孤石發育高陡邊坡安全治理施工技術的實踐應用

馮仕軒

廣東省地質建設工程集團公司 廣東 廣州 510000

1 孤石發育邊坡的治理背景

1.1 花崗巖地區區域分布與孤石發育邊坡危害特點

廣東省內巖漿巖總分布面積約5.5萬km2，又以侵入花崗巖類為主，于粵東、粵西、粵北、粵中等地區均見較廣泛分布。山體邊坡中，常見有孤石出露于殘積土或全強風化層中，部分孤石塊徑較大，部分呈突出或半懸空狀，對臨坡的建筑及居民人身財產安全構成較大威脅，同時也增加了治理過程的難度，采用一般工程手段難以保障安全治理的目的。

1.2 對孤石發育高陡邊坡治理手段研究的應用前景

我們在地質災害治理過程中，對球狀風化發育的高陡邊坡，隨著削坡開挖，風化坡體中隱埋的孤石亦會出露，此類情況，治理前，易發生崩塌、危巖墜落災害；治理中，易發生滾落、拋石威脅施工機械、臨坡建（構）筑物及人員安全。采用一般的人工、機械開挖或火藥爆破手段，常難以克服巖塊滾落、拋石的突發安全隱患，故對孤石發育型高邊坡的安全治理手段研究在地質災害治理中具有重要實際意義。

本文結合工程實例，對孤石發育高邊坡的治理方案與安全施工工藝進行了應用探究分析。

2 工程概況

2.1 工程簡況

碧桂園增城永寧街某邊坡支護工程，場區地形地貌屬殘丘～山前沖洪積溝谷地帶。邊坡開挖高度最大約83m，高度大，易發生崩塌、危巖體崩落仍至滑坡類地質災害，臨坡坡腳北段為居民聚集區，南段為在建高層住宅，邊坡破壞后果很嚴重，邊坡工程安全等級為一級[1]，滑坡防治工程等級Ⅰ級[2]。

2.2 邊坡地質環境簡況

現狀山體坡度35～60度，坡面自上而下為坡積粉質粘土、殘積土、全風化花崗巖、強風化花崗巖，下部開挖面見中風化花崗巖、微風化花崗巖。原始自然坡體坡面見有較多花崗巖孤石出露，孤石大小不一，清表后出露的孤石最大塊徑可達 6～7m，少數甚至可達十數米連續出露。

3 邊坡設計治理方案

本工程設計采用治理方案主要包括：分級削坡、錨桿、網噴砼、錨索、格構梁、被動防護網、攔石網、擋土墻、截排水工程等[3]。具體為：按實際地形，分為2～8級削坡，各級邊坡間設約2m寬平臺；完整微風化巖區域采取錨桿+網噴砼封閉坡面泄水孔；對破碎中微風化巖及以上區域采用錨索+格構梁+梁間三維網噴播綠化措施；對該區域以上至邊坡支護坡頂線范圍可能出現的孤石，主要考慮攔截處理，坡頂設被動防護網和攔石槽；此外，根據地形環境情況，綜合設置場地截排水系統。

4 孤石發育型高邊坡施工特點及難點

a、邊坡工程地質條件環境復雜，孤石發育，坡體中微風化巖體較破碎，上部治理范圍外山體存在散石滾落風險，治理范圍內存在崩塌、危巖墜落風險，治理過程中，易發生滾石、拋石威脅施工人員機械并對臨坡建（構）筑物及人員機械造構成風險，故本邊坡治理的設計及施工過程中，預防危巖墜落，防止及消除滾石、拋石的隱患因素，對本工程的安全治理意義重大[4]。

b、本段高邊坡防護工程量大，防護形式多，施工工序多樣，在高邊坡上作業，屬高空作業，危險系數大，安全防護難度大，因此，制定合理的自上而下的分級分段清除方案，采用分級治理，把控開挖及清除中的安全施工節奏，是施工組織中要重點控制的步驟內容。

c、臨坡腳近居民聚集區或存在在建建筑，邊坡經爆破或遇雨易崩塌，必須提前防護，因此，對臨邊坡腳已有建筑及居民人身安全的保護，需要因地制宜地設置合理的安全保護措施及預防手段。

d、限于施工環境，邊坡開挖不能采用火藥明爆方式，對坡面大塊孤石及破碎中微風化的開挖及清除安全要求高，因此，采用靜力爆破并結合機械清除方法，制定細致安全的措施，采用安全合理施工手段，是孤巖及巖質松散發育邊坡能夠進行安全治理的關鍵。

5 針對孤石及破碎中微風化巖體隱患的支護方案與施工措施

5.1 上部治理范圍外散石滾落風險應對方案

治理范圍外至山頂的散石存在滾落風險，為攔截上部散石滾落，坡頂設被動防護網和攔石墻（槽）一道，攔石墻高2.5m，鋼筋混凝土結構，槽體寬約6m，可兼具截水溝作用；被動防護網高6m，被動網采用主網采用R12/03/350四聯環型網，副網采用DT/2.2/80鋼絲繩。攔石墻與被動網設500mm厚鋼筋混凝土基座，基座基礎采用長約12m微型樁增加抗剪抗拔能力。被動防護網與攔石墻（槽）在前期完成，之后才能進行下方坡體的開挖工作。

5.2 坡中孤石及破碎中微風化隱患的支護及清除解決措施

a、土方開挖要嚴格執行自上而下分層、分段開挖順序，遵循開挖一級，防護加固一級，逐級開挖，逐級防護原則，合理規劃好開挖分段的先后順序。

b、邊坡分層支護方案，對破碎中微風化巖及以上區域采用錨索+格構梁+梁間三維網噴播綠化措施，對邊坡完整微風化巖區域采取錨桿+網噴砼封閉坡面+泄水孔的措施[5]。主要結構錨桿（索）、格梁的設計數據經由理正巖土軟件計算確定。支護方案簡圖見下圖1。

圖1 邊坡支護方案簡圖

圖2 大孤石的清除和防滾落措施圖

c、不同巖土體，采用不同開挖手段，對殘坡積土及強風化的軟石，直接使用挖掘機開挖，并及時清運；對中微風化的孤石或巖體，采用風鉆或潛孔鉆機布眼，采用HCR180型潛孔機鉆孔，然后下放彭脹劑，靜力爆破。靜力爆破時用推土機整修施工便道，清理表層覆蓋土及危石，配合爆破，盡量創造臨空面，使最小抵抗線方向面向回填方向。

d、孤石及巖體破碎措施，采用靜力破碎與機械破巖相結合方式，選擇靜態脹裂劑加液壓破碎錘破碎法的綜合破巖施工方法。靜力爆破采用密孔法，將靜態膨脹劑灌入孔內，利用靜態膨脹劑凝固體積膨脹產生的膨脹力將巖石沿鉆孔平面緩慢脹裂開，靜態脹裂劑采用小型空壓機加φ40手持式鑿巖機鉆孔。采用d-40mm孔，每米靜態脹裂劑用量約2kg。注入靜態脹裂劑12～20小時后，使巖體自然開裂。巖體開裂后，采用挖掘機配液壓破碎錘進行機械破碎，加快破巖速度，并使巖碎塊度達到清運要求。

e、以靜態脹裂劑破巖，灌注孔采用鐵皮及紡織袋等適當覆蓋。為避開靜力爆破時塊石滾落危及邊坡施工人員及設備，在邊坡下部設置攔擋防護，設置警戒范圍。

f、大孤石的清除和防滾落：

第一步對孤石首先采用素混凝土進行基座加固，澆筑基座超出孤石范圍約300mm保證孤石的受力在基座面內。澆筑基座前在基座的位置上預先以鋼筋錨桿且進入穩定完整中微風化基巖不少于3.0m。然后在孤石上方、左右和混凝土基座下方施工主動防護網，將整個孤石采用主動防護網包裹住，確保孤石不發生滑移。

第二步對孤石進行靜爆清除，采用沖擊槍鉆孔，孔深應不小于巖石厚度 2/3，孔徑不應小于40mm，孔內注入膨脹劑，使巖石分解為小塊。然后對分解后的巖石采用人工從主動防護網開口處清除，孤石清理干凈后將主動防護網進行拆除。

第三步錨桿格梁封板加固坡面，在原孤石區域編制鋼筋網片、澆筑厚度為400mm的混凝土板。

6 必要的安全輔助施工措施

a、在不影響道路走車的狀況下道路向山坡內側傾斜緩沖墜落巖塊掉落時的勢能。

b、坡腳增設一道臨時防護墻，采用2m高的豎向鋼管、6m長的水平鋼管、2m長方條、模板搭設防護墻。同時在防護墻內側挖設一條1.5m寬1m深的緩沖溝，并視情況定期清理，避免土石填滿使緩沖溝失效。

c、考慮可能存在部分巖石塊沿坡面跳起越過防護墻風險，在山坡腳下更遠位置靠近坡腳施工中的主體工程及近已建住宅樓的位置上補充一道被動防護網，被動防護網的高度6m，長度為防護整個主體結構施工的區域并向兩側延伸20m以上。

7 結論及建議

本文以碧桂園增城永寧街某邊坡支護工程治理實例為背景，對孤石發育型高邊坡的治理方案進行了簡要的敘述及分析，并圍繞其治理方案與保障安全施工措施，對坡中孤石的支護及清除措施進行了必要的闡述與論證，結合實際情況，對類似的孤石發育型高陡邊坡的治理項目提出以下結論及建議：

a、目前本例邊坡治理已基本完成，經實例證明，邊坡孤石及巖體破碎，以靜力破碎與機械破碎相結合方式，是安全可行的，對臨坡存在需防護建筑物的情況下，相較火藥爆破，此方法更安全可靠，在實際邊坡治理中更為適宜。

b、高邊坡以靜力爆破結合機械破碎清除孤巖碎石巖體時，清除順序需自上往下，分級分段清除，需掌控好施工順序。

c、清除邊坡孤石及碎石松散巖體時，需重點預防發生滾石、拋石的危險，必要的預防安全措施不能少，坡腳與現有臨邊建筑間設計一定安全距離較為適宜，本文中所述的坡腳增設臨時防護墻、緩沖溝、被動防護網，具有較好的參考意義，當坡腳與臨邊建筑間距離太近時，應在每級支護平臺設置臨時預防安全措施，實際應用中，可據場地具體情況參考采用。