高速公路設計中危巖處治方案研究

王 森

（中咨華科交通建設技術有限公司,北京 100195）

0 引言

隨著中國高速公路的快速發展，對于高速公路設計的研究日益深入。然而，高速公路設計過程中的一個重要問題是如何處理可能對公路運行安全構成威脅的危巖。危巖處理不當可能導致嚴重的安全事故，例如落石、滑坡等。因此，對于危巖的識別、評估及處理方法的研究具有重要的工程應用價值。該文旨在針對高速公路設計中的危巖處理問題進行深入探討。該研究對四處可能影響高速公路運行安全的危巖進行了詳細的現場調查和安全風險評估，提出合理的處理建議，并探討各種處理方法的優缺點。為了確保危巖處理的長期有效性，該研究還將探討位移監測和應急預案的制定。

1 危巖情況分析

1.1 危巖的定義和分類

危巖是指可能對公路運行安全性產生威脅的巖石，通常由于自然風化、地質活動或人為活動而變得不穩定。根據其穩定性和可能的威脅程度，危巖可以分為三類：第一類是即將發生崩塌或滑坡的巖石，這類巖石的處理是高速公路設計的重要考慮因素；第二類是由于地質條件或天氣影響而可能出現不穩定的巖石，這類巖石需要定期監測和評估；第三類是長期穩定但在特定情況下可能產生威脅的巖石，對這類巖石的處理通常包括規劃防護措施和應急響應計劃。

1.2 現場危巖情況

1.2.1 危巖整體概況

北京市房山區某公路存在危巖崩塌風險，根據現場調查情況，可能影響橋梁結構及道路運行安全的危巖共計4 處，按照從上到下、順時針編號，分布如圖1 所示。

圖1 危巖分布示意圖

總體來看，①～③號危巖均高于橋梁設計標高；④號危巖中部與橋梁持平。

1.2.2 四處潛在危巖情況概述及風險評估

（1）①號危巖。整體呈梭形，頭部、根部均纖細，中部稍大；大里程方向，表面見新鮮剝落痕跡，發育有一條主控節理，上寬下窄，已基本貫通；小里程方向觀察，未見貫通的主控節理，但可見表面發育多條豎向裂隙，張開寬度小于大里程觀測到的裂隙，且巖體已被豎向裂隙及水平裂隙切割，呈堆疊碎塊狀，存在逐層剝落、掉塊的可能。如圖2 所示。

圖2 ①號危巖不同方向觀察示意

整體來看，①號危巖存在較大的安全風險，節理發育，主控裂隙近于貫通，應處理。

（2）②號危巖。近似帶狀分布，巖體較厚，表面見新鮮剝落痕跡，左側與③號危巖為一體，底部已完全脫空，頂部少許裂縫，但張開寬度較小，底部巖體見新鮮斷面，巖體完整性一般。現場觀察知，其根部與基巖仍為一體，整體性較好。如圖3 所示。

圖3 ②號危巖不同方向觀察示意

整體而言，短期內掉落可能性較小，但存在掉塊可能，甚至整體墜落的可能；③號危巖邊界條件更差，如③號危巖先行墜落，亦會惡化②號危巖狀態，甚至直接導致其掉落。

（3）③號危巖。整體呈倒棱錐狀，上部大小較為均衡，底部纖細，目測其投影與橋梁重疊；大里程方向可見新鮮剝落痕跡，主控裂隙基本貫通，無填充，僅余根部與基巖相連，但根部巖體糜碎，從巖壁整體結構看，屬軟弱夾層，且根部與上部已形成反坡，整體外傾，屬典型的不穩定結構。如圖4 所示。

圖4 ③號危巖不同方向觀察示意

該危巖體存在墜落可能，其可能的墜落模式為豎向整體墜落，或以某一點為軸，向外傾倒，兩種墜落方式均可能對橋梁主體結構、附屬設施及行車安全造成影響，須處理。

（4）④號危巖。整體呈倒柱狀，表面見剝落痕跡，大里程方向可見主控裂縫貫通直至根部，根部與基巖連接呈“座椅”型，且連接面外傾；因豎向、水平向裂隙切割，巖體表面呈碎塊狀。如圖5 所示。

圖5 ④號危巖不同方向觀察示意

該巖體存在掉塊、整體墜落可能，應處理。

2 危巖處治方案及其應用

2.1 危巖處治方案探究

在實際的高速公路設計中，危巖處理方案的選擇與應用是極其重要的一環。設計師需要充分了解和評估現場的地質條件，根據巖石的穩定性、裂隙分布、地質構造等因素，選取最合適的處治方案[1]。在這個過程中，還需要考慮工程的經濟性、施工的可行性以及對環境的影響等因素。

對于一些穩定性較好，只存在落石風險的危巖，通常選擇采用柔性防護網覆蓋。這種方法施工便捷，成本相對較低，對環境影響小。對于穩定性較差、存在整體崩塌風險的危巖，通常選擇采用鋼筋混凝土柱式支撐或者重力式擋土墻支撐和危巖圍護加固。這些方法雖然施工難度和成本較高，但是可以顯著提高危巖的穩定性，保證道路的安全運行。

在實際操作中，還需要注意以下幾點：一是在設計階段，應充分調查和研究現場的地質條件，提前預測和識別危巖，避免在施工過程中出現意外情況；二是在施工階段，應嚴格按照設計方案進行，避免因施工質量問題導致的安全事故；三是在運行階段，應定期進行巡查和維護，及時發現和處理可能出現的問題。

2.2 危巖處治應用分析

2.2.1 采用柔性防護網覆蓋

對于所有的危巖，該研究建議采用柔性防護網覆蓋。如圖6 所示，柔性防護網是由高強度的鋼絲編織而成，其網眼結構可以捕獲落石，而其彈性特性則可以吸收落石的沖擊力，從而防止落石對道路的沖擊。在實際應用中，柔性防護網通常安裝在邊坡的上部，以形成一個防護帶，防止落石滾入道路。這種覆蓋式引導防護系統可以有效地約束和引導落石的路徑和范圍，從而降低落石對道路運行安全性的威脅。

圖6 引導防護網系統示意

在現代交通工程中，柔性防護網覆蓋已經被廣泛應用于邊坡防護工程中，特別是在復雜的地理環境和地質條件下，其出色的防護性能和施工便利性受到了工程師們的高度贊譽[2]。柔性防護網覆蓋通過物理方式改變落石運動軌跡，可有效避免落石對道路的沖擊。這種覆蓋式引導防護系統可以有效地約束和引導落石的路徑和范圍，從而降低落石對道路運行安全性的威脅。其主要優點是安裝簡單，適應性強，不僅可以覆蓋裸露的巖石表面，還可以覆蓋植被繁茂的邊坡，為道路交通安全保駕護航[3]。

2.2.2 鋼筋混凝土柱式支撐

對于形狀較大、穩定性較差的危巖，如②號危巖，該研究建議采用鋼筋混凝土柱式支撐。這種支撐方法工作原理是通過建立一個結構體系，分擔和傳遞巖石的重力，從而增加巖石的穩定性。在具體施工過程中，先在巖石的下部鉆孔，然后將鋼筋和混凝土注入孔內，形成支撐柱。一旦硬化，這些支撐柱就可以有效地防止巖石的下滑和傾倒，這樣可以提高巖石的穩定性，減少其掉塊和墜落的可能性。鋼筋混凝土作為一種優良的建筑材料，其高強度、抗壓性能強、耐久性好等特點使其在危巖支撐中得到了廣泛應用[4]。

2.2.3 重力式擋土墻支撐和危巖圍護加固

對于③號和④號危巖，可采用重力式擋土墻支撐和危巖圍護加固。通過漿砌片石或片石混凝土，逐級砌筑重力式擋土墻，直至合適位置后，采取鋼筋混凝土柱或擋墻直接到危巖根部。墻頂與根部之間的空隙，應關注水泥漿等膠凝材料填充密實，以增加整體穩定性和安全性。重力式擋土墻的設計原理是利用自身的重力對土體進行擋持，使土體保持穩定[5]。對于斜坡較大、土體穩定性差的地段，重力式擋土墻具有顯著的工程效果。

3 施工安全管理

在危巖處理的施工過程中，安全管理的重要性不可忽視。由于危巖處理通常涉及高空作業，因此存在一定的安全風險。為此，必須制定一份專項施工組織方案，明確各個工作環節的安全要求、操作步驟和責任人。這份方案必須經過嚴格的評審和審批，確保其合理性和可行性，只有在方案獲得批準后，才能進行施工。

施工過程中，還必須確保所有的工程設施，如基礎、錨固件等都安裝在穩定的基巖之上。不得隨意在危巖體上進行打孔等作業，以避免引發危巖的不穩定或崩塌。對于施工中可能出現的危險情況，如巖石的不穩定移動、工人的不安全行為等，也需要進行實時監控和及時干預。

此外，施工單位還需要建立完善的安全教育和培訓體系，確保所有參與危巖處理施工的工人都充分理解并遵守安全規程，增強安全意識和自我保護能力。

總之，無論是在施工準備階段還是施工執行階段，都需要嚴格的安全管理，以確保危巖處理的施工過程既高效又安全。

4 位移監測和應急預案

在危巖處理過程中，位移監測和應急預案的制定至關重要。所有危巖體都應裝配位移監測設備，以實時監測微小位移，并在檢測到異常時啟動應急響應。此外，危巖體應納入地質災害隱患點管理。

應急預案需覆蓋各種異常情況，如危巖位移超出閾值、地震或嚴重氣候條件，設定預警啟動條件和流程，指定責任人，明確通信和報告方式，以及動員和協調資源的策略。

預案的關鍵部分是應急措施。可能需要采取的措施包括交通分流、道路阻斷、緊急撤離等。這些措施的制定要充分考慮道路交通流量、周邊環境條件，以及可能的社會和經濟影響。

位移監測和應急預案的制定為應對危巖挑戰提供了預警時間和有效應對策略，以最大程度地降低危巖對道路運行安全的影響。

5 結語

該研究通過詳細分析高速公路設計中四處可能影響道路運行安全的危巖情況，并提出了針對性的處治方案，希望這些處理方案可以為高速公路設計中的危巖處理決策提供科學依據。危巖處理方案的選擇需要考慮許多因素，包括地質條件、施工條件、經濟效益等，因此在具體的設計過程中，需要進行綜合考慮和優化。