新疆地區路塹高邊坡危石清除與防護技術研究

張 坤

(核工業西南建設集團有限公司，四川 成都 610017)

1 工程概況

某項目規劃作為新疆維吾爾自治區鞏留縣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老路線對主線進行了改建,主線的起點位于鞏留縣阿克吐別克鎮旱田村的西南側,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,鞏留城西工業園,跨越南岸巴哈特干渠、經夏爾湖村后,進入阿拉喀爾特克斯山脈的腹地,沿溪而上,設置一條隧道穿越北岸特克斯達坂,沿特克斯喀拉薩依河南行,經位于特克斯縣蒙古鄉庫熱村,于特克斯達坂縣城西側設置一條過境線,終于巴哈特干渠一級水電站西南側,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),路線設計全長49.479 km。本次為公路二期工程,全長45.582 km。

本文對以下路段進行探討：主線將鞏留縣旱田(樁號K66+500)作為起點，一期工程特克斯隧道引道起點(樁號K95+660.225)作為該主線終點，設一處長鏈(即K80+998.616=K81+011.048)，主線全長29.148 km。連接線起點為G577線K73+495.135處(樁號K0+000)，終點為提克阿熱克鄉阿合海納爾街與G578(S316)處平交(樁號K13+628)，連接線全長13.628 km。

2 高邊坡施工現狀

2.1 坡面現狀

坡腳：相對穩定，巖體相對完整，現狀坡率未達到設計要求，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，裂隙較為發育，坡面不夠平整，存在較大的超挖現象，現狀坡率約為1 ∶0.5～1 ∶0.75。

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

K84+096.6-K84+211.9段左側高邊坡經優化設計后，邊坡高度達72.8 m。

K90+543～K90+671段右側高邊坡經優化設計后，邊坡高度達57.9 m。

圖1 K84+096.6～K84+211.9段左側高邊坡坡面情況

圖2 K90+543～K90+671段右側高邊坡坡面情況

2.2 坡面崩塌形成原因

2.2.1 巖體結構因素

在邊坡施工過程中發現邊坡內部發育較多隱伏節理面，節理面產狀大多呈現無規則狀，節理面的發育控制了邊坡的整體穩定性，其中發育一隱伏主節理面產狀100°∠55°充填物以泥質為主，節理面間距10～50 cm，局部裂隙極為發育，裂隙的發育造成了大部分的危巖及碎落，巖體中節理面的發育會對該處巖質邊坡穩定性造成很大程度的影響[1]。

2.2.2 水因素

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

2.2.3 邊坡巖體殘余應力的釋放

開挖過程后所形成的巖體和挖方邊坡有可能會對整個挖方邊界處巖體的應力集中狀態和穩定性造成直接影響。并且這些巖體應力的集中狀態程度和應力釋放的過程也有可能會直接影響挖方到邊坡的巖體穩定性。當然，防護不及時也是造成崩塌的原因之一。

2.2.4 人為擾動因素

開挖邊坡大多采用爆破開挖，這個過程本身就會對邊坡穩定性造成消極影響。受爆破力的影響，外傾結構面形成不穩定的楔形體，極易出現崩塌現象。

3 坡面危石清除

3.1 機械設備配置

3.1.1 人員安全器具

1)安全繩：高空作業承重繩材質為錦綸，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安全帶，材質為丙綸。

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

3.1.2 清除危石機械設備

1)空壓機：采用4 m3空氣壓縮機。

2)破碎錘：手持氣動破碎錘。

3.2 施工準備

3.2.1 測量放線

根據設計圖確定要清除的危巖，并做好標記。

3.2.2 結構物保護

因K84+096.6～K84+211.9段右側、K90+553～K90+662段左側均設計為衡重式片石混凝土路肩墻，且已修建完畢，在危巖清理前，應將路肩墻外露面采用砂礫或土覆蓋50 cm以上進行保護，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1.5 m高的柵欄，攔擋石渣飛濺傷擊過往車輛。鋪設細砂，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，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)作業區與外界隔離措施：為防止車輛、行人、牲畜進入施工作業區內，擬采用鋼管、扣件、彩鋼板搭設1.5 m高的柵欄進行隔離，在彩鋼板上標識“封閉作業，禁止車輛、行人、牲畜進入”等醒目標志。

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

6)警示標志標牌設置：在車輛通行、人畜過往便道的兩側，設置帶反光膜的輪廓警示柱和錐形桶，其間距5 m。在車輛通行便道設置“坡面清危，禁上通行”、“山側落石”、“禁止車輛、人、畜進入清危作業區”、“道路變窄”、“路面不平”等警告警示標志。在便道的起點、中段、終點設置暴閃燈。

因該段路基左外側臨河道，排危石方堆積、車輛通行道路均布置于主線路基內。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1.5 m高的柵欄，攔擋石渣飛濺傷擊過往車輛。鋪設細砂，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(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)作業區與外界隔離措施：為防止車輛、行人、牲畜進入施工作業區內，擬采用鋼管、扣件、彩鋼板搭設1.5 m高的柵欄進行隔離，在彩鋼板上標識“封閉作業，禁止車輛、行人、牲畜進入”等醒目標志。

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

6)警示標志標牌設置：在車輛通行、人畜過往便道的兩側，設置帶反光膜的輪廓警示柱和錐形桶，其間距5 m。在車輛通行便道設置“坡面清危，禁止通行”、“山側落石”、“禁止車輛、人、畜進入清危作業區”、“道路變窄”、“路面不平”等警告警示標志。在便道的起點、中段、終點設置暴閃燈。

3.3 清理危巖施工方法

邊坡內部發育較多隱伏節理面，節理面產狀大多呈現無規則狀，節理面的發育控制了邊坡的整體穩定性，出現了坡面懸石、危巖和外傾結構面，為避免采用爆破方式清除再次影響坡面整體性，擬定采用人工機械設備配合對坡面局部的懸石、危巖和外傾結構面予以清除。

3.3.1 坡頂安全繩錨固設置

坡頂錨固措施采用地錨形式，地錨位置應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風鎬鉆孔深度不小于4 m，埋置一端帶鎖扣的φ25鋼筋，孔內應注滿膨脹砂漿，其抗拉拔力不小于50 kN。

3.3.2 作業人員安全設備

坡面作業人員每人應系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(保險繩)。

高空作業人員個人佩戴帶有自鎖器裝置的全身包裹的雙背雙保險安全帶。

3.3.3 坡面危石清除

1)坡面小危石、活石清除。很多浮石、土的裂隙現象十分嚴重，對其采取的作業方法應總結為“一看、二敲、三撬”；對存在滾落風險的零小危石、活石，按照輕重緩急的原則進行定人、定時處理[4]。

2)坡面大危石清除。針對坡面上大危石，應采用機械鑿孔，鋼楔擠壓的方法進行破碎作業方式予以清除。

3.3.4 土石方棄置

清除至路基上的土、石，應根據堆積的數量，及時采用挖掘機配合汽車運輸至作業現場，確保坡面掉下的土、石不沖擊過往車輛、行人。清運土、石時，應確認坡面無危石掉落并停止坡面清危作業的條件下進行。

4 錨桿防護網技術

4.1 錨桿框架

4.1.1 工藝流程

開挖修坡→成孔→設置鋼筋→注漿→開挖框架基礎及制作鋼筋骨架→澆筑框架→質量檢測→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首先確定并標記孔位，將土錨專用鉆機作為工具進行干鉆，鉆孔結束后，用高壓空氣將孔內石粉和水排出孔外。③錨桿桿身按要求支護并進行防腐處理，鋼筋及時送入孔內。④灌漿應按要求進行。灌漿結束后，對灌漿管、灌漿槍、灌漿套筒進行清理，并做好灌漿記錄[5]。⑤在框架梁施工前，用砂漿找平層鋪設地基。鋼筋安裝前，梁體澆筑C30混凝土。澆筑前，對植草護坡預埋鋼筋進行綁扎。局部架空時，采用M10漿砌片石嵌砌。當框架梁和灌漿的強度均達到設計強度的80%時，再對錨頭完成安裝工作。要注意的是，框架內的框架護坡應在框架施工完成后進行。

4.2 防護網

4.2.1 工藝流程

清坡→放線→基礎施工→錨桿安裝→支撐繩安裝與調試→格柵的鋪掛→鋼網鋪掛與縫合→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，注插螺栓并養護3天以上。④安裝支撐繩。張拉工作完成后，用2個或4個繩夾固定兩端連接錨桿外露環套[6]。⑤將格柵自上而下鋪設，縫好兩個格柵，并用支撐繩系好格柵。⑥鋼絲網是自上而下鋪設的，縫合并預張緊鋼絲網。用兩個繩夾固定縫合繩兩端并使其與網繩連接。于山體空腔內部安裝一個旋壓預應力柔性隨機錨桿，使其達到預緊系統的效果。

5 結 論

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

2)在進行邊坡危巖清除工作時，應派專人專門負責動態觀察和監測工作，確保作業上方無危巖，被清除的危巖墜落時不會對車輛、人員和動物造成傷害。

3)在進行錨桿護坡施工時，應盡量保證巖質邊坡與巖層傾角垂直，并用鉆機鉆至穩定巖層區，插入錨桿，用水泥砂漿錨固，使邊坡巖體和可能發生滑動的巖體與基巖結合。

4)錨桿鉆孔前，在考慮了設計要求和邊坡巖體情況的前提下，確定孔位并做好標記。應當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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