治技术方面发展较快，实现由刚性支挡到柔性支挡的过渡，不断开发新型防治技术。1994年在罗沙公路深路堑的边坡加固中较早地采用预应力锚索框架措施；1995年将锚索框架技术应用于月亮湾别墅高30m坡度1∶0.4的边坡加固中；1997年将三维网植草和锚杆框架结合的技术成功地应用在东环快速路爱国路高架桥老滑坡的治理中；1998年，将加筋挡墙和锚杆框架组合的技术应用在华为电气厂的边坡加固中。在这一时期，工程技术人员在进行灾害防治工程实践的同时，对滑坡防治经验和技术进行不断的总结，如侯庆华和张玉芳结合深圳市实例对预应力锚索在边坡加固中的应用；王桢等对西岭花园高边坡病害的整治和胡凌云等对老虎坳滑坡治理工程以及郑祥斌和张金钟对深港变质岩区滑坡及其勘察治理进行总结。在这一时期，对深圳市边坡病害的特点进行一些探讨，如曹玉立等对深圳市区周边斜坡病害进行初步探讨；曹玉立和朱本珍对深圳地区水土流失地质灾害进行探索。(3)第3阶段(2000～)，深圳市形成自己的病害防治的专业队伍和建全专门的管理机构，将深圳市的边坡病害的治理总体规划，统一管理，逐步施实，并针对全部的地质灾害已经开展和即将启动以下系统研究：(1)项目1——地质灾害调查，主要是完成深圳市范围内的地质填图以及对深圳市现有和潜在的地质灾害的调查。(2)项目2——地质灾害预警预报系统，深圳市地质灾害预警预报系统与应用研究，主要是在现有地质灾害数据和已有的研究成果基础上，深入研究深圳市地质灾害特点，揭示其发生机制，建立地质灾害区域与单体的预警预报模型及适合深圳地区的地质灾害预警预报分级体系。在理论研究的基础上，与GIS相结合建立深圳市地质灾害预警预报系统，为地质灾害的快速预警预报提供平台。(3)项目3——地质灾害信息系统，深圳市地质灾害数据库、信息管理系统及网站建设，主要是建立深圳市地质灾害空间数据库及其管理系统，为其他研究提供数据平台。网站的建设将对社会公众提供一个了解深圳市地质灾害情况及政府工作的一个窗口。(4)项目4——典型地质灾害监测，深圳市典型地质灾害点的监测与示范研究，主要是针对深圳市的典型的地质灾害进行系统监测，通过对监测数据的分析、模拟，揭示深圳市地质灾害发生发展的规律。(5)项目5——地质灾害防治总体规划，旨在对深圳市的地质灾害情况进行全盘摸底，其主要内容包括：深圳市地质灾害现状的防治与发展趋势预测，深圳市地质灾害的防治原则和目标，深圳市地质灾害易发区、重点防治区、深圳市地质灾害防治项目、深圳市地质灾害防治措施等，为深圳市地质灾害防治工作提供全面指导。本文分析深圳市工程地质环境的基础上，结合大量的工程实例，研究深圳市边坡病害的类型和形成规律，并总结深圳市边坡病害的防治技术和提出今后的发展方向。2深圳的项目地质环境2.1自然边坡水丘陵深圳市内自北而南，由高而低，有五级地貌面，代表高程300m以上为低山和高丘岭地貌，自然斜坡坡度25°～35°；高程100～150m为低山和高丘陵，自然边坡坡度12°～25°；高程45～80m为高台地，自然边坡坡度小于12°；高程5～25m为低台地和阶地；高程5m以下为平原(主要包括冲积平原、滨海冲积平原和海积平原)。相互之间为过渡区。深圳地区低山和丘陵的地貌占49%。EW山顶高程由高到低，山脉走向基本呈EW(NEE～EW～NWW)向，山脊北侧呈“凹”形弧状，山脊的南侧呈“凸”型拱状。2.2凝灰岩石炭系深圳地区工程地质及滑坡病害分布平面图见图1。从梧桐山经田螺坑、黄竹园至深圳水库东岸至罗芳村，主要有侏罗系上统高基坪组(Jb3gj)，岩性主要为凝灰岩；石炭系下统测水组(1C1-2)，岩性主要为软变质砂岩和板岩。深圳水库库区及其以西到皇岗口岸至鸡公山之间，低山和丘陵的南侧为震旦系硬粒岩，并穿插加里东期的混合花岗岩(Mγ3)，低山和丘陵的北侧为侏罗系中统的各种砂岩、泥岩，以断层和混合岩接触；皇岗经鸡公山以西至梅林之间基本上由震旦系的硬变质岩组成基底，梅林至塘朗山以西基本上由Mγ3的混合花岗岩组成。2.3后期构造改造结果特区内地质构造以断裂为主，分布NE,EW,NW三组断裂，NE40°～50°的深圳大断裂(五华～深圳断裂带)斜贯全区，是区内的主导构造。根据许多个边坡病害工点的地质力学配套分析结果，对边坡病害影响较大有5次构造运动。(1)在莲塘～田螺坑以西大部分的市区北部，基本上是震旦系硬变质岩穿插Mγ3混合花岗岩组成的低山丘陵，大体上呈NW80°走向排列(NE70°～NW80°)，是当地早期第1次地质构造的反映，加里东期发生。当前山脊及震旦系地层的分布自东向西呈NE70°～EW～NW80°多个波状折曲的摆动，是受后期构造作用改造的结果。在蛇口小南山(高程290m)的Mγ3岩石分布区，则是东西向褶皱在市区以南浸入海中形成的又一东西向隆起带之残山。(2)区内仅莲塘至田螺坑以东裸露侏罗系上统凝灰岩(Jb3gj)和侏罗系中统长石石英砂岩、泥岩等(J3tn1–2)。其中盐田至盐田坳以西，在梧桐山范围则遍布γ53凝灰岩，具有燕山晚期运动(当地第4次地质构造)的深圳大断裂形迹，为逆时针旋转作用，产生的派生构造线为NE40°～50°；该深圳大断裂的系列NE40°～50°压扭断层，切割当地各EW向构造断裂。盐田至盐田坳以东，在大鹏湾北岸的大、小梅沙及其以北梅沙尖(高程759m)范围内，则全是由燕山早期运动(当地第3次地质构造)生成的γ52-3硬质花岗岩，并反映其构造线为NW80°，为第III次构造线，在当地出现一系列由南向北推的应力作用下生成的逆断层，被第4次NE50°～60°断裂将之切割。(3)在罗芳～莲塘～田螺坑以西至深圳水库间则分布石炭系下统软变质岩(一般片理走向NW40°/S∠40°～50°)，岩体内发育多条NW20°～40°/S∠40°～50°逆断层，反映在中三叠纪时期受印支构造运动(当地第2次地质构造)由γ4的岩浆侵入作用使之变质，其构造线在后期构造运动改造下在当前走向为NW30°～40°。燕山晚期构造运动中，在罗芳～莲塘～田螺坑一线，由NE50°的深圳大断裂将西侧的石炭系软变质岩自西向东逆推于东侧的侏罗系凝灰岩之上。(4)蛇口的南山及其以东是由γ53花岗岩组成。在该γ53地层上则出现NW50°～60°压扭断裂及NE40°～30°压扭断裂。少量SN～NNE(NW10°～NE20°)的构造线系当地第5次构造，即新构造运动的反映，规模小，具贯通性。2.4条件水条件特区内的地下水，按其赋存条件、水理性质、水力特征分为松散孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水3种类型。2.5苏集山水气象区气候特征深圳市属于亚热带季风气候，长夏短冬、雨量丰沛，日照充足，气候宜人。年平均气温约22℃，1月平均气温最低(14.9℃)，7月平均气温最高(28.6℃)，年平均降水量为1966mm，地域分布自东向西减小，东南部达2200mm以上，西北部只有约1500mm，全年雨量有85%出现在4～9月，其中48%分布在7～9月(后汛期)。主要降雨灾害性天气是热带气旋和暴雨。3深圳典型边坡病实例分析自20世纪90年代以来，深圳市产生的影响较大的边坡病害有以下7处，现对其地质条件、破坏模式、规模介绍如下：(1)表水下渗引发边坡大规模滑动下坪固体废弃物填埋场道路西侧滑坡代表性地质断面如图2所示。2005年雨季，因大量地表水下渗引发边坡大规模滑动。破坏模式主要有2种：(1)上部人工填土沿基岩顶面的滑动，主要由基岩中承压水造成；(2)在堆填土中产生边坡滑坡，滑面呈圆弧形，滑坡长约60m，宽约90m，厚8～9m，滑动体体积约3.5×104m3，防治费用约500万元。(2)边坡地质破坏模式边坡开挖高度约130m，组成边坡体的岩土体为多次侵入的花岗岩，分为上下两层构造硬核，硬核岩体完整、坚硬、强度高，其周围岩体揉皱破碎，存在向临空陡、缓倾的构造面，如图3所示。边坡开挖后于1991年发生大规模山体滑坡，主要存在两种破坏模式：(1)构造核因底部强度不足，沿陡倾的构造面的崩塌；(2)上层构造核沿底部缓倾角构造面的滑动。边坡沿坡脚走向长约250m，最大崩滑体的厚度约40m，最大边坡高度约130m，防治费用约1500万元。(3)基岩结构及滑坡在场坪开挖中切割由风化花岗岩坡残积土组成的老滑坡的前部，致使老滑坡复活。深圳园林大厦滑坡代表性地质断面如图4所示，上部基岩为震旦系呈砂砾状的混合花岗岩；中部为震旦系黄及黄白色细粒花岗片麻岩，全风化呈粉砂土状；下部为坚硬呈块状的灰色花岗岩，微风化，中至粗粒结构。组成坡体的岩土体为震旦系泥质粉砂岩和砂质粉砂岩互层，坡脚修建居民楼形成的边坡高度5～30m，切割下伏较坚硬、完整基岩顶部的顺坡向断层，深圳黃贝岭滑坡代表性地质断面如图5所示。1993年的暴雨中，黄贝岭南坡发生滑坡，为沿变质岩中顺坡向断层带的滑动。山体四周约1000m的范围内，已发生和潜在的滑坡滑体厚5～20m，长10～50m，防治费用约9000万元。(5)滑坡地质特征系老滑坡的复活，组成坡体的岩土分为上下两层，上层是石炭系褐黄色、强风化的变质砂岩及泥质砂岩夹青灰色板岩，厚17～39m，下伏灰黑色微风化的云母片岩和斜长片麻岩与石英岩，完整者埋深大于40m，深圳莲塘水厂滑坡代表性地质断面如图6所示。1994年雨季中发生大规模山体滑坡，推毁水厂的生产车间。滑动模式为沿发育在软弱板岩中的顺坡向软弱结构带滑动。滑动体积14×104m3，滑坡宽度约100m，长度约110m。防治费用约1800万元。(6)基性岩滑动面该山体的岩石基底是震旦系黑色坚硬完整的块状花岗片麻岩，上覆侏罗系早期黄色、绿色强风化中粗粒花岗岩。经过2次治理后，1993年再次发生大规模滑动。滑动面有3层，上层为上部坡残积土沿基岩顶面的滑动；中层沿中粗粒花岗岩中顺坡向含水糜棱状的断层带滑动；下层沿震旦系和侏罗系地层接触带的滑动。深圳水贝松泉滑坡代表性地质断面如图7所示。滑动体积2.1×105m3，滑坡长95m，宽120m。防治费用约1600万元。(7)山坡表面变形组成边坡体的岩土：顶层为石炭系强风化砂土状的板岩，下层震旦系(Zykh)紫黄色全风化呈砂砾状粗粒花岗岩、灰绿色强风化中细粒混合岩。1995年边坡开挖到位后发生大规模滑动，掩埋一栋两层住宅楼。存在两种变形破坏：一是边坡开挖后在强风化层中产生的边坡滑坡和坍塌；二是沿不同岩性接触带的滑动，深圳武警医院后山滑坡代表性地质断面如图8所示。1995年，雨季产生2.5×104m3的坍塌体，防治费用约1700万元。4深圳边坡疾病的类型和规律4.1深圳市边坡病的类型深圳市区边坡病害的类型可大致划分为以下几类：(1)下伏基岩顶面边坡流石流泥发生在坡洪积层、坡残积层、人工填土内或沿其下伏基岩顶面的边坡滑坡和坍塌，这类地层易受地表水的影响含水量较大，发生时常具有坡面流石流泥的现象，如前述节3实例分析(1)。(2)顺坡缓倾断层滑动实例全风化和强风化变质砂岩、泥岩互层中沿含泥质较多的顺坡缓倾断层糜棱带的多层滑动和多级滑动，由于滑体松弛含水常伴随大量坍塌现象，如前述节3实例分析(4)，(5)。(3)糜棱带滑动类沿坡底块状而完整的硬混合岩的顶面顺坡向断层糜棱带的滑动，糜棱带含水承压，这类滑坡常发生在雨季后期的暴雨中，因滑体较厚前部坍塌严重；，如前述节3实例分析(3)，(6)，(7)。(4)上/下变形层间发生在“眼球状”的构造硬核组成的岩体中，或是上部揉皱、破碎、风化的岩层沿眼球体顶部或两侧的滑动；或是成层、成排的构造硬核沿下伏断层带的滑动，如前述节3实例分析(2)。4.2地下水坡边坡病害规律(1)气候条件与边坡病害的关系区内的气候条件决定软岩组成的山坡易于风化，残积层和风化层厚，这类地层在雨季中易于形成边坡滑坡和坍塌等病害。在风化破碎岩石组成的山坡上，在有植被覆盖的情况下可保持长期稳定，但常因下部开挖场地及植被破坏后未能及时加固和防护，坡体松弛后在表水的浸湿、暴雨冲刷及暂时水压的作用下而形成滑坡、崩塌、坍塌、落石等病害。在雨季中连降暴雨期间，由于地表水和地下水的共同作用，产生的边坡病害最多，据不完全统计这个期间发生的边坡病害占45%。(2)地形条件和岩性与边坡病害的关系在EW向山脊的南侧与两端的地下水应发育，边坡病害多，即在山体的南侧开挖场地时，场地的北东和东坡边坡病害发育。在石炭系下统的软变质的砂岩、页岩、板岩互层的地带，应是滑坡、坍塌的多发区；震旦系的硬变质岩穿插混合岩分布的地带，应是崩塌、落石多发区；在侏罗系上统凝灰岩分布区域内风化破碎的地段，岩性软弱，遇水易软化，应是坍塌和滑坡多发地区。(3)地质构造和边坡病害的关系从各地层分布的构造断裂、裂面分割的密度、岩体的破碎程度等方面分析，得出以下规律：(1)深圳大断裂的上盘边坡病害多罗芳～莲塘～田螺坑一线与深圳水库间是深圳大断裂带的一支，由石炭系软变质岩组成，位于上盘，由于岩石破碎、风化厚度大、且地下水发育，故易于生成大量滑坡、泥石流以及高边坡的错落、坍塌和边坡滑坡等病害。(2)深圳大断裂的下盘边坡病害少罗芳～田螺坑以东由硬质凝灰岩组成的梧桐山范围，因位于深圳大断裂的下盘故病害较少，但在断裂交汇地带仍出现不少坍塌、错落与滑坡。(3)在挤压状态下破碎岩体组成的山坡在开挖后产生大量边坡病害深圳水库以西，市区内第四系地层分布中由震旦系混合化软变质岩等组成的残山，因曾受多次构造作用而岩石破碎严重、风化深厚；故在数十米厚的风化破碎范围内，开挖处在挤压状态下的坡体形成高边坡，在1～2a内即因松弛而生成大量坍塌、错落及滑坡等病害。(4)NE向断裂带和断裂带交叉处的边坡病害多深圳地区的边坡病害大多分布在构造断裂的部位，特别是NE向的断裂带；仅此方向的断裂影响范围内分布的边坡病害达85%。在断裂交叉处发生的边坡病害往往规模较大、类型较多；深圳地区非断裂部位发生的边坡病害往往发生在上覆的人工填土、第四级坡积层、全强风化的岩层中，产生类似于均质土的边坡病害，其规模一般不大。5深圳边坡疾病防治5.1边坡防护设施(1)深圳地区的边坡病害大多受地表水的影响较大，采取排除地表排水的治理措施必不可少。(2)深圳市区发生的滑坡大多是滑带水丰沛且承压，往往在雨季暴雨中发生大滑动，故截排滑带水的措施不可少。(3)深圳市的边坡病害大多是工程诱发的，由于工程建设开挖自然边坡的坡脚导致已有边坡病害的复活或产生新的边坡病害。因此，恢复坡脚抗力的支挡工程措施必不可少。5.2次治疗前患边坡病害的防治原则有：(1)预防为主；(2)治早治小；(3)一次根治，不留后患；(4)分轻重缓急，区别对待；(5)因地制宜，技术先进；(6)环境效果最大化。5.3新型防治技术深圳市在边坡病害的防治中，大量采用预应力锚索、抗滑桩，预应力锚索地梁、预应力锚索框架、预应力锚索桩板墙、竖向钢花管注浆、截排水隧洞、仰斜排水孔、三维网植草、加筋草墙等新型防治技术。在对一个单个的边坡病害治理中往往采用多种防治技术的组合，现举例分析如下：5.3.1抗滑桩加固深圳市莲塘水厂的滑坡治理采用以下工程措施：(1)滑坡已发生大滑动，有随时滑下的可能，首先将滑体顶部进行刷方减载；(2)为抵抗深层滑坡的滑动，在滑坡体的前部设置一排抗滑桩；(3)减小地下承压水对滑带的长期软化作用，在深层主滑带的后部下方设置排水盲洞一道；(4)在抗滑桩排的上部设置钢筋锚杆框架加固，防治浅层病害；(5)在刷方边坡和卸载平台上设置拱形骨架护坡或采用植被防护措施；(6)设置地表排水系统。莲塘水厂滑坡治理工程设计断面图如图9所示。5.3.2抗滑桩防护深圳园林产品展销楼东侧滑坡治理采用以下措施：(1)为防治深层和浅层滑动，在坡脚设置锚索抗滑桩一排；(2)为抵抗上层滑体在半坡滑出和减少深层滑坡的下滑力，在半坡设置一排锚索抗滑桩；(3)在半坡桩山侧设置预应力锚索挡墙，防止上层滑体在半坡越顶；(4)边坡坡面修整后，进行植被防护；(5)设置地表排水系统。深圳园林东侧滑坡治理工程设计断面图见图10。5.3.3刷方边坡防护措施深圳西岭花园西侧边坡加固措施有：(1)在坡脚设置一排锚索抗滑桩；(2)为防止边坡在刷方边坡上的多层滑动，设置预应力锚索框架进行加固；(3)在刷方坡面上进行植被防护；(4)设置地表排水系统。深圳西岭花园西侧边坡工程设计断面图如图11所示。5.3.4边坡防护施工边坡高度约10m，坡率1∶0.2。组成边坡体的岩土为粗粒花岗岩残积而成的砾质黏土，原岩结构清晰可见，存在向临空倾斜的原岩结构面。边坡病害的类型有坍塌、沿原岩结构面的滑动及坡面冲刷。为防治边坡病害采用以下措施：(1)坡面采用钢筋锚杆加固。(2)框架外设0.5m宽的加筋草墙；加筋草墙的水平拉筋直接浇注在框架的横梁上。(3)竖向拉筋布置在草墙外侧，起固土和植草的作用。华为电气厂西侧边坡工程设计断面图见图12。5.3.5地面滑动防护深圳市武警医院边坡采用以下加固工程措施：(1)针对上下层滑动采用两级预应力锚索桩板墙进行支挡固，挡墙和刷方边坡间为人工填土。(2)填土表面进行植被防护。(3)设置地表排水系统。深圳武警医院边坡加固工程设计断面图如图13所示。5.3.6止老滑坡复合式挡墙加固措施爱国路东侧谷对岭西侧约270m范围内分布3条老滑坡群，老滑坡长约80～115m，平均厚10～20m，分上下两层，为防止老滑坡复活，采取以下措施：(1)为阻止深层滑动和