喀斯特地區(qū)公路反坡陡崖路段改擴建方案研究

田 華，楊 明，趙干順

(1.廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007；2.廣西北投公路建設(shè)投資集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

廣西、貴州和云南東部所在區(qū)域分布有大量石灰?guī)r和白云巖為主的碳酸鹽，是世界上最大的喀斯特地區(qū)之一。由于降雨豐沛有利于喀斯特發(fā)育，形成了多樣的地貌形態(tài)[1-2]。隨著雨水的不斷侵蝕和巖石的崩塌，逐漸形成底部脫空、上部懸空突出的反坡陡崖地貌，部分低等級公路由于歷史原因和造價控制，存在這樣的反坡陡崖路段，對公路運營安全造成較大危害。反坡陡崖路段的處理是公路改擴建方案確定的重要控制因素。

某舊路為四級公路，設(shè)計時速為20 km/h，路基寬4.5 m，處于廣西典型喀斯特地區(qū)。沿線出露基巖多為石炭系和泥盆系的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等，沿線地層主要有石炭系下統(tǒng)、中統(tǒng)和上統(tǒng)，泥盆系上統(tǒng)，其中以石炭系分布最廣。在K10+270～K10+560段有一處反坡陡崖路段。該公路擬改擴建為設(shè)計時速40 km/h，路基寬8.5 m的二級公路[3-5]。該路段的改擴建方案研究可以為類似喀斯特地區(qū)公路反坡陡崖路段的處理提供借鑒。

1 設(shè)計方案比選

K10+270～K10+560段為典型的喀斯特巖溶峰叢洼地地貌區(qū)，群峰挺立呈筍狀，互相間以基座相連。發(fā)育有較多的谷地和洼地，谷底有落水洞和溶洞。谷底標高為422 m，峰頂標高為782 m，舊路伴山而建，標高為542～561 m。該處舊路寬約4.5 m，最小平曲線半徑R為105 m，最大縱坡為11%。舊路左側(cè)為混凝土護欄，護欄外側(cè)為陡峭地面，自然橫坡約45°。舊路右側(cè)為1.2 m寬土質(zhì)水溝，深約0.3 m，已被掉落碎石和雜草堵塞。水溝外側(cè)坡面底部脫空、上部懸空突出，為白云質(zhì)灰?guī)r，巖體裂隙較發(fā)育，反坡陡崖段坡面高約60 m，整體自然橫坡為80°。反坡陡崖坡面上方有一高約10 m、自然橫坡為37°的較緩平臺。再往上則為高約65 m、自然橫坡為79°的陡崖。反坡陡崖段長約110 m[6]，針對該路段，提出了舊路左側(cè)加寬和右側(cè)加寬兩種方案進行比選。

1.1 舊路左側(cè)加寬改擴建方案

為避讓反坡陡崖路段，提出舊路左側(cè)加寬改擴建方案。該改擴建方案路中線平面位置相對舊路中線向左側(cè)偏移約5.1 m，標高降低約8.2 m。改擴建公路右側(cè)設(shè)置0.6 m寬、0.8 m深的漿砌水溝，0.5 m寬碎落臺后設(shè)置1∶0.1的挖方邊坡，坡頂為舊路路基邊緣。對既有舊路反坡陡崖處、新開挖邊坡坡面設(shè)置140 m長的主動防護網(wǎng)，掛網(wǎng)防碎石滾落。由于相對于舊路向左側(cè)偏移了約5.1 m，改擴建公路左側(cè)部分路段不可避免地填筑在45°自然橫坡上。由于無法填筑路基，根據(jù)橫斷面分別在K10+481～K10+499段設(shè)置了18 m長的混凝土路肩墻，K10+333～K10+397段、K10+421～K10+468段設(shè)置了111 m長的氣泡輕質(zhì)土路肩墻。如圖1、圖2所示。

圖1 左側(cè)加寬方案平面圖

圖2 左側(cè)加寬方案橫斷面圖(m)

1.2 舊路右側(cè)加寬改擴建方案

為徹底挖除舊路反坡陡崖段，提出舊路右側(cè)加寬改擴建方案，以改擴建后公路右側(cè)開挖邊坡坡頂至反坡陡崖以上的緩坡止、取消混凝土路肩墻和氣泡輕質(zhì)土路肩墻為原則。該改擴建方案路中線平面位置相對舊路中線向右側(cè)偏移約5.7 m，標高降低約8 m。改擴建公路右側(cè)設(shè)置0.6 m寬、0.8 m深的漿砌水溝，1.5 m寬碎落臺后設(shè)置1∶0.1的挖方邊坡。坡頂為舊路反坡陡崖上緩坡，在緩坡處設(shè)置178 m長的被動防護網(wǎng)攔截上方滾落碎石，在改擴建公路新開挖邊坡段設(shè)置290 m長的主動防護網(wǎng)。改擴建公路左側(cè)為零挖或者挖方路基，無須再設(shè)置擋墻。如圖3、圖4所示。

圖3 右側(cè)加寬方案平面圖

圖4 右側(cè)加寬方案橫斷面圖

1.3 方案比選

舊路左側(cè)加寬改擴建方案避讓反坡陡崖處，維持該處現(xiàn)狀，掛設(shè)主動防護網(wǎng)進行防護，同時，對新開挖邊坡也掛設(shè)主動防護網(wǎng)防護。該方案改擴建后公路右側(cè)開挖坡高約8 m，邊坡較低，運營風險較低，但仍然存在反坡陡崖處上部突出巖石崩塌墜落的風險。同時，需要設(shè)置18 m長的混凝土路肩墻和111 m長的氣泡輕質(zhì)土路肩墻。

氣泡輕質(zhì)土路肩墻施工工藝要求較高，施工難度較大。舊路右側(cè)加寬改擴建方案對反坡陡崖處徹底開挖清除，新開挖邊坡設(shè)置主動防護網(wǎng)，同時在坡頂設(shè)置被動防護網(wǎng)對更高處的碎石進行攔截。但改擴建公路開挖石方工程量較大，右側(cè)開挖邊坡高約70 m，邊坡高度較高，后期養(yǎng)護時主動防護網(wǎng)維護難度較大。本文對兩種方案的主要工程數(shù)量及造價進行了對比，如表1所示。

表1 兩種方案工程規(guī)模對比表

根據(jù)兩種方案比選，舊路右側(cè)加寬改擴建方案對反坡陡崖處徹底開挖清除，雖然造價增加144萬元，后期養(yǎng)護維護費用較高，但能徹底避免反坡陡崖進化發(fā)展時的崩塌落石，保證過往車輛及民眾通行的行車安全。最終推薦按舊路右側(cè)加寬改擴建方案實施。

2 施工實施方案

2.1 施工概況

按舊路右側(cè)加寬公路改擴建方案，右側(cè)挖方邊坡高度最高為70 m，需要進行專項爆破，爆破方量約7.6萬m3。該處東北側(cè)225 m處有零星廢棄民房，西側(cè)455 m處有民房，南側(cè)舊路位于半山腰，且南側(cè)有一條東北走向的10 kV高壓線，邊坡坡腳距高壓線水平最近距離137.3 m，北側(cè)為山地[7]。

2.2 施工方案

由于該處反坡陡崖段整體呈直壁狀，無法修筑便道供大型機械上到邊坡頂部進行作業(yè)。綜合考慮該高邊坡的整體地形、山體情況、設(shè)備及施工安全問題，在高邊坡上部采用人工吊裝簡單易拆裝的鉆機并依托有利的地形自上而下進行鉆孔作業(yè)，整體施工采用深孔臺階爆破、數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)路；同時為控制邊坡輪廓線，邊坡施工采用預(yù)裂爆破、數(shù)碼電子雷管和導(dǎo)爆索結(jié)合的混合起爆網(wǎng)路。

由于施工區(qū)域南側(cè)137.3 m有一條10 kV高壓線，需提前對其進行防護。在南側(cè)山腳應(yīng)開挖一道防護溝，溝深≥2 m，開挖的渣土堆排在外側(cè)，修筑成一道防護墻，以防止?jié)L石危害。為清理爆破場地，對于巖石較破碎，風化嚴重的軟石采用人工利用風鎬或機械，能挖除的先行挖除。邊坡頂部表層有易落碎石，爆破打孔前需清理。

該高邊坡整體采用深孔臺階爆破，根據(jù)深孔爆破要求，整體從西向東南推進，即背向高壓線方向，如圖6、圖7所示。前期因場地限制，無法修筑供大型機械上到邊坡頂部進行作業(yè)的便道，頂層采用深孔臺階爆破，因邊坡頂部高低起伏較大，頂層炮孔深6.2～10 m，炮孔間距為3～3.2 m，炮孔排距為2.8～3.0 m。頂層爆破形成平整臺階面后，邊坡主體下層開始采用10 m高度臺階爆破，孔深為11 m，孔距為3.2 m，排距為3.0 m。為控制爆破后坡面的平整度，邊坡控制線采用預(yù)裂爆破，預(yù)裂孔傾角為84°，預(yù)裂孔孔距為1.5 m，預(yù)裂孔與主爆區(qū)最后一排炮孔的孔口距離為2.0 m。該邊坡降低至第5、第6臺階時，因邊坡有反坡陡崖底部掏空現(xiàn)象，導(dǎo)致前排炮孔到自由面的距離變化較大，當臺階坡面上寬下窄時，如圖6和圖7，P1線所示臺階前排孔，在鉆孔過程中，嚴格控制炮孔的深度與角度，炮孔深度隨巖層厚度的變化而進行調(diào)整，確保抵抗線w在3.5～4 m。當臺階坡面呈中間薄、上下寬，如圖9、圖10中P2線所示臺階面時，前排炮孔中部由于抵抗線太小，炮孔中間抵抗線<3.5 m的位置不裝藥，用巖渣填塞中間段，炮孔底部跟上部正常裝藥。邊坡頂層削頂爆破高度為5～10 m，邊坡主體開挖爆破臺階高度為10 m，但因局部巖層厚度變化較大，臺階高度為5～10 m。爆后檢查完成后，使用機械對松動巖石、廢渣等進行清運。

圖5 施工區(qū)域環(huán)境影響圖

圖6 施工邊坡剖面劃分圖

圖7 炮孔臺階剖面及開挖順序圖(cm)

3 結(jié)語

本方案實施完成后，反坡陡崖地質(zhì)危害得到徹底清除，避免了上部突出巖石的崩塌墜落式危害，邊坡處理整體效果良好，公路運營期間未再發(fā)生崩塌落石情況。通過對典型喀斯特反坡陡崖路段公路改擴建方案進行行車安全、施工運維、工程造價等多要素比選研究，并提出具體的施工方案，總結(jié)出了該類公路地質(zhì)災(zāi)害處理方法，可以為類似喀斯特地區(qū)巖溶反坡陡崖地質(zhì)災(zāi)害處理提供借鑒。