典型巖溶區(qū)危巖地質(zhì)災(zāi)害防治措施研究

葛 莎，姜盛騫

（1.湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411101； 2.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣西 桂林 530029）

危巖在巖溶地區(qū)分布廣泛，并且多處呈現(xiàn)獨(dú)立巖峰的形式，危巖一般所處地勢(shì)較高，在崩塌災(zāi)害區(qū)，危巖體穩(wěn)定性普遍較差[1]。不利的氣候條件、植物根劈作用及人工活動(dòng)等因素對(duì)其穩(wěn)定性影響顯著，隨著各影響因素的綜合作用，危巖的穩(wěn)定性將愈差，最終將導(dǎo)致危巖巖石崩塌地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象的發(fā)生。一旦危巖發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害，將威脅人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，危害程度大，危險(xiǎn)性大。實(shí)現(xiàn)對(duì)危巖體防災(zāi)減災(zāi)的控制，要降低或消除危巖地質(zhì)災(zāi)害給周邊帶來(lái)的潛在威脅，危巖的治理工作需根據(jù)其自然及工程環(huán)境，制定相應(yīng)的治理措施。

本文以陽(yáng)朔縣碧蓮洞危巖為例，根據(jù)治理的原則和依據(jù)，針對(duì)不同類(lèi)型和不同發(fā)育程度的危巖制定相應(yīng)的治理方案，對(duì)同類(lèi)地區(qū)危巖地質(zhì)災(zāi)害的控制和分析有一定的借鑒作用[2-4]。

1 典型危巖防治措施

1.1 危巖靜態(tài)爆破清除

靜態(tài)爆破技術(shù)是采用靜態(tài)爆破或控制爆破，結(jié)合人工清除治理的手段，對(duì)危巖整體或局部進(jìn)行清除，將危險(xiǎn)性較大的危巖體逐步分解，再逐步清除。危巖體清除的同時(shí)要配合施工檢測(cè)，避免由于爆破活動(dòng)產(chǎn)生新的不穩(wěn)定因素。應(yīng)當(dāng)充分論證清除后的危巖情況，再開(kāi)始著手危巖體清除工作，考慮對(duì)母巖的損傷情況。一般而言，靜態(tài)爆破技術(shù)應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

1.2 人工清除危巖

人工清除危巖是指對(duì)危巖體坡面的小碎巖塊、落石及滾石進(jìn)行排查與清除[5]。在清除的過(guò)程中，SRT 單繩技術(shù)常被用來(lái)進(jìn)行邊坡調(diào)查，并排查清除坡面小塊巖石及滾石。另外，還需對(duì)存在危險(xiǎn)性的巖石進(jìn)行調(diào)查。采用人工清除危巖，應(yīng)當(dāng)在排查范圍內(nèi)對(duì)拉網(wǎng)式危巖進(jìn)行排查，并噴漆標(biāo)記，對(duì)于體形較大危巖（直徑大于80cm），排查時(shí)要盡可能對(duì)其大小規(guī)模、可能崩落方向進(jìn)行了解，并拍照且直接在危巖體上噴漆編號(hào)。

1.3 被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)

被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)治理危巖的措施包括攔網(wǎng)、攔石柵欄、落石平臺(tái)、落石槽等。被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的柔性和靈活性使其能夠很好地符合危巖處理工作，適用于各種復(fù)雜的地形地貌環(huán)境，可通過(guò)逆作法施工或平行作業(yè)實(shí)現(xiàn)同步或超前于土石方主體工程的施工。當(dāng)斷崖或坡體局部巖體數(shù)量較多、形體復(fù)雜、零散多樣時(shí)，被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)技術(shù)適用于遇到治理難度較大、不便于其他大范圍作業(yè)的情況。對(duì)于內(nèi)部軟弱層經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化、雨水沖刷、浸泡、溶蝕等情況產(chǎn)生支點(diǎn)縮進(jìn)的危巖體，可采用噴錨掛網(wǎng)護(hù)坡，同樣對(duì)于崩塌危巖體不穩(wěn)定巖體的臨空區(qū)域噴錨掛網(wǎng)護(hù)坡支護(hù)效果也很好[6]。

1.4 混凝土裂縫封填原地固化

通過(guò)對(duì)危巖災(zāi)害點(diǎn)采用部分卸荷清除，采取混凝土砂漿加固危巖的措施，可實(shí)現(xiàn)危巖治理的較好效果。危巖體穩(wěn)定性劣化的重要影響因素是巖腔形成和擴(kuò)展，為防止地表水從裂隙下滲，產(chǎn)生對(duì)危巖體中弱軟夾層的浸泡和軟化作用，通常采用混凝土裂縫封填的方法，以阻止風(fēng)化作用下的巖腔擴(kuò)展，有效封閉軟弱巖層，阻止軟弱夾層風(fēng)化新危巖的產(chǎn)生，并支撐巖體。

1.5 砂漿錨桿加固

砂漿錨桿加固危巖是指在清除危巖后，為確保整塊危巖體的穩(wěn)定性，對(duì)大塊、穩(wěn)定系數(shù)低、平緩的危巖采取錨固措施。以設(shè)計(jì)要求為依據(jù)，將危巖所有錨桿在工作范圍均勻分布，盡可能在巖石較完整區(qū)段布點(diǎn)。如遇因危巖周邊界限不明或其它情況而導(dǎo)致錨桿定位困難時(shí)，需立即采取措施。

1.6 鋼筋混凝土墻支撐加固

鋼筋混凝土墻支撐加固常用于在局部治理中的大面積、大量清除工作，而嚴(yán)重影響危巖體的穩(wěn)定的情況。對(duì)于一般危巖的巖石局部裂隙，也可采用混凝土巖腔及裂縫封填護(hù)坡的施工措施。在一些情況下，對(duì)于危巖體下部因各種因素導(dǎo)致存在不安全因素，如向坡內(nèi)凹陷的巖腔。若巖腔底部為中風(fēng)化基巖，其穩(wěn)定性通常較好，當(dāng)危巖體的重心位于巖腔中心線內(nèi)側(cè)，此類(lèi)情況，宜采取鋼筋混凝土墻支撐加固技術(shù)措施進(jìn)行危巖的治理，此方法對(duì)于錯(cuò)斷式危巖體及部分滑移式危巖體能起到較好的效果，有時(shí)還可采用將支撐體底部設(shè)置成內(nèi)傾斜或臺(tái)階的方式。

此外，還可采用混凝土噴漿護(hù)坡、漿砌片石支撐加固、嵌入式光纖復(fù)合FRP 智能錨桿等危巖治理措施。確定危巖的治理方案，一般要根據(jù)危巖區(qū)域的工程環(huán)境情況，結(jié)合危巖周邊地質(zhì)環(huán)境條件及其基本特征、破壞失穩(wěn)方式等，綜合考慮治理效果的整體性、持久性、對(duì)危巖穩(wěn)定性的影響程度、費(fèi)用等因素，防治結(jié)合，綜合治理，消除危巖地質(zhì)災(zāi)害隱患[7]。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

危巖帶地處廣西壯族自治區(qū)陽(yáng)朔縣碧蓮洞峰林谷地地貌區(qū)，山體表面溶蝕裂隙及溶溝槽將巖體切割，巖體被分割成塊體，山頂巖石多呈塊狀，部分巖石呈懸空狀，部分巖塊產(chǎn)生松動(dòng)或已經(jīng)出現(xiàn)位移，形成具滑移或墜落式崩塌趨勢(shì)的危巖體。該區(qū)域巖溶裂隙水主要賦存于溶蝕裂隙中及溶洞中，排泄形式多為地下河。大氣降雨對(duì)山體表面形成連通沖刷裂隙。碧蓮洞進(jìn)洞口處危巖帶分布在西峰山體的西面陡坡，危巖體呈不規(guī)則狀，表面破碎，危巖體W1 尺寸為3.5×3×0.6，高程136m，相對(duì)高差14m，主崩方向?yàn)?22°，危巖體W2 尺寸為2.5×4×1，高程134m，相對(duì)高差12m，主崩方向?yàn)?23°。

2.2 治理方案

2.2.1 靜態(tài)爆破清除

本項(xiàng)目靜態(tài)爆破工程布置：自上而下，逐層逐步由危巖頂部向下鉆孔、破碎，隨后對(duì)巖塊進(jìn)行清理，清除后，將殘余危巖塊體運(yùn)送至安全地帶，以避免因人工作業(yè)導(dǎo)致次生災(zāi)害的發(fā)生。當(dāng)危巖清除完畢，封填危巖體本身周邊及因人工作業(yè)而造成的裂縫，以免造成危巖體的不穩(wěn)定危害發(fā)生。本次治理中，共有2處?kù)o態(tài)爆破清除的危巖體的設(shè)計(jì)。這些危巖體一部分為浮石，另一部分為相對(duì)完整的巖體（周?chē)严遁^少），施工時(shí)對(duì)周邊危巖的影響較小，危巖體在清除過(guò)程中對(duì)母巖的穩(wěn)定性影響不大。

靜態(tài)爆破臨時(shí)錨桿設(shè)計(jì)：臨時(shí)錨桿間距控制在0.5m～2.0m。間距過(guò)大，導(dǎo)致單根錨桿承載力集中；間距太小，可能發(fā)生群錨效應(yīng)而降低錨固力。相鄰錨桿間距小于1.5m 時(shí)，通過(guò)改變其安設(shè)角，使其錨固段錯(cuò)開(kāi)?？紤]危巖體的潛在破壞方向，確定錨桿安設(shè)角，傾角避開(kāi)與水平方向成-10～+10°的范圍。采用Φ20mm 高強(qiáng)螺紋鋼筋臨時(shí)錨桿，錨固段長(zhǎng)度不小于0.6m，采用M30水泥砂漿進(jìn)行充填。

其中：

P 為錨桿的極限錨固力。

La為錨桿錨固段長(zhǎng)度。

d 為錨桿錨固體的直徑。

qS為錨桿體表面與周?chē)鷰r體間的粘結(jié)強(qiáng)度，此處計(jì)算取1500KPa。

其中，K 為安全系數(shù)，臨時(shí)巖石錨桿設(shè)計(jì)值取1.5。

臨時(shí)錨桿結(jié)構(gòu)類(lèi)型采用全粘結(jié)圓柱形，取Φ20mm的高強(qiáng)螺紋鋼筋設(shè)計(jì)拉桿，孔徑42mm，用M30 水泥砂漿進(jìn)行充填，砂漿與周?chē)鷰r體之間的粘結(jié)強(qiáng)度，此處取1500KPa。臨時(shí)錨桿桿體截面面積計(jì)算，如下：

其中：

Kt為錨桿桿體抗拉安全系數(shù)，取1.6。

Nt為錨桿的軸向拉力設(shè)計(jì)值。

FyK為錨桿鋼筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，取400MPa。

本工程中，錨桿的軸向拉力設(shè)計(jì)值Nt，經(jīng)計(jì)算得最高為79.12KN，本設(shè)計(jì)軸向拉力取50KN，由上式計(jì)算得As≥200.0mm2，即桿件直徑D≥16.0mm，工程統(tǒng)一采用Φ20 高強(qiáng)螺紋鋼筋（HRB335），滿足設(shè)計(jì)要求，具體設(shè)計(jì)時(shí)桿件抗拉強(qiáng)度不做驗(yàn)算。

錨固段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)值：

錨固段長(zhǎng)度進(jìn)入完整基巖不低于0.60m，錨桿的錨固長(zhǎng)度等于錨固段長(zhǎng)度和危巖體厚度相加。臨時(shí)錨桿數(shù)量n 根據(jù)危巖體加固所需的加固力T（采用危巖體的重力大小作為需施加錨固力；對(duì)于體積大于200m3的危巖體，以危巖體的質(zhì)量（危巖體的自重）作為下滑力進(jìn)行計(jì)算），單根臨時(shí)錨桿設(shè)計(jì)錨固力Nt，按式n=T/Nt確定，考慮到臨時(shí)錨桿分布的均勻性及施工穩(wěn)定性，每塊危巖體臨時(shí)錨桿數(shù)量不少于4 根。靜態(tài)爆破工程量考慮靜態(tài)爆的危巖多為浮石或者周?chē)鷰r體穩(wěn)定性好，危巖清除過(guò)程中對(duì)周?chē)r擾動(dòng)小。

2.2.2 主動(dòng)網(wǎng)網(wǎng)固

主動(dòng)網(wǎng)網(wǎng)固危巖主要用于大部已脫離母巖，底部有部分支撐，穩(wěn)定性差的危巖體，這類(lèi)危巖體通常危險(xiǎn)性較大，也常用于經(jīng)靜態(tài)爆破清除處理后，危巖體周邊圍巖有松動(dòng)的情況。采用這種方式進(jìn)行防治的有1號(hào)危巖帶及1 號(hào)危巖點(diǎn)。

錨桿布設(shè)：對(duì)于錨固要錨固的危巖，按1m～3m 間距布設(shè)錨桿。錨桿間距過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致單根錨桿承載力集中；間距太小，可能發(fā)生群錨效應(yīng)而降低錨固力。相鄰錨桿間距小于1m 時(shí)，通過(guò)改變其安設(shè)角，使其錨固段錯(cuò)開(kāi)。本次設(shè)計(jì)錨桿傾角取20°。

錨桿極限錨固力是計(jì)算：設(shè)計(jì)采用的錨桿類(lèi)及填充料同上靜態(tài)爆破時(shí)一致。錨桿極限錨固力（每米）計(jì)算代入式（1）、（2）如下：

錨桿設(shè)計(jì)錨固力的計(jì)算：Nt=P/K=353.25/3=117.75KN

錨桿結(jié)構(gòu)類(lèi)型：錨桿結(jié)構(gòu)類(lèi)型采用全粘結(jié)圓柱型，鋼筋采用高強(qiáng)螺紋鋼筋（HRB335），錨桿桿體截面面積代入式（3）、（4）。

錨固段長(zhǎng)度進(jìn)入完整基巖不低于1.44m，取值2m。錨桿長(zhǎng)度為危巖體厚度與錨固段長(zhǎng)度之和即為錨桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)值。

2.2.3 被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)

由于出洞口調(diào)查區(qū)山體沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的危巖體，山腳處發(fā)現(xiàn)的最大堆積巖塊，單塊體積不超過(guò)3m3，現(xiàn)在在山頂處（與地面相對(duì)高差130m）模擬存在一塊體積為3m3的危巖體，分析危巖破壞后的運(yùn)動(dòng)。治理區(qū)內(nèi)，坡腳碧蓮洞出洞口為受巖體破壞影響較大的區(qū)域，此處基巖出露地段的坡度角均大于45°，在危巖體出現(xiàn)變形破壞后，坡腳聚集較多跳躍或自由崩落及滾動(dòng)下落的石塊，最后堆積過(guò)多而滾入坡下洞口。

采用MC 200/A0 型陡壁被動(dòng)網(wǎng)方案，主要針對(duì)出洞口處的危巖隱患進(jìn)行防護(hù)，出洞口直接位于山體陡壁的正下方山腳處，無(wú)危巖崩塌緩沖區(qū)域，危巖隱患點(diǎn)具有隱蔽性好，體積小等特點(diǎn)，大部分在0.75m3～3m3之間，危巖體積小易于被動(dòng)網(wǎng)攔截，采用陡壁被動(dòng)網(wǎng)（垂直于坡面）在位于坡腳處出洞口上方進(jìn)行攔截，基本能達(dá)到危巖防治的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

典型巖溶區(qū)的特殊氣候條件、地質(zhì)環(huán)境、植物根劈作用或人為工程活動(dòng)等因素對(duì)危巖崩塌巖體穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響，巖溶區(qū)危巖地質(zhì)災(zāi)害的治理措施主要包括：危巖靜態(tài)爆破技術(shù)、鋼筋混凝土墻支撐加固、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、砂漿錨桿加固危巖、人工清除危巖、漿砌片石支撐加固、混凝土裂縫封填原地固化等方法進(jìn)行處理。文章以陽(yáng)朔縣碧蓮洞進(jìn)出洞口危巖為例，采用靜態(tài)爆破清除、主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)結(jié)合MC 200/A0 型陡壁被動(dòng)網(wǎng)方案進(jìn)行綜合治理，對(duì)危巖崩塌災(zāi)害起到了較好的防護(hù)效果。