新疆地區(qū)路塹高邊坡危石清除與防護(hù)技術(shù)研究

張 坤

(核工業(yè)西南建設(shè)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610017)

1 工程概況

某項(xiàng)目規(guī)劃作為新疆維吾爾自治區(qū)鞏留縣G577精河至昭蘇的重要高速公路組成部分,利用鞏留縣既有的S220老路線對主線進(jìn)行了改建,主線的起點(diǎn)位于鞏留縣阿克吐別克鎮(zhèn)旱田村的西南側(cè),與鞏留縣G577墩麻扎至昭蘇旱田高速公路墩麻扎段相接,途徑鞏留縣阿克吐別克鎮(zhèn),鞏留城西工業(yè)園,跨越南岸巴哈特干渠、經(jīng)夏爾湖村后,進(jìn)入阿拉喀爾特克斯山脈的腹地,沿溪而上,設(shè)置一條隧道穿越北岸特克斯達(dá)坂,沿特克斯喀拉薩依河南行,經(jīng)位于特克斯縣蒙古鄉(xiāng)庫熱村,于特克斯達(dá)坂縣城西側(cè)設(shè)置一條過境線,終于巴哈特干渠一級水電站西南側(cè),與鞏留縣G577特克斯至精河昭蘇段銜接(鞏留縣既有公路編號S220),路線設(shè)計(jì)全長49.479 km。本次為公路二期工程,全長45.582 km。

本文對以下路段進(jìn)行探討：主線將鞏留縣旱田(樁號K66+500)作為起點(diǎn)，一期工程特克斯隧道引道起點(diǎn)(樁號K95+660.225)作為該主線終點(diǎn)，設(shè)一處長鏈(即K80+998.616=K81+011.048)，主線全長29.148 km。連接線起點(diǎn)為G577線K73+495.135處(樁號K0+000)，終點(diǎn)為提克阿熱克鄉(xiāng)阿合海納爾街與G578(S316)處平交(樁號K13+628)，連接線全長13.628 km。

2 高邊坡施工現(xiàn)狀

2.1 坡面現(xiàn)狀

坡腳：相對穩(wěn)定，巖體相對完整，現(xiàn)狀坡率未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，大約在1 ∶0.2～1 ∶0.5之間，且坡腳超挖約1.5 m。

坡面：巖體破碎，危巖較多，裂隙較為發(fā)育，坡面不夠平整，存在較大的超挖現(xiàn)象，現(xiàn)狀坡率約為1 ∶0.5～1 ∶0.75。

坡頂：未出現(xiàn)明顯的新裂縫，未見明顯的滑動(dòng)特征，但存在一處倒坡，倒坡坡率約為1 ∶-0.2。

K84+096.6-K84+211.9段左側(cè)高邊坡經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，邊坡高度達(dá)72.8 m。

K90+543～K90+671段右側(cè)高邊坡經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，邊坡高度達(dá)57.9 m。

圖1 K84+096.6～K84+211.9段左側(cè)高邊坡坡面情況

圖2 K90+543～K90+671段右側(cè)高邊坡坡面情況

2.2 坡面崩塌形成原因

2.2.1 巖體結(jié)構(gòu)因素

在邊坡施工過程中發(fā)現(xiàn)邊坡內(nèi)部發(fā)育較多隱伏節(jié)理面，節(jié)理面產(chǎn)狀大多呈現(xiàn)無規(guī)則狀，節(jié)理面的發(fā)育控制了邊坡的整體穩(wěn)定性，其中發(fā)育一隱伏主節(jié)理面產(chǎn)狀100°∠55°充填物以泥質(zhì)為主，節(jié)理面間距10～50 cm，局部裂隙極為發(fā)育，裂隙的發(fā)育造成了大部分的危巖及碎落，巖體中節(jié)理面的發(fā)育會(huì)對該處巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性造成很大程度的影響[1]。

2.2.2 水因素

該處邊坡經(jīng)過雨水、凍融及施工時(shí)爆破的影響，使邊坡內(nèi)部過水通道的形成速度加快，嚴(yán)重提高了邊坡巖體節(jié)理面的巖體密度、貫通性、壓縮性以及巖體的透水性,這些因素都使得邊坡節(jié)理面的巖體抗剪切能力和強(qiáng)度逐漸降低，這些因素是對邊坡節(jié)理的巖體硬度和穩(wěn)定性的重要直接影響和穩(wěn)定性因素[2-3]。此外，水的侵蝕作用促使巖體中的節(jié)理面產(chǎn)生裂隙及增強(qiáng)巖石的風(fēng)化，從而導(dǎo)致巖體失穩(wěn)。

2.2.3 邊坡巖體殘余應(yīng)力的釋放

開挖過程后所形成的巖體和挖方邊坡有可能會(huì)對整個(gè)挖方邊界處巖體的應(yīng)力集中狀態(tài)和穩(wěn)定性造成直接影響。并且這些巖體應(yīng)力的集中狀態(tài)程度和應(yīng)力釋放的過程也有可能會(huì)直接影響挖方到邊坡的巖體穩(wěn)定性。當(dāng)然，防護(hù)不及時(shí)也是造成崩塌的原因之一。

2.2.4 人為擾動(dòng)因素

開挖邊坡大多采用爆破開挖，這個(gè)過程本身就會(huì)對邊坡穩(wěn)定性造成消極影響。受爆破力的影響，外傾結(jié)構(gòu)面形成不穩(wěn)定的楔形體，極易出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象。

3 坡面危石清除

3.1 機(jī)械設(shè)備配置

3.1.1 人員安全器具

1)安全繩：高空作業(yè)承重繩材質(zhì)為錦綸，直徑為16～22 mm，承載力為2 000～3 500 kg。

2)安全帶：采用全身包裹的雙背雙保險(xiǎn)安全帶，材質(zhì)為丙綸。

3)安全繩自鎖器：采用最大負(fù)荷為100 kg、鎖止距離≤400 mm防墜制動(dòng)器。

3.1.2 清除危石機(jī)械設(shè)備

1)空壓機(jī)：采用4 m3空氣壓縮機(jī)。

2)破碎錘：手持氣動(dòng)破碎錘。

3.2 施工準(zhǔn)備

3.2.1 測量放線

根據(jù)設(shè)計(jì)圖確定要清除的危巖，并做好標(biāo)記。

3.2.2 結(jié)構(gòu)物保護(hù)

因K84+096.6～K84+211.9段右側(cè)、K90+553～K90+662段左側(cè)均設(shè)計(jì)為衡重式片石混凝土路肩墻，且已修建完畢，在危巖清理前，應(yīng)將路肩墻外露面采用砂礫或土覆蓋50 cm以上進(jìn)行保護(hù)，避免下落危巖破壞已完成的路肩墻。

3.2.3 過往車輛及人畜安全措施

1)K84+096.6～K84+211.9段路基右外側(cè)有一寬9 m的砂礫路面既有便道供車輛通行，且路肩墻已完成。該處高邊坡的清除危石的位置較高，采取安全措施如下。

1)防止大塊飛石攔擋措施：擬采用天然砂礫材料填筑頂寬2 m、埂高3 m、坡率1 ∶1的攔擋埂，攔擋大塊飛石傷擊過往車輛。

2)防石渣飛濺措施：在防大塊石的攔擋砂礫土埂頂部，擬采用鋼管、扣件、彩鋼板搭設(shè)1.5 m高的柵欄，攔擋石渣飛濺傷擊過往車輛。鋪設(shè)細(xì)砂，減緩下落危巖的沖擊力。

3)人畜通過安全措施：在該路段車輛通行便道的右側(cè)，修建寬2.5 m的砂礫路面(高于車輛通行便道0.5 m)供人畜安全通行。

4)作業(yè)區(qū)與外界隔離措施：為防止車輛、行人、牲畜進(jìn)入施工作業(yè)區(qū)內(nèi)，擬采用鋼管、扣件、彩鋼板搭設(shè)1.5 m高的柵欄進(jìn)行隔離，在彩鋼板上標(biāo)識“封閉作業(yè)，禁止車輛、行人、牲畜進(jìn)入”等醒目標(biāo)志。

5)管制人員設(shè)立：在便道起點(diǎn)、中部、終點(diǎn)各設(shè)置兩名管制人員，對過往車輛、行人、牲畜實(shí)行管制、提醒，確保無害、快速通過此段道路。

6)警示標(biāo)志標(biāo)牌設(shè)置：在車輛通行、人畜過往便道的兩側(cè)，設(shè)置帶反光膜的輪廓警示柱和錐形桶，其間距5 m。在車輛通行便道設(shè)置“坡面清危，禁上通行”、“山側(cè)落石”、“禁止車輛、人、畜進(jìn)入清危作業(yè)區(qū)”、“道路變窄”、“路面不平”等警告警示標(biāo)志。在便道的起點(diǎn)、中段、終點(diǎn)設(shè)置暴閃燈。

因該段路基左外側(cè)臨河道，排危石方堆積、車輛通行道路均布置于主線路基內(nèi)。該處高邊坡的清除危石的位置較低，采取安全措施如下。

1)防大塊飛石攔擋措施：采用天然砂礫材料填筑頂寬2 m、埂高2 m、坡率1 ∶1的攔擋埂，攔擋飛石傷擊過往車輛。

2)防石渣飛濺措施：在防大塊石的攔擋砂礫土埂頂部，擬采用鋼管、扣件、彩鋼板搭設(shè)1.5 m高的柵欄，攔擋石渣飛濺傷擊過往車輛。鋪設(shè)細(xì)砂，減緩下落危巖的沖擊力。

3)人畜通過安全措施：在該段路基左外側(cè)(即溪流邊)修建一條寬2.5 m的砂礫路面供人畜安全通行。

4)作業(yè)區(qū)與外界隔離措施：為防止車輛、行人、牲畜進(jìn)入施工作業(yè)區(qū)內(nèi)，擬采用鋼管、扣件、彩鋼板搭設(shè)1.5 m高的柵欄進(jìn)行隔離，在彩鋼板上標(biāo)識“封閉作業(yè)，禁止車輛、行人、牲畜進(jìn)入”等醒目標(biāo)志。

5)管制人員設(shè)立：在便道起點(diǎn)、中部、終點(diǎn)各設(shè)置兩名管制人員，對過往車輛、行人、牲畜實(shí)行管制、提醒，確保無害、快速通過此段道路。

6)警示標(biāo)志標(biāo)牌設(shè)置：在車輛通行、人畜過往便道的兩側(cè)，設(shè)置帶反光膜的輪廓警示柱和錐形桶，其間距5 m。在車輛通行便道設(shè)置“坡面清危，禁止通行”、“山側(cè)落石”、“禁止車輛、人、畜進(jìn)入清危作業(yè)區(qū)”、“道路變窄”、“路面不平”等警告警示標(biāo)志。在便道的起點(diǎn)、中段、終點(diǎn)設(shè)置暴閃燈。

3.3 清理危巖施工方法

邊坡內(nèi)部發(fā)育較多隱伏節(jié)理面，節(jié)理面產(chǎn)狀大多呈現(xiàn)無規(guī)則狀，節(jié)理面的發(fā)育控制了邊坡的整體穩(wěn)定性，出現(xiàn)了坡面懸石、危巖和外傾結(jié)構(gòu)面，為避免采用爆破方式清除再次影響坡面整體性，擬定采用人工機(jī)械設(shè)備配合對坡面局部的懸石、危巖和外傾結(jié)構(gòu)面予以清除。

3.3.1 坡頂安全繩錨固設(shè)置

坡頂錨固措施采用地錨形式，地錨位置應(yīng)選擇無裂縫的大塊石且距坡頂邊緣大于5 m范圍。采用φ50 mm風(fēng)鎬鉆孔深度不小于4 m，埋置一端帶鎖扣的φ25鋼筋，孔內(nèi)應(yīng)注滿膨脹砂漿，其抗拉拔力不小于50 kN。

3.3.2 作業(yè)人員安全設(shè)備

坡面作業(yè)人員每人應(yīng)系2根直徑為16～22 mm的安全繩，一根為清理危石主繩(承重繩)，另一根為防止下墜的備用繩(保險(xiǎn)繩)。

高空作業(yè)人員個(gè)人佩戴帶有自鎖器裝置的全身包裹的雙背雙保險(xiǎn)安全帶。

3.3.3 坡面危石清除

1)坡面小危石、活石清除。很多浮石、土的裂隙現(xiàn)象十分嚴(yán)重，對其采取的作業(yè)方法應(yīng)總結(jié)為“一看、二敲、三撬”；對存在滾落風(fēng)險(xiǎn)的零小危石、活石，按照輕重緩急的原則進(jìn)行定人、定時(shí)處理[4]。

2)坡面大危石清除。針對坡面上大危石，應(yīng)采用機(jī)械鑿孔，鋼楔擠壓的方法進(jìn)行破碎作業(yè)方式予以清除。

3.3.4 土石方棄置

清除至路基上的土、石，應(yīng)根據(jù)堆積的數(shù)量，及時(shí)采用挖掘機(jī)配合汽車運(yùn)輸至作業(yè)現(xiàn)場，確保坡面掉下的土、石不沖擊過往車輛、行人。清運(yùn)土、石時(shí)，應(yīng)確認(rèn)坡面無危石掉落并停止坡面清危作業(yè)的條件下進(jìn)行。

4 錨桿防護(hù)網(wǎng)技術(shù)

4.1 錨桿框架

4.1.1 工藝流程

開挖修坡→成孔→設(shè)置鋼筋→注漿→開挖框架基礎(chǔ)及制作鋼筋骨架→澆筑框架→質(zhì)量檢測→鎖定錨桿并封閉錨頭。

4.1.2 施工方法

施工方法為：①邊坡應(yīng)分層開挖，將上下兩排錨桿間距作為每層的開挖高度，不得超挖；②首先確定并標(biāo)記孔位，將土錨專用鉆機(jī)作為工具進(jìn)行干鉆，鉆孔結(jié)束后，用高壓空氣將孔內(nèi)石粉和水排出孔外。③錨桿桿身按要求支護(hù)并進(jìn)行防腐處理，鋼筋及時(shí)送入孔內(nèi)。④灌漿應(yīng)按要求進(jìn)行。灌漿結(jié)束后，對灌漿管、灌漿槍、灌漿套筒進(jìn)行清理，并做好灌漿記錄[5]。⑤在框架梁施工前，用砂漿找平層鋪設(shè)地基。鋼筋安裝前，梁體澆筑C30混凝土。澆筑前，對植草護(hù)坡預(yù)埋鋼筋進(jìn)行綁扎。局部架空時(shí)，采用M10漿砌片石嵌砌。當(dāng)框架梁和灌漿的強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%時(shí)，再對錨頭完成安裝工作。要注意的是，框架內(nèi)的框架護(hù)坡應(yīng)在框架施工完成后進(jìn)行。

4.2 防護(hù)網(wǎng)

4.2.1 工藝流程

清坡→放線→基礎(chǔ)施工→錨桿安裝→支撐繩安裝與調(diào)試→格柵的鋪掛→鋼網(wǎng)鋪掛與縫合→完善性工序。

4.2.2 施工方法

施工方法為：①清除斜坡上的表土和石塊。②放樣確定螺栓孔位置。③鉆清螺栓孔，注插螺栓并養(yǎng)護(hù)3天以上。④安裝支撐繩。張拉工作完成后，用2個(gè)或4個(gè)繩夾固定兩端連接錨桿外露環(huán)套[6]。⑤將格柵自上而下鋪設(shè)，縫好兩個(gè)格柵，并用支撐繩系好格柵。⑥鋼絲網(wǎng)是自上而下鋪設(shè)的，縫合并預(yù)張緊鋼絲網(wǎng)。用兩個(gè)繩夾固定縫合繩兩端并使其與網(wǎng)繩連接。于山體空腔內(nèi)部安裝一個(gè)旋壓預(yù)應(yīng)力柔性隨機(jī)錨桿，使其達(dá)到預(yù)緊系統(tǒng)的效果。

5 結(jié) 論

1)應(yīng)確保防護(hù)工程的施工過程是及時(shí)并且快速的，要盡量保證各級邊坡銜接是十分順暢；防護(hù)工程施工應(yīng)當(dāng)分層次進(jìn)行，保證自上而下進(jìn)行的原則，竣工后再進(jìn)行下一級施工保護(hù)工程的上層施工工作。

2)在進(jìn)行邊坡危巖清除工作時(shí)，應(yīng)派專人專門負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)觀察和監(jiān)測工作，確保作業(yè)上方無危巖，被清除的危巖墜落時(shí)不會(huì)對車輛、人員和動(dòng)物造成傷害。

3)在進(jìn)行錨桿護(hù)坡施工時(shí)，應(yīng)盡量保證巖質(zhì)邊坡與巖層傾角垂直，并用鉆機(jī)鉆至穩(wěn)定巖層區(qū)，插入錨桿，用水泥砂漿錨固，使邊坡巖體和可能發(fā)生滑動(dòng)的巖體與基巖結(jié)合。

4)錨桿鉆孔前，在考慮了設(shè)計(jì)要求和邊坡巖體情況的前提下，確定孔位并做好標(biāo)記。應(yīng)當(dāng)確保螺栓孔距誤差不超過15 cm，水泥砂漿螺栓孔深誤差不超過50 cm。

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