高原大風(fēng)地段公路施工中地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)研究

陳惠光

摘要 高原大風(fēng)地段經(jīng)常遇到崩塌、滑坡、地面沉降、泥石流等各類地質(zhì)災(zāi)害問題，文章就高原大風(fēng)地段公路施工中的地質(zhì)災(zāi)害開展防治技術(shù)研究。通過強化地質(zhì)勘察，掌握施工區(qū)域地質(zhì)條件和災(zāi)害特點，制定針對性的防護措施；在施工過程中，盡量避免對斜坡進行大規(guī)模的人工開挖和改造，以免破壞原有的穩(wěn)定性；對可能發(fā)生崩塌、滑坡等災(zāi)害的區(qū)域，采取支擋、加固和排水等措施，減小災(zāi)害發(fā)生的可能性，加強地質(zhì)監(jiān)測和預(yù)警，及時發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害。對實際工程的測試表明，5個觀測點中的地面沉降量始終保持在8 mm以內(nèi)；10個監(jiān)測點中的位移量始終在20 mm以內(nèi)，沉降量和位移量都在安全范圍內(nèi)，取得了較好的地質(zhì)災(zāi)害防治效果。

關(guān)鍵詞 高原地區(qū)；大風(fēng)地段；公路施工；地質(zhì)災(zāi)害；路基邊坡；防治技術(shù)

中圖分類號P642文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）07-0060-04

0 引言

高原大風(fēng)地段的交通公路建設(shè)中，由于自然環(huán)境惡劣且大風(fēng)天氣頻繁，會給施工帶來極大的挑戰(zhàn)和困難，如何采取有效的地質(zhì)災(zāi)害防治措施是保障公路施工順利進行的重要課題。在施工過程中，要充分了解施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件，掌握地層結(jié)構(gòu)情況，為制定科學(xué)合理的施工方案提供依據(jù)。通過實時監(jiān)測邊坡和路面的穩(wěn)定性，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，為施工人員提供準確的預(yù)警信息。為了確保施工安全、環(huán)境保護和工程質(zhì)量的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，需要不斷探索和創(chuàng)新地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)，確保工程項目安全有序地推進[1]。在高原大風(fēng)地段公路建設(shè)施工中，由于對地質(zhì)條件的適應(yīng)性有限，傳統(tǒng)技術(shù)難以全面考慮各種因素的影響，無法及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，導(dǎo)致防治效果不佳。不僅影響了施工效率和建設(shè)質(zhì)量，也給施工安全和環(huán)境保護帶來了潛在風(fēng)險。為了保證高原大風(fēng)地段公路建設(shè)施工效果，該文以地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)為研究對象，并結(jié)合實際工程項目進行分析。

1 高原地區(qū)道路施工地質(zhì)災(zāi)害種類及防治

地質(zhì)災(zāi)害是大自然的自發(fā)運動以及人類活動導(dǎo)致的，對人們生活及工程建設(shè)活動產(chǎn)生重要影響，其特性包括突發(fā)性、高頻性、密集性以及持續(xù)改變性。在道路建設(shè)施工過程中，對于各類地質(zhì)災(zāi)害的防治技術(shù)一般涉及多個不同的學(xué)科領(lǐng)域，包括土木工程、巖土工程、地質(zhì)災(zāi)害學(xué)、環(huán)境科學(xué)等，涵蓋了道路工程的設(shè)計、施工、監(jiān)測、管理等方面，尤其是在高原大風(fēng)地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害的種類主要包括崩塌、滑坡、泥石流以及地震等自然災(zāi)害[2]。

1.1 崩塌災(zāi)害及防治技術(shù)

崩塌是指由于自然因素或人為活動導(dǎo)致的山體、巖石或土體的不穩(wěn)定和破壞，進而引起的物質(zhì)下落現(xiàn)象，在高原大風(fēng)地段，這類地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象通常較多發(fā)生在陡峭的斜坡、峭壁或裂縫發(fā)育的巖石區(qū)域。在崩塌碎落發(fā)生區(qū)，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，導(dǎo)致巖石和土壤的穩(wěn)定性較差，區(qū)域內(nèi)的土壤和巖石可能會因為自然侵蝕、水文變化或者重力作用而發(fā)生移動或下滑[3]。如果再遇到強降雨、地震或人為振動等外部擾動，原本不穩(wěn)定的斜坡更加容易發(fā)生崩塌，導(dǎo)致大量土石松動甚至坍塌，會給公路建設(shè)施工造成重大安全隱患。高原地區(qū)公路邊坡不良地質(zhì)崩塌如圖1所示。

高原大風(fēng)地段公路建設(shè)施工中，當路基為高填土?xí)r，由于外部地質(zhì)力或地下水滲漏，路基很容易發(fā)生塌方等災(zāi)害。針對這些問題，通常采用以下方法：用鉆機在高填土上適當位置鉆孔進行成排鋼管樁施工，注入純水泥漿，對高層進行注入固結(jié)，增強高填土的穩(wěn)定性，防止發(fā)生崩塌。對于邊坡上懸有危石，但地基條件較好及巖體較完整的情況，一般采用鋼筋混凝土柱支護進行加固，提高危險巖石的穩(wěn)定性，防止倒塌。對于較陡的柱坡，如果無法采用砂漿支撐邊坡且也不能刷坡時，可采用鋼筋混凝土柱進行支撐，防止山體滑坡。對于路基以上局部邊坡塌陷，可采用內(nèi)用干碎石料和表層水泥砂漿碎石進行修復(fù)的方式，提高邊坡的完整性和穩(wěn)定性。對于邊坡危巖底部巖體高大，無條件支護或支撐，且兩端有基礎(chǔ)的情況，可在危巖下方設(shè)置梁對危巖進行支撐，提高邊坡中危險巖石的穩(wěn)定性。如果巖層抗風(fēng)化性能較差，為防止邊坡開挖后加速巖石脫落，可采取水泥砂漿覆蓋措施進行防護，同時設(shè)置擋土墻提供保護，增加巖層的耐候性，防止石塊剝落和掉落。在公路兩側(cè)坡度較大的山區(qū)，可采用棚屋將落石路徑與路面隔離，洞頂填有砂石混合料作為緩沖層，起到防止巖石墜落的作用，確保了道路施工安全。

1.2 滑坡災(zāi)害及防治技術(shù)

邊坡的穩(wěn)定性是決定山體垮塌、山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害是否發(fā)生的關(guān)鍵因素，提高邊坡穩(wěn)定性至關(guān)重要，也是實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害管理效果顯著提升的必要條件。針對滑坡體的不同形式，一般可以采取加強排澇、圬工保護、綜合預(yù)防和改善滑坡體表面巖土狀況等整治措施。其中，高原地區(qū)的邊坡穩(wěn)定性主要受巖石構(gòu)造和巖土成分影響，主要包括沖刷巖、黏土、石英、泥灰?guī)r、風(fēng)化巖、滑石等多種類型巖石[4]。由于巖土構(gòu)造具有復(fù)雜性，巖石的完好狀態(tài)與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而黏土填充物和破碎巖石的存在，具有極易溶解的特點，會受到氣候的影響而減少自身的風(fēng)阻力。如果這些區(qū)域積水，其抗剪能力就會下降，導(dǎo)致巖體中出現(xiàn)空洞，進而導(dǎo)致滑坡問題的發(fā)生。高原區(qū)域山體滑坡形成要素如圖2所示。

在高原大風(fēng)地段公路建設(shè)施工中，滑坡治理主要是排水支擋，設(shè)置明溝等阻斷地下水補給，通過在地表設(shè)樁錨固等方式，提高滑坡的穩(wěn)定性。要采取必要的地表排水措施，防止水從邊坡流入滑坡區(qū)，通過設(shè)置集水溝的形式收集從坡頂流向斜坡的水，通常在距離可能發(fā)生滑坡的邊界5 m處設(shè)置一條環(huán)形集水溝。對于泉水裸露的滑坡，要建設(shè)滲溝與明溝相結(jié)合的引水渠，在地表水滲漏的地區(qū)也可以修建隔離墻阻斷水的沖刷。同時，需要設(shè)立滯水盲溝，溝底應(yīng)在滑面下方埋設(shè)防水層，還需要設(shè)置反濾層并修建砂漿隔水墻。針對地下水埋藏較深，地質(zhì)條件惡劣易發(fā)生滑坡的區(qū)域，可以通過布置溝槽和防滑樁的形式，將部分樁置于滑坡端部較薄的前部穩(wěn)定層中，利用錨固作用和抗滑段的抗滑力，既可以抵抗山體滑坡，也減少了防滑樁的應(yīng)力作用[5]。如果抗滑坡樁不足以抵抗滑坡力，則需要多設(shè)幾排，有效地抵抗滑坡。在地表設(shè)樁，將預(yù)應(yīng)力鋼筋固定在滑坡面以下的巖層中，通過錨固提高滑坡的穩(wěn)定性，通過注入漿液到樁體中，調(diào)節(jié)滑坡帶土體的性質(zhì)，增加樁體強度，提升抗滑力，還可以采用生物保護法，例如種植適宜的花草使得土壤固結(jié)，提升護坡效果。

1.3 泥石流災(zāi)害及防治技術(shù)

在高原大風(fēng)地段公路施工中對泥石流災(zāi)害開展防治措施，利用鉆機在高填土上適當位置鉆孔進行成排鋼管樁施工，注入純水泥漿以對坡體高層進行固結(jié)。洞頂填有砂石混合料作為緩沖層，并能引導(dǎo)泥石流沿預(yù)定路徑快速穿越道路，既可以保護道路設(shè)備免受滑坡?lián)p壞，也保障了道路交通的安全。為了使泥石流能夠順利流過排水導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，防止其堵塞排水導(dǎo)流道并直接沖向坡腳，當泥石流通過排水導(dǎo)槽時，要提前控制位置勢能的變化與泥石流運動過程中能量損失和動能增益之和的關(guān)系[6]，計算表達式為：

式中，g——重力加速度；v0——泥石流運動速度；q——泥石流的能量損失；ΔH——位置變化量。根據(jù)泥石流的災(zāi)害特點，采取泥石流導(dǎo)流、排水腳手架相結(jié)合的防治措施。因霜凍風(fēng)化和冰磧堆積而形成的松散礫石邊坡泥石流，泥石流的源區(qū)、環(huán)流區(qū)和溝通區(qū)均在同一邊坡上。由于其堆積松散且邊坡穩(wěn)定性差，當環(huán)境條件發(fā)生變化時，松散的碎石很容易滑落并流至坡基，進而堵塞道路[7]。因此，對于此類泥石流的治理，應(yīng)通過在泥石流主通道道路上搭設(shè)帶梁的腳手架，引導(dǎo)泥石流順利通過道路的方式進行防治，泥石流棚架防治措施如圖3所示。

1.4 地震災(zāi)害及防治技術(shù)

在高原大風(fēng)地區(qū)，一般都會呈現(xiàn)出自然環(huán)境惡劣、地震多發(fā)且地勢陡峭等方面特點。在道路建設(shè)施工過程中，針對道路路基邊坡的防護技術(shù)得到了廣泛關(guān)注。其中，應(yīng)用較多的是多種新型的邊坡防護技術(shù)，例如土壤—結(jié)構(gòu)相互作用的數(shù)值模擬技術(shù)、錨索網(wǎng)技術(shù)、錨索錨桿技術(shù)、錨索錨塞技術(shù)、防護網(wǎng)技術(shù)、動力錨桿技術(shù)以及高分子土工合成材料和深層加固技術(shù)等，這些技術(shù)在高原地區(qū)的道路路基高陡邊坡和復(fù)雜地質(zhì)條件下得到了廣泛應(yīng)用[8]，對提高道路路基邊坡的穩(wěn)定性、強化路基邊坡抗滑性能以及提高抗震性能都具有顯著效果。

2 實例論證分析

2.1 工程概況

以新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州高原大風(fēng)地段的某段公路建設(shè)工程為例，在建公路全長90 km，其中有30 km處于高原大風(fēng)地段，該地段海拔高，大風(fēng)天氣極為常見，最高風(fēng)速可達到30 m/s。由于受到強風(fēng)的影響，該地段的土壤和巖石易受風(fēng)蝕，導(dǎo)致嚴重的邊坡不穩(wěn)問題，進而引發(fā)滑坡、塌方等地質(zhì)災(zāi)害。在高原大風(fēng)地段公路建設(shè)施工中，對公路建設(shè)施工過程中地面沉降情況進行測試。在選定的測試區(qū)域內(nèi)，根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和潛在沉降區(qū)域?qū)Σ贾玫?個沉降觀測點進行位置標記和編號。以1個月為期限，通過GPS定位系統(tǒng)等設(shè)備對觀測點的數(shù)據(jù)進行采集，建立土力學(xué)模型，通過Matlab軟件模擬實際施工情況來對黏性土層的最終沉降量進行計算監(jiān)測。

2.2 結(jié)果與分析

在監(jiān)測過程中，根據(jù)設(shè)置的5個觀測點來觀測裂縫兩側(cè)土體的相對位移變化，運用應(yīng)力測量設(shè)備進行沉降量監(jiān)測，得到具體的沉降量變化過程如圖4所示。

由圖4可知，經(jīng)過30 d的時間，5個觀測點中的地面沉降量始終保持在8 mm以內(nèi)，沉降量結(jié)果符合預(yù)期。監(jiān)測結(jié)果顯示，在靠近山體的一側(cè)公路，由于受到風(fēng)量的影響，沉降量在第1 d的起初值均在7 mm左右，而由于高原大風(fēng)地段公路區(qū)域的土壤易被侵蝕，從而導(dǎo)致地面沉降量較大。經(jīng)過防治后在第30 d，其地面沉降量最大值為3 mm左右，最小值僅為0.2 mm左右，說明對于已出現(xiàn)的沉降區(qū)域，采取本文防治技術(shù)可以針對地面沉降進行監(jiān)測并根據(jù)具體沉降量進行有效治理。

為了驗證該文防治技術(shù)的實際應(yīng)用性，在高原大風(fēng)地段公路建設(shè)施工中選擇一段200 m×15 m的公路邊坡作為滑坡監(jiān)測的測試對象。為了保證測試的準確性，在邊坡上布置了10個位移監(jiān)測點，在位移監(jiān)測點上布置傾斜感應(yīng)器和應(yīng)力監(jiān)測儀，開展全程監(jiān)測。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，當位移量增大到20 mm以上時，公路邊坡存在明顯的滑坡跡象，得到具體位移變化情況如表1所示。

由表1可知，在施工初期內(nèi)，公路邊坡的位移量較小。但是隨著建設(shè)施工的進行，由于受到高原大風(fēng)和連續(xù)降雨的影響，其他區(qū)域的公路邊坡位移量呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢；而處于10個監(jiān)測點中的邊坡位移量始終保持在20 mm以內(nèi)，整體位移量保持在安全范圍內(nèi)，沒有出現(xiàn)滑坡等跡象，說明通過該文地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)能夠更加及時準確地對邊坡滑坡等地質(zhì)災(zāi)害進行監(jiān)測預(yù)警，避免大面積崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

3 結(jié)束語

該文通過對地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)的改進和創(chuàng)新，以高原大風(fēng)地段的公路建設(shè)實際工程為例展開研究，對高原大風(fēng)地段公路地質(zhì)災(zāi)害進行實地調(diào)查，提出了相應(yīng)的防治技術(shù)和措施，實現(xiàn)了公路建設(shè)的安全施工。但該設(shè)計還存在不足之處，如工期的不合理分配問題，地下水分布問題，設(shè)置擋風(fēng)墻問題等。通過實時監(jiān)測邊坡和路面的穩(wěn)定性，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，采取有效的應(yīng)對措施，提高了對地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)對能力，最大限度地減少災(zāi)害造成的影響，為高原大風(fēng)地段的公路建設(shè)施工提供更加可靠的保障。

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