喀斯特地區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域分布有大量石灰巖和白云巖為主的碳酸鹽，是世界上最大的喀斯特地區之一。由于降雨豐沛有利于喀斯特發育，形成了多樣的地貌形態[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，設計時速為20 km/h，路基寬4.5 m，處于廣西典型喀斯特地區。沿線出露基巖多為石炭系和泥盆系的灰巖、白云質灰巖等，沿線地層主要有石炭系下統、中統和上統，泥盆系上統，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公路反坡陡崖路段的處理提供借鑒。

1 設計方案比選

K10+270～K10+560段為典型的喀斯特巖溶峰叢洼地地貌區，群峰挺立呈筍狀，互相間以基座相連。發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%。舊路左側為混凝土護欄，護欄外側為陡峭地面，自然橫坡約45°。舊路右側為1.2 m寬土質水溝，深約0.3 m，已被掉落碎石和雜草堵塞。水溝外側坡面底部脫空、上部懸空突出，為白云質灰巖，巖體裂隙較發育，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，提出了舊路左側加寬和右側加寬兩種方案進行比選。

1.1 舊路左側加寬改擴建方案

為避讓反坡陡崖路段，提出舊路左側加寬改擴建方案。該改擴建方案路中線平面位置相對舊路中線向左側偏移約5.1 m，標高降低約8.2 m。改擴建公路右側設置0.6 m寬、0.8 m深的漿砌水溝，0.5 m寬碎落臺后設置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、新開挖邊坡坡面設置140 m長的主動防護網，掛網防碎石滾落。由于相對于舊路向左側偏移了約5.1 m，改擴建公路左側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，根據橫斷面分別在K10+481～K10+499段設置了18 m長的混凝土路肩墻，K10+333～K10+397段、K10+421～K10+468段設置了111 m長的氣泡輕質土路肩墻。如圖1、圖2所示。

圖1 左側加寬方案平面圖

圖2 左側加寬方案橫斷面圖(m)

1.2 舊路右側加寬改擴建方案

為徹底挖除舊路反坡陡崖段，提出舊路右側加寬改擴建方案，以改擴建后公路右側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偏移約5.7 m，標高降低約8 m。改擴建公路右側設置0.6 m寬、0.8 m深的漿砌水溝，1.5 m寬碎落臺后設置1∶0.1的挖方邊坡。坡頂為舊路反坡陡崖上緩坡，在緩坡處設置178 m長的被動防護網攔截上方滾落碎石，在改擴建公路新開挖邊坡段設置290 m長的主動防護網。改擴建公路左側為零挖或者挖方路基，無須再設置擋墻。如圖3、圖4所示。

圖3 右側加寬方案平面圖

圖4 右側加寬方案橫斷面圖

1.3 方案比選

舊路左側加寬改擴建方案避讓反坡陡崖處，維持該處現狀，掛設主動防護網進行防護，同時，對新開挖邊坡也掛設主動防護網防護。該方案改擴建后公路右側開挖坡高約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，需要設置18 m長的混凝土路肩墻和111 m長的氣泡輕質土路肩墻。

氣泡輕質土路肩墻施工工藝要求較高，施工難度較大。舊路右側加寬改擴建方案對反坡陡崖處徹底開挖清除，新開挖邊坡設置主動防護網，同時在坡頂設置被動防護網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，右側開挖邊坡高約70 m，邊坡高度較高，后期養護時主動防護網維護難度較大。本文對兩種方案的主要工程數量及造價進行了對比，如表1所示。

表1 兩種方案工程規模對比表

根據兩種方案比選，舊路右側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，后期養護維護費用較高，但能徹底避免反坡陡崖進化發展時的崩塌落石，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

按舊路右側加寬公路改擴建方案，右側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225 m處有零星廢棄民房，西側455 m處有民房，南側舊路位于半山腰，且南側有一條東北走向的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。綜合考慮該高邊坡的整體地形、山體情況、設備及施工安全問題，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，整體施工采用深孔臺階爆破、數碼電子雷管起爆網路；同時為控制邊坡輪廓線，邊坡施工采用預裂爆破、數碼電子雷管和導爆索結合的混合起爆網路。

由于施工區域南側137.3 m有一條10 kV高壓線，需提前對其進行防護。在南側山腳應開挖一道防護溝，溝深≥2 m，開挖的渣土堆排在外側，修筑成一道防護墻，以防止滾石危害。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，邊坡控制線采用預裂爆破，預裂孔傾角為84°，預裂孔孔距為1.5 m，預裂孔與主爆區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象，導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 施工區域環境影響圖

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 結語

本方案實施完成后，反坡陡崖地質危害得到徹底清除，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，總結出了該類公路地質災害處理方法，可以為類似喀斯特地區巖溶反坡陡崖地質災害處理提供借鑒。