高速公路設(shè)計(jì)中危巖處治方案研究

王 森

（中咨華科交通建設(shè)技術(shù)有限公司,北京 100195）

0 引言

隨著中國(guó)高速公路的快速發(fā)展，對(duì)于高速公路設(shè)計(jì)的研究日益深入。然而，高速公路設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)重要問(wèn)題是如何處理可能對(duì)公路運(yùn)行安全構(gòu)成威脅的危巖。危巖處理不當(dāng)可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，例如落石、滑坡等。因此，對(duì)于危巖的識(shí)別、評(píng)估及處理方法的研究具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。該文旨在針對(duì)高速公路設(shè)計(jì)中的危巖處理問(wèn)題進(jìn)行深入探討。該研究對(duì)四處可能影響高速公路運(yùn)行安全的危巖進(jìn)行了詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提出合理的處理建議，并探討各種處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)。為了確保危巖處理的長(zhǎng)期有效性，該研究還將探討位移監(jiān)測(cè)和應(yīng)急預(yù)案的制定。

1 危巖情況分析

1.1 危巖的定義和分類(lèi)

危巖是指可能對(duì)公路運(yùn)行安全性產(chǎn)生威脅的巖石，通常由于自然風(fēng)化、地質(zhì)活動(dòng)或人為活動(dòng)而變得不穩(wěn)定。根據(jù)其穩(wěn)定性和可能的威脅程度，危巖可以分為三類(lèi)：第一類(lèi)是即將發(fā)生崩塌或滑坡的巖石，這類(lèi)巖石的處理是高速公路設(shè)計(jì)的重要考慮因素；第二類(lèi)是由于地質(zhì)條件或天氣影響而可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的巖石，這類(lèi)巖石需要定期監(jiān)測(cè)和評(píng)估；第三類(lèi)是長(zhǎng)期穩(wěn)定但在特定情況下可能產(chǎn)生威脅的巖石，對(duì)這類(lèi)巖石的處理通常包括規(guī)劃防護(hù)措施和應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)危巖情況

1.2.1 危巖整體概況

北京市房山區(qū)某公路存在危巖崩塌風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，可能影響橋梁結(jié)構(gòu)及道路運(yùn)行安全的危巖共計(jì)4 處，按照從上到下、順時(shí)針編號(hào)，分布如圖1 所示。

圖1 危巖分布示意圖

總體來(lái)看，①～③號(hào)危巖均高于橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)高；④號(hào)危巖中部與橋梁持平。

1.2.2 四處潛在危巖情況概述及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

（1）①號(hào)危巖。整體呈梭形，頭部、根部均纖細(xì)，中部稍大；大里程方向，表面見(jiàn)新鮮剝落痕跡，發(fā)育有一條主控節(jié)理，上寬下窄，已基本貫通；小里程方向觀察，未見(jiàn)貫通的主控節(jié)理，但可見(jiàn)表面發(fā)育多條豎向裂隙，張開(kāi)寬度小于大里程觀測(cè)到的裂隙，且?guī)r體已被豎向裂隙及水平裂隙切割，呈堆疊碎塊狀，存在逐層剝落、掉塊的可能。如圖2 所示。

圖2 ①號(hào)危巖不同方向觀察示意

整體來(lái)看，①號(hào)危巖存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)理發(fā)育，主控裂隙近于貫通，應(yīng)處理。

（2）②號(hào)危巖。近似帶狀分布，巖體較厚，表面見(jiàn)新鮮剝落痕跡，左側(cè)與③號(hào)危巖為一體，底部已完全脫空，頂部少許裂縫，但張開(kāi)寬度較小，底部巖體見(jiàn)新鮮斷面，巖體完整性一般?，F(xiàn)場(chǎng)觀察知，其根部與基巖仍為一體，整體性較好。如圖3 所示。

圖3 ②號(hào)危巖不同方向觀察示意

整體而言，短期內(nèi)掉落可能性較小，但存在掉塊可能，甚至整體墜落的可能；③號(hào)危巖邊界條件更差，如③號(hào)危巖先行墜落，亦會(huì)惡化②號(hào)危巖狀態(tài)，甚至直接導(dǎo)致其掉落。

（3）③號(hào)危巖。整體呈倒棱錐狀，上部大小較為均衡，底部纖細(xì)，目測(cè)其投影與橋梁重疊；大里程方向可見(jiàn)新鮮剝落痕跡，主控裂隙基本貫通，無(wú)填充，僅余根部與基巖相連，但根部巖體糜碎，從巖壁整體結(jié)構(gòu)看，屬軟弱夾層，且根部與上部已形成反坡，整體外傾，屬典型的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。如圖4 所示。

圖4 ③號(hào)危巖不同方向觀察示意

該危巖體存在墜落可能，其可能的墜落模式為豎向整體墜落，或以某一點(diǎn)為軸，向外傾倒，兩種墜落方式均可能對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)、附屬設(shè)施及行車(chē)安全造成影響，須處理。

（4）④號(hào)危巖。整體呈倒柱狀，表面見(jiàn)剝落痕跡，大里程方向可見(jiàn)主控裂縫貫通直至根部，根部與基巖連接呈“座椅”型，且連接面外傾；因豎向、水平向裂隙切割，巖體表面呈碎塊狀。如圖5 所示。

圖5 ④號(hào)危巖不同方向觀察示意

該巖體存在掉塊、整體墜落可能，應(yīng)處理。

2 危巖處治方案及其應(yīng)用

2.1 危巖處治方案探究

在實(shí)際的高速公路設(shè)計(jì)中，危巖處理方案的選擇與應(yīng)用是極其重要的一環(huán)。設(shè)計(jì)師需要充分了解和評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件，根據(jù)巖石的穩(wěn)定性、裂隙分布、地質(zhì)構(gòu)造等因素，選取最合適的處治方案[1]。在這個(gè)過(guò)程中，還需要考慮工程的經(jīng)濟(jì)性、施工的可行性以及對(duì)環(huán)境的影響等因素。

對(duì)于一些穩(wěn)定性較好，只存在落石風(fēng)險(xiǎn)的危巖，通常選擇采用柔性防護(hù)網(wǎng)覆蓋。這種方法施工便捷，成本相對(duì)較低，對(duì)環(huán)境影響小。對(duì)于穩(wěn)定性較差、存在整體崩塌風(fēng)險(xiǎn)的危巖，通常選擇采用鋼筋混凝土柱式支撐或者重力式擋土墻支撐和危巖圍護(hù)加固。這些方法雖然施工難度和成本較高，但是可以顯著提高危巖的穩(wěn)定性，保證道路的安全運(yùn)行。

在實(shí)際操作中，還需要注意以下幾點(diǎn)：一是在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)充分調(diào)查和研究現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件，提前預(yù)測(cè)和識(shí)別危巖，避免在施工過(guò)程中出現(xiàn)意外情況；二是在施工階段，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，避免因施工質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的安全事故；三是在運(yùn)行階段，應(yīng)定期進(jìn)行巡查和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

2.2 危巖處治應(yīng)用分析

2.2.1 采用柔性防護(hù)網(wǎng)覆蓋

對(duì)于所有的危巖，該研究建議采用柔性防護(hù)網(wǎng)覆蓋。如圖6 所示，柔性防護(hù)網(wǎng)是由高強(qiáng)度的鋼絲編織而成，其網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)可以捕獲落石，而其彈性特性則可以吸收落石的沖擊力，從而防止落石對(duì)道路的沖擊。在實(shí)際應(yīng)用中，柔性防護(hù)網(wǎng)通常安裝在邊坡的上部，以形成一個(gè)防護(hù)帶，防止落石滾入道路。這種覆蓋式引導(dǎo)防護(hù)系統(tǒng)可以有效地約束和引導(dǎo)落石的路徑和范圍，從而降低落石對(duì)道路運(yùn)行安全性的威脅。

圖6 引導(dǎo)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)示意

在現(xiàn)代交通工程中，柔性防護(hù)網(wǎng)覆蓋已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于邊坡防護(hù)工程中，特別是在復(fù)雜的地理環(huán)境和地質(zhì)條件下，其出色的防護(hù)性能和施工便利性受到了工程師們的高度贊譽(yù)[2]。柔性防護(hù)網(wǎng)覆蓋通過(guò)物理方式改變落石運(yùn)動(dòng)軌跡，可有效避免落石對(duì)道路的沖擊。這種覆蓋式引導(dǎo)防護(hù)系統(tǒng)可以有效地約束和引導(dǎo)落石的路徑和范圍，從而降低落石對(duì)道路運(yùn)行安全性的威脅。其主要優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，不僅可以覆蓋裸露的巖石表面，還可以覆蓋植被繁茂的邊坡，為道路交通安全保駕護(hù)航[3]。

2.2.2 鋼筋混凝土柱式支撐

對(duì)于形狀較大、穩(wěn)定性較差的危巖，如②號(hào)危巖，該研究建議采用鋼筋混凝土柱式支撐。這種支撐方法工作原理是通過(guò)建立一個(gè)結(jié)構(gòu)體系，分擔(dān)和傳遞巖石的重力，從而增加巖石的穩(wěn)定性。在具體施工過(guò)程中，先在巖石的下部鉆孔，然后將鋼筋和混凝土注入孔內(nèi)，形成支撐柱。一旦硬化，這些支撐柱就可以有效地防止巖石的下滑和傾倒，這樣可以提高巖石的穩(wěn)定性，減少其掉塊和墜落的可能性。鋼筋混凝土作為一種優(yōu)良的建筑材料，其高強(qiáng)度、抗壓性能強(qiáng)、耐久性好等特點(diǎn)使其在危巖支撐中得到了廣泛應(yīng)用[4]。

2.2.3 重力式擋土墻支撐和危巖圍護(hù)加固

對(duì)于③號(hào)和④號(hào)危巖，可采用重力式擋土墻支撐和危巖圍護(hù)加固。通過(guò)漿砌片石或片石混凝土，逐級(jí)砌筑重力式擋土墻，直至合適位置后，采取鋼筋混凝土柱或擋墻直接到危巖根部。墻頂與根部之間的空隙，應(yīng)關(guān)注水泥漿等膠凝材料填充密實(shí)，以增加整體穩(wěn)定性和安全性。重力式擋土墻的設(shè)計(jì)原理是利用自身的重力對(duì)土體進(jìn)行擋持，使土體保持穩(wěn)定[5]。對(duì)于斜坡較大、土體穩(wěn)定性差的地段，重力式擋土墻具有顯著的工程效果。

3 施工安全管理

在危巖處理的施工過(guò)程中，安全管理的重要性不可忽視。由于危巖處理通常涉及高空作業(yè)，因此存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，必須制定一份專(zhuān)項(xiàng)施工組織方案，明確各個(gè)工作環(huán)節(jié)的安全要求、操作步驟和責(zé)任人。這份方案必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的評(píng)審和審批，確保其合理性和可行性，只有在方案獲得批準(zhǔn)后，才能進(jìn)行施工。

施工過(guò)程中，還必須確保所有的工程設(shè)施，如基礎(chǔ)、錨固件等都安裝在穩(wěn)定的基巖之上。不得隨意在危巖體上進(jìn)行打孔等作業(yè)，以避免引發(fā)危巖的不穩(wěn)定或崩塌。對(duì)于施工中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)情況，如巖石的不穩(wěn)定移動(dòng)、工人的不安全行為等，也需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)干預(yù)。

此外，施工單位還需要建立完善的安全教育和培訓(xùn)體系，確保所有參與危巖處理施工的工人都充分理解并遵守安全規(guī)程，增強(qiáng)安全意識(shí)和自我保護(hù)能力。

總之，無(wú)論是在施工準(zhǔn)備階段還是施工執(zhí)行階段，都需要嚴(yán)格的安全管理，以確保危巖處理的施工過(guò)程既高效又安全。

4 位移監(jiān)測(cè)和應(yīng)急預(yù)案

在危巖處理過(guò)程中，位移監(jiān)測(cè)和應(yīng)急預(yù)案的制定至關(guān)重要。所有危巖體都應(yīng)裝配位移監(jiān)測(cè)設(shè)備，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微小位移，并在檢測(cè)到異常時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)。此外，危巖體應(yīng)納入地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)管理。

應(yīng)急預(yù)案需覆蓋各種異常情況，如危巖位移超出閾值、地震或嚴(yán)重氣候條件，設(shè)定預(yù)警啟動(dòng)條件和流程，指定責(zé)任人，明確通信和報(bào)告方式，以及動(dòng)員和協(xié)調(diào)資源的策略。

預(yù)案的關(guān)鍵部分是應(yīng)急措施。可能需要采取的措施包括交通分流、道路阻斷、緊急撤離等。這些措施的制定要充分考慮道路交通流量、周邊環(huán)境條件，以及可能的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)影響。

位移監(jiān)測(cè)和應(yīng)急預(yù)案的制定為應(yīng)對(duì)危巖挑戰(zhàn)提供了預(yù)警時(shí)間和有效應(yīng)對(duì)策略，以最大程度地降低危巖對(duì)道路運(yùn)行安全的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

該研究通過(guò)詳細(xì)分析高速公路設(shè)計(jì)中四處可能影響道路運(yùn)行安全的危巖情況，并提出了針對(duì)性的處治方案，希望這些處理方案可以為高速公路設(shè)計(jì)中的危巖處理決策提供科學(xué)依據(jù)。危巖處理方案的選擇需要考慮許多因素，包括地質(zhì)條件、施工條件、經(jīng)濟(jì)效益等，因此在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要進(jìn)行綜合考慮和優(yōu)化。