高山峽谷區(qū)高邊坡復(fù)合堆積體研究

1渠坡地形坡角特征王二河庫-黃果樹瀑布水源保護(hù)工程的引入工程位于廣西云貴高原與廣西丘陵過渡的斜坡上。該區(qū)褶皺及斷裂成束發(fā)育,山勢走向順構(gòu)造線呈北西向延展,背斜成山,向斜成谷,地勢由北向南傾斜。河谷形態(tài)為“V”型峽谷、隘谷,谷坡陡峻,地形坡角多在50°以上。渠系沿王二河右岸環(huán)山盤旋展布,在引水渠0+390~0+990,渠道穿越地層為安順組(T1a)厚層塊狀白云巖,巖層產(chǎn)狀272°~322°∠10°~20°,巖石堅硬,較完整,風(fēng)化強(qiáng)烈,節(jié)理裂隙發(fā)育。此段渠道高于渠線高程以上80~100m,地形坡角為70°~80°的陡崖,基巖裸露;渠道通過部位大部分較陡,地形坡角為50°~70°,其邊坡屬不良地質(zhì)體。在坡地帶堆積少量殘坡積層(Qdel)粉質(zhì)粘土,厚度均<1m,大多數(shù)地段堆積崩塌堆積體(Qcol)塊石、碎石偶夾粉質(zhì)粘土,屬稍密碎石土、粉質(zhì)土夾塊石,膠結(jié)較差,厚度變化不大,厚度5.6~13.2m,不良地質(zhì)體界面呈鋸齒狀,中部略深。2高山第三礦段“鑒定”及“破引發(fā)”段3-4-5-10高山峽谷區(qū)高邊坡上常常有一些“復(fù)合堆積體”,它是基巖、古垮塌體、古崩滑體、現(xiàn)代崩滑體和第四系沉積體等幾種或全部的組合體。發(fā)生在斜坡上以重力為主導(dǎo)的外動力地質(zhì)作用(如崩塌、蠕動、滑坡、泥石流等),均能在破腳形成堆積體,堆積體與基巖之間一般存在軟弱帶,這是其與普通的第四系殘坡積體的根本區(qū)別。工程區(qū)0+390附近有一與渠道近直交的斷層通過。出現(xiàn)“復(fù)合堆積體”段樁號為0+390~0+990,總長600m,渠線近東西向。出露地層為三疊系下統(tǒng)安順組(T1a)淺灰色厚層塊狀白云巖,基巖零星裸露,巖層產(chǎn)狀300°∠15°,巖石風(fēng)化較嚴(yán)重,節(jié)理裂隙較發(fā)育,主要發(fā)育NW325°、傾角80°,NW275°、傾角70°兩組裂隙,其中尤以NW275°最為發(fā)育,近垂直于山體,地表坡角50°~75°,相對高差150~250m。頂部順河床方向卸荷裂隙發(fā)育,中下部即為松散的巖體。因這段渠道在初步勘察設(shè)計中為地表壤土及植被的覆蓋,將之定義為崩塌堆積體,設(shè)計中對此段渠道處理是清除崩塌堆積體,渠基開挖至基巖,開挖邊坡1∶0.5~1∶0.75。在施工單位開挖至渠底高程以下后,可看出主要以直徑不等的塊石、碎石、碎石土及粉質(zhì)土為主,呈半膠結(jié)或無膠結(jié)狀態(tài),并且松散的巖體一直向下延伸至河床,厚度達(dá)3.5~11.5m。但在0+390~0+990渠段的局部地段基礎(chǔ)及邊坡上仍零星出露破碎的基巖,后段巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,形成破碎巖體,應(yīng)屬破劈理,易將之理解為崩塌堆積體。在水利水電工程中高山峽谷區(qū)的岸坡堆積物主要是由崩塌、滑坡遷移物質(zhì)組成。河流的側(cè)向侵蝕與重力地質(zhì)是主要的動力地質(zhì)作用,在高山峽谷區(qū)因構(gòu)造及動力地質(zhì)作用可使邊坡形成破劈理,破劈理是指巖石沿著平行或大致平行的礦物定向排列面或某些平行薄層的層面能劈開的現(xiàn)象。劈理的形成是巖石在外力作用下,一種塑性變形或構(gòu)造變形的結(jié)果。并由于劈理在工程地質(zhì)描述中不多見,對工程地質(zhì)構(gòu)造的描述中一般都限于斷層、褶皺和節(jié)理,因而使堆積體與破劈理在高山峽谷區(qū)不易區(qū)別。從地學(xué)的基本原理和觀點出發(fā),此段段渠道邊坡處于地殼表層的巖體,特別是沉積巖中的碳酸鹽巖,在巖石形成后受構(gòu)造運動、地殼上升、風(fēng)化剝蝕、流水侵蝕等地質(zhì)應(yīng)力的作用使巖石發(fā)生動力變質(zhì),在高邊坡的部分巖石中形成破劈理,與部分由山頂崩塌下來的巖石經(jīng)風(fēng)化后形成“復(fù)合堆積體”。3渠道內(nèi)部的巖體材料通過對此段松散巖體的分析,發(fā)現(xiàn)巖體以塊石、碎石、碎石土及粉質(zhì)土為主,呈半膠結(jié)或無膠結(jié)狀態(tài),但不零亂,仍可找到其排列的規(guī)律,特別是近垂直的裂隙有規(guī)律地分布,其裂隙產(chǎn)狀與原生巖石的產(chǎn)狀相吻合,并且渠道下部的河床上有基巖出露,故認(rèn)為部分是崩塌堆積形成的堆積體,部分不應(yīng)屬于堆積體。因這段渠道上部下部及上下游皆為厚層塊狀白云巖,對此段膠結(jié)較好的碎石、碎石土的成因的合理的解釋筆者認(rèn)為應(yīng)屬于受河流的側(cè)向侵蝕與動力重力地質(zhì)作用而形成的破劈理。其成因是巖體在縱向上受擠壓,在橫向上受地殼上升、河流下切,形成高邊坡,巖體在地殼上升時形成殘留的地應(yīng)力,加上巖體的自重應(yīng)力及地下水的壓力使之受到動力變質(zhì)作用,形成了壓碎巖,巖體的剖面上表現(xiàn)為密集的剪切破裂面,巖體的原生近垂直的裂隙仍清晰可見,沿渠道開挖線仍有部分基巖出露。在此松散巖體的上部可見大量順河方向的卸荷裂隙,由遠(yuǎn)處觀察巖體自山頂向山腳皆有間斷出露,且在河床底部也有基巖出露。如是崩塌堆積體應(yīng)是脫離母巖無規(guī)律雜亂的堆積,河床也不應(yīng)有基巖出露。此段松散巖體與崩塌堆積體的本質(zhì)區(qū)別是巖體未發(fā)生位移,仍保存著原巖的產(chǎn)狀,邊坡的穩(wěn)定性比崩塌堆積體強(qiáng),故基礎(chǔ)處理也不應(yīng)以崩塌堆積體的方式來進(jìn)行。4分層開挖的方案確定通過對此段渠道作補(bǔ)充地質(zhì)勘探,松散巖體呈波狀展布,可見的較完整基巖零星裸露。此段高邊坡一部分受構(gòu)造運動、地殼上升、風(fēng)化剝蝕、流水侵蝕等地質(zhì)應(yīng)力的作用形成破劈理,一部分為山頂崩塌下來的巖石經(jīng)風(fēng)化后形成堆積體。此段高邊坡的“復(fù)合堆積體”大面積深層滑動的可能性較小,可排除大范圍的崩塌和滑坡,但零星塌落可能存在,對其基礎(chǔ)處理選擇了3種方案作為對比:(1)渠道改線,并將渠道改為隧洞,經(jīng)分析,此方案永久運行較為可靠,但改線后洞線過長。若改為隧洞,洞室圍巖工程地質(zhì)條件也不是太理想,仍然會受到裂隙的切割,再加上風(fēng)化、溶蝕等因素,圍巖可能較破碎,洞室圍巖為Ⅳ類,局部受裂隙切割較嚴(yán)重地段屬Ⅴ類圍巖。且該段已開挖完畢,易造成投資過大,且工期將受較大的影響。(2)基礎(chǔ)置換處理:采取全線開挖一定深度(1~2m)后,利用塊石、碎石、砂回填置換,并碾壓密實,在此基礎(chǔ)上做鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu),為防止渠道滲水、地下水活動等因素引起渠基不均勻沉陷,拉裂渠道,還需在箱形結(jié)構(gòu)分縫處作好止水。使通過這段“復(fù)合堆積體”部位的渠道具有較強(qiáng)的整體性。(3)采用樁基礎(chǔ),渠底式渡槽:該方案為人工挖孔樁,樁基礎(chǔ)深入基巖0.8~1.0m,開挖深度3.5~11.5m不等,然后呈地面渡槽式,并在渡槽上加蓋,蓋上再回填碎石、砂等保護(hù)層,保護(hù)層厚度1.5~2.0m,該方案不易開挖至基巖,且投資過大。專家認(rèn)為此段“復(fù)合堆積體”是相對穩(wěn)定的,但局部塌落及不均勻沉降是存在的。最終確定采用基礎(chǔ)置換處理的方式進(jìn)行,開挖至設(shè)計渠底高程1m后進(jìn)行碾壓,然后利用較大塊石、碎石、砂置換回填1m至設(shè)計渠底高程,上部將原設(shè)計的漿砌石渠道改為鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu),也可理解為明洞。在箱形結(jié)構(gòu)分縫時采用橡膠止水帶作好止水,防止渠道過水下滲對基礎(chǔ)軟化后形成不均勻沉降。渠道上部高邊坡地段開挖排水溝,讓雨水沿溝排向河流,避免水體對渠道基礎(chǔ)的浸泡軟化。5破格降低治理(1)高山峽谷區(qū)流水的深切使高邊坡地段進(jìn)入劇烈的塑造期,導(dǎo)致河谷兩側(cè)山體松動、應(yīng)力加大,形成復(fù)雜的“復(fù)合堆積體”或邊坡堆積。(2)高山峽谷區(qū)高邊坡的一種