高速公路孤石發(fā)育特征與防治措施

黃金輝

摘 要：在高速公路施工的過(guò)程中，孤石很容易誘發(fā)滾石災(zāi)害，并且這類災(zāi)害具有隨機(jī)性和多發(fā)性。所以，在施工過(guò)程中應(yīng)該對(duì)孤石進(jìn)行調(diào)查，并采取針對(duì)性的防護(hù)加固措施。本文根據(jù)現(xiàn)有研究資料，結(jié)合高速公路施工中的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以某高速公路孤石防護(hù)加固為研究對(duì)象，先介紹該工程的基本情況，再?gòu)念愋秃头植純蓚€(gè)方面論述其具體特征及不同類型的孤石加固措施。通過(guò)該工程案例的分析，希望能夠?qū)方ㄔO(shè)過(guò)程中孤石防護(hù)加固工作提供一些幫助和啟示。

關(guān)鍵詞：高速公路;孤石;發(fā)育特征;防治措施

中圖分類號(hào)：U418 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）26-0089-04

Development Characteristics and Prevention Measures of

Boulders in an Expressway

HUANG Jinhui

（Fujian Academy of Building Research Co.， Ltd.， Fuzhou Fujian 350108）

Abstract： In the process of expressway construction， boulders are easy to induce rolling disasters， and have the characteristics of randomness and multiple occurrence. Therefore， in the process of construction， boulders should be investigated and targeted protection and reinforcement measures should be taken. According to the existing research data， combined with some experience in the reality of expressway construction， taking the boulder protection and reinforcement of an expressway as the specific research object， this paper first introduces the basic situation of the project， and on this basis， discusses the specific characteristics and different types of boulder reinforcement measures from two aspects of type and distribution. Through the analysis of the project case， we hope to provide some help and Enlightenment for the protection and reinforcement of boulders in the process of highway construction.

Keywords： expressway;boulder;developmental characteristics;prevention and control measures

在建設(shè)山區(qū)高速公路的過(guò)程中，有很多影響施工安全和公路使用安全的因素，其中孤石是導(dǎo)致安全事故發(fā)生的一個(gè)重要因素。受降雨等多種因素的影響，山區(qū)發(fā)生滾石災(zāi)害的可能性較大，且具有隨機(jī)性、多發(fā)性和突發(fā)性[1]。因此，在山區(qū)高速公路施工的過(guò)程中，必須做好孤石調(diào)查和防護(hù)加固工作。本次調(diào)查了解本地區(qū)孤石分布情況以及危害的大小和概率，并根據(jù)孤石的特點(diǎn)做好相應(yīng)的防護(hù)加固措施，以期為工程的施工建設(shè)和后期高速公路的安全使用創(chuàng)造一個(gè)良好的條件[2]。

1 工程簡(jiǎn)介

某高速公路ZK125+450～ZK125+950段位于福建省福州市閩侯縣白沙鎮(zhèn)。該段線路地貌類型為低山區(qū)山坡及山間河谷地貌，區(qū)內(nèi)植被茂密，坡體較陡，山坡上發(fā)育有大量孤石。這些孤石在施工前雖然處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，但是在施工過(guò)程中受施工活動(dòng)、降水等多種因素的影響，很容易出現(xiàn)滾石災(zāi)害，在后期公路投入使用后也會(huì)威脅行車安全。

2 高速公路孤石發(fā)育特征

2.1 孤石的類型特征

野外考察發(fā)現(xiàn)，孤石的體積大小差異較大。將孤石體積大于等于10 m的歸類為大體積孤石，將孤石體積小于10 m的歸類為小體積孤石。同時(shí)，孤石的發(fā)育形態(tài)具有一定的規(guī)律性，即或者是節(jié)理裂隙切割形成的危巖（如圖1所示），或者孤石根部埋深不同（如圖2和圖3所示），或者堆疊在其他巖土體上（如圖4所示），也可能是這幾種形式的組合。

為了有針對(duì)性地防治孤石誘發(fā)的滾石災(zāi)害，將區(qū)域內(nèi)的孤石按照體積大小和發(fā)育形態(tài)劃分為7類，如表1所示。在7種類型的孤石中，有5種類型容易失穩(wěn)或較易失穩(wěn)，很容易造成滾石災(zāi)害，威脅施工安全和行車安全。前期的調(diào)查這發(fā)現(xiàn)了108塊孤石。在108塊孤石中，只有39塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不需要進(jìn)行防護(hù)加固，其余都需要進(jìn)行防護(hù)加固，說(shuō)明本項(xiàng)目中需要防護(hù)加固的孤石比例達(dá)到了60%。其中，容易失穩(wěn)的大部分孤石屬于Ⅲ類。根據(jù)孤石的狀態(tài)不同，危害性也有很大差異。在這種情況下，如果統(tǒng)一進(jìn)行防護(hù)加固，會(huì)導(dǎo)致工程成本快速增加，所以項(xiàng)目部針對(duì)每塊孤石的實(shí)際情況及危害性采取了不同防護(hù)加固方案，從而最大程度地控制孤石防護(hù)的加固成本。

2.2 孤石的分布特征

根據(jù)線路分布和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪成果，將該路段孤石劃分為4個(gè)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)分塊治理。

①區(qū)域Ⅰ：ZK125+450～+605段左側(cè)邊坡，長(zhǎng)約155 m，編號(hào)19～41、60～77的孤石分布于該區(qū)。

②區(qū)域Ⅱ：ZK125+605～+761段的主線2號(hào)橋左線橋1橫橋向邊坡，長(zhǎng)約150 m，編號(hào)為42～59、78～91的孤石分布于該區(qū)。

③區(qū)域Ⅲ：ZK125+761～+879.2段左側(cè)邊坡，長(zhǎng)約118 m，編號(hào)為1～18、92～94的孤石分布于該區(qū)。

④區(qū)域Ⅳ：ZK125+879.2～+950段的主線2號(hào)橋左線橋2橫橋向邊坡，長(zhǎng)約70 m，編號(hào)為95～108的孤石分布于該區(qū)。

從分布情況來(lái)看，孤石主要集中在區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ，共83塊，約占前期調(diào)查總數(shù)的76.85%。可以看出，孤石分布較為集中。之所以呈現(xiàn)出這種分布特點(diǎn)，是因?yàn)樵谶@兩個(gè)區(qū)域內(nèi)坡度比較大，巖石風(fēng)化相對(duì)嚴(yán)重。雖然孤石沒(méi)有完全裸露在地表，但是依然存在較大危險(xiǎn)，一旦出現(xiàn)巖石滾落，將導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問(wèn)題。

3 孤石防護(hù)加固措施

3.1 不同類型孤石的加固方案

為了增強(qiáng)孤石加固的針對(duì)性和實(shí)效性，減少孤石災(zāi)害發(fā)生的概率，需針對(duì)不同類型的孤石采取不同的加固措施，在控制施工成本的同時(shí)，達(dá)到最佳的加固效果[3]。

3.1.1 Ⅰ類孤石。Ⅰ類孤石是因節(jié)理裂隙發(fā)育切割形成的危巖。若規(guī)模較大、巖面較新鮮且不產(chǎn)生松動(dòng)，易因降水、風(fēng)化或地震等因素的作用而失穩(wěn)，可采用錨噴方法對(duì)潛在的巖體進(jìn)行加固，使巖體、混凝土、錨以及鋼絲網(wǎng)共同作用形成主動(dòng)支護(hù)體系;若規(guī)模較小、風(fēng)化程度深或被切割塊體松動(dòng)，則在不破壞其他孤石穩(wěn)定的前提下，可采用爆破、人工或機(jī)械方法清除坡面上受節(jié)理裂隙切割所形成的危石、孤石和浮石。

3.1.2 Ⅱ類孤石。Ⅱ類孤石盡管規(guī)模大，但其根部嵌入土體較深，且節(jié)理裂隙不發(fā)育，因此穩(wěn)定性較好，可不作處理;若節(jié)理裂隙發(fā)育，可參照Ⅰ類孤石的防護(hù)方式。

3.1.3 Ⅲ類孤石。Ⅲ類孤石規(guī)模大、埋深淺甚至局部懸空，因降水導(dǎo)致沖刷下部充填物或地震、工程活動(dòng)、車輛行駛等產(chǎn)生的振動(dòng)容易使得孤石失穩(wěn)，是發(fā)生滾石災(zāi)害的主體之一。位于坡頂截水溝附近或者具備清除條件（如附近有面積較大且植被茂密的平臺(tái)）的Ⅲ類孤石，在不破壞其他孤石穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，采用人工、機(jī)械方法或爆破清除進(jìn)行分解清除;紅線以外的Ⅲ類孤石，若懸空面積較小，則采用漿砌片石或混凝土對(duì)懸空處進(jìn)行嵌補(bǔ)或支擋;若懸空面積較大，且塊體寬度B<4 m，根據(jù)地形地勢(shì)利用C25混凝土設(shè)置全基座以確保其穩(wěn)定，如圖5（a）所示;若懸空面積較大且塊體寬度4 m8 m時(shí)，根據(jù)地形地勢(shì)設(shè)置C25混凝土墩柱并用C25混凝土嵌補(bǔ)懸空處，以確保其穩(wěn)定，如圖5（c）所示;懸空面積較大，但圬工難度較大的孤石，施打隨機(jī)錨桿使孤石與地面連成一體，如圖5（d）和圖5（e）所示;對(duì)個(gè)別孤石，應(yīng)結(jié)合嵌補(bǔ)、錨桿等防護(hù)措施來(lái)對(duì)其進(jìn)行加固防護(hù)，如圖5（f）所示。

3.1.4 Ⅳ類孤石。Ⅳ類孤石一般情形下是穩(wěn)定的，但是易受下部巖體穩(wěn)定性的影響，且來(lái)自外部的振動(dòng)或者搖晃會(huì)改變孤石的穩(wěn)定性。由于規(guī)模較大，清除難度大，設(shè)置隨機(jī)錨桿及局部C25混凝土嵌補(bǔ)使孤石與下部巖體連成一整體。

3.1.5 Ⅴ類孤石。參照Ⅱ類孤石防護(hù)方式，若Ⅴ類孤石具備清除條件（例如附近有面積較大且植被茂密的平臺(tái)），在不破壞其他孤石穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，可采用爆破、人工或機(jī)械方法清除。

3.1.6 Ⅵ類孤石。參照Ⅲ類孤石防護(hù)方式，若Ⅵ類孤石具備清除條件（例如附近有面積較大且植被茂密的平臺(tái)），在不破壞其他孤石穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，可采用人工、機(jī)械方法或爆破清除。

3.1.7 Ⅶ類孤石。Ⅶ類孤石規(guī)模較小，將孤石解小清除或挪至地勢(shì)平坦的地方。

3.2 孤石防護(hù)措施

不同區(qū)域的孤石分布及其危害程度雖然有一定的差異，但孤石加固是按照不同類型孤石的特點(diǎn)進(jìn)行的，在孤石防護(hù)上幾個(gè)區(qū)域的防護(hù)措施差異不大。本文以區(qū)域Ⅰ∶ZK125+450～+605段左側(cè)孤石的防護(hù)加固為例。首先，清除截水溝附近影響施工安全的孤石;其次，在截水溝外側(cè)通過(guò)計(jì)算選一適當(dāng)位置（高程約372 m）布設(shè)一道長(zhǎng)約100 m的被動(dòng)防護(hù)網(wǎng);最后，對(duì)坡頂孤石進(jìn)行排查處理。具體包括以下防護(hù)措施。

3.2.1 解小清除。為保證施工安全，盡可能地清除邊坡紅線以外10 m范圍內(nèi)埋深淺或堆疊在其他巖土體上的孤石（Ⅲ類孤石、Ⅵ類孤石），因?yàn)檫@類巖石無(wú)法進(jìn)行加固，只能進(jìn)行清理。需要注意，清理時(shí)必須一次性清理干凈，即便是留下小石塊，在施工中也可能出現(xiàn)滾落引發(fā)安全事故。根據(jù)施工單位提供的照片資料，對(duì)該區(qū)編號(hào)為28、62、65、67的孤石進(jìn)行解小清除。對(duì)于其他可能失穩(wěn)的巖石，采取相應(yīng)的加固措施。

3.2.2 混凝土嵌補(bǔ)、混凝土基座、隨機(jī)錨桿。部分大體積孤石清除難度大，采用3.1章節(jié)提供的防護(hù)措施進(jìn)行原位加固。若懸空面積較小，則采用漿砌片石或用混凝土對(duì)懸空面積進(jìn)行嵌補(bǔ);若懸空面積較大，根據(jù)地形地勢(shì)利用C25混凝土設(shè)置孤石基座以確保其穩(wěn)定;懸空面積較大但施工難度較大的孤石，施打隨機(jī)錨桿使孤石與地面連成一體。根據(jù)施工單位提供的照片資料：對(duì)編號(hào)為20、21、23、29、31、61、63、64、71、72、73、75、76的孤石進(jìn)行嵌補(bǔ)加固;對(duì)該區(qū)編號(hào)為24、25、26、27、30、32、60、68、70、74、75的孤石設(shè)置C25混凝土基座;對(duì)編號(hào)為19、20、25、26、27、29、30、61、63、64、68、71的孤石施作隨機(jī)錨桿。

3.2.3 加設(shè)主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)。位于大樁號(hào)段編號(hào)24～35的孤石群，距離截水溝近且根部埋深淺，故加設(shè)主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)將該孤石群罩住，以確保孤石的穩(wěn)定。主動(dòng)網(wǎng)選用GPS2型SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（4.5 m間距系統(tǒng)錨固+錨桿孔口凹坑+縱橫向支撐繩+鋼絲繩網(wǎng)+預(yù)張拉縫合鋼絲繩）。由于坡面起伏較大，在計(jì)算防護(hù)所需材料面積時(shí)，Ⅲ區(qū)考慮1.2倍的放大系數(shù)，防護(hù)面積為400 m2，實(shí)際應(yīng)用材料面積約為480 m2。在主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)建設(shè)的過(guò)程中，考慮到一些孤石的體積比較大，采用統(tǒng)一的防護(hù)網(wǎng)可能效果不太理想。所以，在實(shí)踐中可以對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)防護(hù)。比如，4號(hào)孤石在主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)中采用了單獨(dú)設(shè)計(jì)的方式。當(dāng)然，對(duì)于是否需要單獨(dú)設(shè)置，前期的孤石調(diào)查工作顯得尤為重要，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的實(shí)際狀況進(jìn)行綜合評(píng)估確定[4]。

3.2.4 布設(shè)被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)。由于邊坡坡高林密，孤石分布極不規(guī)律，導(dǎo)致全部清除及加固難以完全實(shí)施，因此必須結(jié)合被動(dòng)防護(hù)措施。孤石的運(yùn)動(dòng)方式以滾動(dòng)、滑動(dòng)為主，除非遇到大地震導(dǎo)致山體晃動(dòng)才會(huì)導(dǎo)致孤石彈射[5]。盡管該區(qū)邊坡較高、孤石勢(shì)能大，但考慮到坡面植被茂密且局部有平臺(tái)，坡面對(duì)滾石的阻尼系數(shù)高、摩擦力大，因此孤石的運(yùn)動(dòng)方式以滾動(dòng)為主。為方便計(jì)算，采用落石速度公式，計(jì)算得到速度為24.1 m/s。由于邊坡植被茂密，應(yīng)乘以一個(gè)速度折減系數(shù)0.6，即到達(dá)邊坡紅線處的速度約為14.5 m/s，則1 m3的石塊下落到達(dá)紅線處的能量為340.6 kJ。據(jù)此粗略估算，在截水溝外側(cè)選一位置（高程約372 m）布設(shè)一道長(zhǎng)約150 m的最大沖擊動(dòng)能吸收能力為750 kJ的RX-075被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，被動(dòng)網(wǎng)的高度設(shè)為4 m。

4 結(jié)語(yǔ)

在山區(qū)高速公路施工的過(guò)程中，孤石是一個(gè)威脅施工安全的重要因素，且孤石滾落具有隨機(jī)性，很難進(jìn)行預(yù)防，所以必須對(duì)孤石進(jìn)行加固防護(hù)。在這一過(guò)程中，實(shí)地調(diào)查是非常重要的工作。通過(guò)調(diào)查確定孤石的數(shù)量、種類、危害程度，并在此基礎(chǔ)上針對(duì)每一個(gè)孤石制定詳細(xì)的防護(hù)加固方案，才能確保施工過(guò)程中有效控制和減少孤石帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)和威脅。孤石防護(hù)方案應(yīng)以加固為主，對(duì)體積小或不具備加固條件的孤石，應(yīng)該將其清除出施工現(xiàn)場(chǎng)，并在此基礎(chǔ)上制定詳細(xì)的防護(hù)方案，將治理與防護(hù)有效結(jié)合，從而保證施工安全。

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