G105國道遂川洪門段落石危害性分析

單 超，雷 凡，虞 崢

（1.西安中交公路巖土工程有限責(zé)任公司，西安 710075；2.江西省公路科研設(shè)計(jì)院有限公司，南昌 330008）

G105國道K2050+000-K2054+000洪門路段于1984年1月建成通車，路基寬度8.5m，路面寬度為7.0m，公路等級(jí)為二級(jí)。目前K2050+000—K2050+263，K2051+263—K2051+962為瀝青砼路面，K2050+263—K2051+263，K2051+962—K2054為水泥砼路面。洪門路段曾進(jìn)行過3次大中修，1994年K2050—K2054在原砼路面上加鋪水泥砼路面；2010年對(duì)K2050—K2054路段進(jìn)行了抽換板；2015年養(yǎng)護(hù)大中修時(shí)，對(duì)K2050+263—K2051+263，K2051+962—K2054+000路段采用抽換板、灌漿、清縫灌縫和路面標(biāo)線等措施。K2050+000—K2050+263，K2051+263—K2051+962原路面結(jié)構(gòu)為水泥砼路面路段，通過碎石化或挖除老路結(jié)構(gòu)層后增設(shè)級(jí)配碎石墊層；加鋪結(jié)構(gòu)為細(xì)粒式瀝青砼面層+黏層+細(xì)粒式瀝青砼面層+下封層+水泥穩(wěn)定碎石上基層+級(jí)配碎石下基層。

2006年5月20 日，受臺(tái)風(fēng)“珍珠”影響K2050+400處右側(cè)石質(zhì)邊坡塌方約2萬m3，造成交通中斷。由于右側(cè)山體巖石存在裂縫，部分巖體突出，存在較大安全隱患。為消除隱患保安全暢通，2007—2018年，遂川公路分局安排人員對(duì)該高危路段進(jìn)行24 h不間斷巡查，重點(diǎn)監(jiān)控，同時(shí)還設(shè)立了安全警示標(biāo)志。由于該路段巖石表面裸露，受長年風(fēng)化影響，偶爾會(huì)發(fā)生落石現(xiàn)象[1-4]。目前該路段巖石表面出露，受常年風(fēng)化影響，遇到惡劣天氣時(shí)，時(shí)有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，嚴(yán)重威脅到行車安全。

1 地質(zhì)災(zāi)害概況

G105國道K2050+350—K2050+600段于1984年1月建成通車，路線基本以半填半挖路基形式從山腳通過，左側(cè)緊鄰金沙水河，右側(cè)緊鄰一高陡基巖邊坡。該段右側(cè)邊坡高度100～160 m，該段地質(zhì)災(zāi)害山體基巖裸露，巖性主要為石英砂巖，受地質(zhì)構(gòu)造影響及風(fēng)化作用，山體節(jié)理裂隙較發(fā)育，貫通性好，節(jié)理張開度5~20 mm，無充填或局部少量巖屑充填。山體節(jié)理裂隙發(fā)育，多處存在凹腔，部分巖體處于懸空、松動(dòng)狀態(tài)，且局部區(qū)域拉張裂縫已經(jīng)產(chǎn)生，形成了大型的危巖體。該段山體在坡面凹腔、裂隙水充填、降雨及地震等條件下容易產(chǎn)生墜落式、傾倒式崩塌，造成砸車傷人、損壞公路設(shè)施等安全事故，亟需對(duì)該處危巖體進(jìn)行有效的治理工作[5-7]。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該處危巖分布總面積約49 825 m2，總體積約34.88×104m3，其中對(duì)公路構(gòu)成直接威脅的危巖面積為12 938 m2，總體積約9.06×104m3，屬于大型危巖體。影響G105國道K2050+380—K2050+590段，路線影響長度為210 m。

2 落石危害性分析

2.1 計(jì)算模型

高位邊坡所處位置較高，不易開展定點(diǎn)觀測(cè)。無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用為高位邊坡監(jiān)測(cè)和治理提供了便利。通過無人機(jī)對(duì)高位邊坡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，建立三維模型，并通過Rackfall軟件，對(duì)邊坡落石發(fā)生時(shí)的彈跳高度、運(yùn)動(dòng)速度和沖擊能量等情況進(jìn)行了模擬。以此數(shù)據(jù)作為邊坡防護(hù)方案的參考，結(jié)合邊坡現(xiàn)實(shí)情況，給出邊坡防護(hù)治理方案建議[8-10]。

邊坡三維影像如圖1所示，并在具有落石風(fēng)險(xiǎn)的地區(qū)從左到右依次切出29個(gè)斷面，選取斷面1用于落石的模擬計(jì)算，特征性斷面如圖2所示。

圖1 邊坡模擬特征斷面位置

圖2 地質(zhì)災(zāi)害特征全貌

2.2 計(jì)算結(jié)果

分別選取體積為5 m3和10 m3落石，基于Rackfall軟件進(jìn)行落石彈跳高度、運(yùn)動(dòng)速度和沖擊能量等模擬。落石體積為5 m3和10 m3時(shí)，落石在邊坡頂部發(fā)生滾落運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的最大彈跳高度分別為54 m和55 m，最大沖擊能量約為15 000 kJ和34 000 kJ，落石最大沖擊速度約為48 m/s和50 m/s（表1）。2種模擬結(jié)果都表明，落石對(duì)公路具有一定的破壞可能性，對(duì)公路的正常運(yùn)行存在安全隱患，很有必要開展該路段邊坡落石的防護(hù)工作。

表1 落石體積為5 m3和10 m3時(shí)的模擬條件與結(jié)果

3 治理工程設(shè)計(jì)

3.1 治理目標(biāo)

G105國道洪門段地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌，崩塌及危巖帶來的安全隱患對(duì)過往的車輛和行人構(gòu)成了極大威脅。本次地質(zhì)災(zāi)害治理后，會(huì)極大地減輕災(zāi)害發(fā)生帶來的影響，確保在小型地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，G105國道能夠正常通行，沿途百姓和車輛能夠安全出行。

3.2 工程設(shè)計(jì)原則

在對(duì)該處地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行詳細(xì)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及地質(zhì)調(diào)匯工作的基礎(chǔ)上，提出災(zāi)害綜合防治方案，并針對(duì)災(zāi)害體發(fā)育特征，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境和施工等方面進(jìn)行方案論證，提出合理的設(shè)計(jì)方案，保障該段公路的通行安全。制定本次地質(zhì)災(zāi)害工程治理原則如下。

（1）綜合治理，防治結(jié)合。工程治理方案設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)綜合考慮多種因素，尤其是地形、地質(zhì)及降水條件等不利因素。工程方案設(shè)計(jì)運(yùn)用多種工程措施進(jìn)行綜合治理，確保工程安全。同時(shí)，在方案選擇時(shí)也應(yīng)根據(jù)地災(zāi)體的具體特點(diǎn)，預(yù)防可能的次生地質(zhì)病害發(fā)生。

（2）技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理。采用已經(jīng)成熟的治理工程方案，包括成熟的巖土工程技術(shù)，開展綜合災(zāi)害治理，因地制宜，保證工程建設(shè)的可行性與安全性。

（3）注重環(huán)保，強(qiáng)調(diào)特色，在工程設(shè)計(jì)中，治理工程應(yīng)和本地的自然環(huán)境和人文環(huán)境相協(xié)調(diào)，力爭做到最小程度破壞環(huán)境，與周圍人文風(fēng)景相結(jié)合，成為一道靚麗的風(fēng)景線。

（4）動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，信息化施工。高位邊坡難于處理。因此，在方案實(shí)施過程中，要加強(qiáng)對(duì)高位邊坡的監(jiān)測(cè)工作，包括加強(qiáng)崩塌的監(jiān)測(cè)，以及設(shè)計(jì)簡易觀測(cè)裝置，實(shí)施經(jīng)常性巡檢。做到掌握高位邊坡災(zāi)害的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，保證施工期間的安全工作。此外，應(yīng)結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果，開展施工方案的動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證工程實(shí)施能夠達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

3.3 治理工程施工圖設(shè)計(jì)

該段地質(zhì)災(zāi)害為危巖，其失穩(wěn)后易造成崩塌災(zāi)害，崩塌防治措施可分為防止崩塌發(fā)生的主動(dòng)防護(hù)措施和避免崩塌造成危害的被動(dòng)防護(hù)措施2種類型。根據(jù)實(shí)際情況，邊坡高度為120~170 m，且危巖體基本位于邊坡中上部，均屬于高位崩塌，且局部危巖體積大，常規(guī)的防護(hù)措施難度大。為保證公路的安全運(yùn)營，設(shè)計(jì)采用被動(dòng)防護(hù)方案，先對(duì)坡面松散的危巖體進(jìn)行清除，然后采用明洞方案通過災(zāi)害路段。考慮到危巖體直接掉落至明洞頂后沖擊能量過大，因此在坡面設(shè)置主動(dòng)消能網(wǎng)對(duì)山體落石進(jìn)行引導(dǎo)防護(hù)，將落石引導(dǎo)至明洞頂部且能起到緩沖消能的作用。

3.4 治理工程方案布置

3.4.1 危巖體清除

由于WY1和WY2體積過大，且后部卸荷裂隙已經(jīng)形成，因此先對(duì)完全脫離山體部分進(jìn)行清除，另外對(duì)坡面其他部分明顯的松散巖體進(jìn)行清除，本次危巖體清除按8 000 m3計(jì)。具體清除量以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際發(fā)生量為準(zhǔn)。危巖清理盡量采用人工清危，人工清理困難時(shí)可采用小藥量松動(dòng)爆破，嚴(yán)禁放大炮，以免引起新的次生災(zāi)害。

3.4.2 主動(dòng)消能網(wǎng)

在K2050+370—K2050+630段山體坡面設(shè)置主動(dòng)消能網(wǎng)，其中明洞段K2050+380—K2050+590主動(dòng)消能網(wǎng)下部采用開口設(shè)計(jì)，K2050+370—K2050+380和K2050+590—K2050+630段主動(dòng)消能網(wǎng)底部采用閉口式設(shè)計(jì)。主動(dòng)消能網(wǎng)防護(hù)設(shè)置總長度260 m，平均高度155 m，防護(hù)面積40 300 m2。

3.4.3 明洞工程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查確定，本路段K2050+380—K2050+590災(zāi)害較嚴(yán)重，因此在該段設(shè)置明洞，總長210 m。根據(jù)JTG-T D70—2010《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》中落石沖擊力計(jì)算公式，明洞設(shè)計(jì)按2 m直徑塊石落距100 m沖擊力考慮，沖擊力為838 kN/m。明洞外側(cè)采用樁基礎(chǔ)，頂部采用碎石回填，回填坡度50%。

（1）橫斷面設(shè)計(jì)。在結(jié)合停車視距要求的基礎(chǔ)上，可采用整體式單洞雙向行駛斷面，在明洞兩側(cè)增加50 cm寬度，最終單洞凈寬達(dá)到11.0 m（1.0+0.5+0.5+3.5×2+0.5+0.5+1.0 m=11.0 m）。明洞凈空限界高度為5.0 m，并在兩側(cè)設(shè)置人行通道。明洞內(nèi)輪廓考慮對(duì)結(jié)構(gòu)受力有利及便于施工，襯砌斷面內(nèi)輪廓采用三心圓方案。

（2）襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用90 cm厚等截面鋼筋混凝土襯砌明洞，襯砌砼抗?jié)B等級(jí)不小于P8。

（3）洞門設(shè)計(jì)。基于明洞進(jìn)出口區(qū)域的地形和條件和工程地質(zhì)條件，結(jié)合開挖邊仰坡穩(wěn)定性及洞口防排水需要，洞門型式主要考慮其功能和節(jié)省投資需要，也結(jié)合地形總體美化效果，確定洞門型式采用端墻式。

（4）防護(hù)設(shè)計(jì)。根據(jù)崩塌的特點(diǎn)，明洞兩側(cè)設(shè)承臺(tái)，承臺(tái)下部為摩擦樁基礎(chǔ)。明洞工程設(shè)置臨時(shí)邊坡，根據(jù)所處區(qū)域地形條件和地質(zhì)條件的特殊性，在盡量保護(hù)坡體要求下，臨時(shí)邊坡少開挖。如果邊坡實(shí)施開挖，則應(yīng)在開挖時(shí)，應(yīng)對(duì)被刷坡山體的控制點(diǎn)進(jìn)行觀察與監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)信息冬天獲取、更新，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)施工，避免坡體深層失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生。

（5）拱頂鋪砌設(shè)計(jì)。用于防崩塌碎落明洞的拱頂鋪砌側(cè)墻與洞門連接，鋪底為M10砂漿砌塊石，洞頂回填碎石土坡度為50%。

（6）防排水工程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)原則是以排水為主，防排結(jié)合，綜合治理。采用防、截、堵、排相結(jié)合，形成完善的防排水體系。確保明洞內(nèi)防水可靠，排水通暢，運(yùn)營期保證明洞內(nèi)不滲不漏，基本干燥。明洞內(nèi)側(cè)縱向使用縱向排水管，橫向采取每隔2～3 m使用PVC管將水引流至明洞側(cè)溝內(nèi)。

（7）路面設(shè)計(jì)。明洞路面采用瀝青路面，從上到下順序依次為：5 cm厚的瀝青面層、24 cm水泥混凝土和18 cm的貧混凝土。

4 結(jié)束語

G105國道K2050+000—K2054+000洪門路段于1984年1月建成通車，目前該路段巖石表面出露，受常年風(fēng)化影響，遇到惡劣天氣時(shí)，時(shí)有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，嚴(yán)重威脅到行車安全。G105國道K2050+350—K2050+600段危巖分布總面積約49 825 m2，總體積約34.88×104m3，其中對(duì)公路構(gòu)成直接威脅的危巖面積為12 938 m2，總體積約9.06×104m3，屬于大型危巖體。選取體積為5 m3和10 m3落石進(jìn)行模擬計(jì)算反映出，落石對(duì)公路具有一定的破壞可能性，對(duì)公路的正常運(yùn)行存在安全隱患，很有必要開展該路段邊坡落石的防護(hù)工作。針對(duì)此情況，對(duì)此路段地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了危巖體清除、主動(dòng)消能網(wǎng)、明洞工程處理3種方案設(shè)計(jì)。