新疆地区路堑高边坡危石清除与防护技术研究

张 坤

(核工业西南建设集团有限公司，四川 成都 610017)

1 工程概况

某项目规划作为新疆维吾尔自治区巩留县G577精河至昭苏的重要高速公路组成部分,利用巩留县既有的S220老路线对主线进行了改建,主线的起点位于巩留县阿克吐别克镇旱田村的西南侧,与巩留县G577墩麻扎至昭苏旱田高速公路墩麻扎段相接,途径巩留县阿克吐别克镇,巩留城西工业园,跨越南岸巴哈特干渠、经夏尔湖村后,进入阿拉喀尔特克斯山脉的腹地,沿溪而上,设置一条隧道穿越北岸特克斯达坂,沿特克斯喀拉萨依河南行,经位于特克斯县蒙古乡库热村,于特克斯达坂县城西侧设置一条过境线,终于巴哈特干渠一级水电站西南侧,与巩留县G577特克斯至精河昭苏段衔接(巩留县既有公路编号S220),路线设计全长49.479 km。本次为公路二期工程,全长45.582 km。

本文对以下路段进行探讨：主线将巩留县旱田(桩号K66+500)作为起点，一期工程特克斯隧道引道起点(桩号K95+660.225)作为该主线终点，设一处长链(即K80+998.616=K81+011.048)，主线全长29.148 km。连接线起点为G577线K73+495.135处(桩号K0+000)，终点为提克阿热克乡阿合海纳尔街与G578(S316)处平交(桩号K13+628)，连接线全长13.628 km。

2 高边坡施工现状

2.1 坡面现状

坡脚：相对稳定，岩体相对完整，现状坡率未达到设计要求，大约在1 ∶0.2～1 ∶0.5之间，且坡脚超挖约1.5 m。

坡面：岩体破碎，危岩较多，裂隙较为发育，坡面不够平整，存在较大的超挖现象，现状坡率约为1 ∶0.5～1 ∶0.75。

坡顶：未出现明显的新裂缝，未见明显的滑动特征，但存在一处倒坡，倒坡坡率约为1 ∶-0.2。

K84+096.6-K84+211.9段左侧高边坡经优化设计后，边坡高度达72.8 m。

K90+543～K90+671段右侧高边坡经优化设计后，边坡高度达57.9 m。

图1 K84+096.6～K84+211.9段左侧高边坡坡面情况

图2 K90+543～K90+671段右侧高边坡坡面情况

2.2 坡面崩塌形成原因

2.2.1 岩体结构因素

在边坡施工过程中发现边坡内部发育较多隐伏节理面，节理面产状大多呈现无规则状，节理面的发育控制了边坡的整体稳定性，其中发育一隐伏主节理面产状100°∠55°充填物以泥质为主，节理面间距10～50 cm，局部裂隙极为发育，裂隙的发育造成了大部分的危岩及碎落，岩体中节理面的发育会对该处岩质边坡稳定性造成很大程度的影响[1]。

2.2.2 水因素

该处边坡经过雨水、冻融及施工时爆破的影响，使边坡内部过水通道的形成速度加快，严重提高了边坡岩体节理面的岩体密度、贯通性、压缩性以及岩体的透水性,这些因素都使得边坡节理面的岩体抗剪切能力和强度逐渐降低，这些因素是对边坡节理的岩体硬度和稳定性的重要直接影响和稳定性因素[2-3]。此外，水的侵蚀作用促使岩体中的节理面产生裂隙及增强岩石的风化，从而导致岩体失稳。

2.2.3 边坡岩体残余应力的释放

开挖过程后所形成的岩体和挖方边坡有可能会对整个挖方边界处岩体的应力集中状态和稳定性造成直接影响。并且这些岩体应力的集中状态程度和应力释放的过程也有可能会直接影响挖方到边坡的岩体稳定性。当然，防护不及时也是造成崩塌的原因之一。

2.2.4 人为扰动因素

开挖边坡大多采用爆破开挖，这个过程本身就会对边坡稳定性造成消极影响。受爆破力的影响，外倾结构面形成不稳定的楔形体，极易出现崩塌现象。

3 坡面危石清除

3.1 机械设备配置

3.1.1 人员安全器具

1)安全绳：高空作业承重绳材质为锦纶，直径为16～22 mm，承载力为2 000～3 500 kg。

2)安全带：采用全身包裹的双背双保险安全带，材质为丙纶。

3)安全绳自锁器：采用最大负荷为100 kg、锁止距离≤400 mm防坠制动器。

3.1.2 清除危石机械设备

1)空压机：采用4 m3空气压缩机。

2)破碎锤：手持气动破碎锤。

3.2 施工准备

3.2.1 测量放线

根据设计图确定要清除的危岩，并做好标记。

3.2.2 结构物保护

因K84+096.6～K84+211.9段右侧、K90+553～K90+662段左侧均设计为衡重式片石混凝土路肩墙，且已修建完毕，在危岩清理前，应将路肩墙外露面采用砂砾或土覆盖50 cm以上进行保护，避免下落危岩破坏已完成的路肩墙。

3.2.3 过往车辆及人畜安全措施

1)K84+096.6～K84+211.9段路基右外侧有一宽9 m的砂砾路面既有便道供车辆通行，且路肩墙已完成。该处高边坡的清除危石的位置较高，采取安全措施如下。

1)防止大块飞石拦挡措施：拟采用天然砂砾材料填筑顶宽2 m、埂高3 m、坡率1 ∶1的拦挡埂，拦挡大块飞石伤击过往车辆。

2)防石渣飞溅措施：在防大块石的拦挡砂砾土埂顶部，拟采用钢管、扣件、彩钢板搭设1.5 m高的栅栏，拦挡石渣飞溅伤击过往车辆。铺设细砂，减缓下落危岩的冲击力。

3)人畜通过安全措施：在该路段车辆通行便道的右侧，修建宽2.5 m的砂砾路面(高于车辆通行便道0.5 m)供人畜安全通行。

4)作业区与外界隔离措施：为防止车辆、行人、牲畜进入施工作业区内，拟采用钢管、扣件、彩钢板搭设1.5 m高的栅栏进行隔离，在彩钢板上标识“封闭作业，禁止车辆、行人、牲畜进入”等醒目标志。

5)管制人员设立：在便道起点、中部、终点各设置两名管制人员，对过往车辆、行人、牲畜实行管制、提醒，确保无害、快速通过此段道路。

6)警示标志标牌设置：在车辆通行、人畜过往便道的两侧，设置带反光膜的轮廓警示柱和锥形桶，其间距5 m。在车辆通行便道设置“坡面清危，禁上通行”、“山侧落石”、“禁止车辆、人、畜进入清危作业区”、“道路变窄”、“路面不平”等警告警示标志。在便道的起点、中段、终点设置暴闪灯。

因该段路基左外侧临河道，排危石方堆积、车辆通行道路均布置于主线路基内。该处高边坡的清除危石的位置较低，采取安全措施如下。

1)防大块飞石拦挡措施：采用天然砂砾材料填筑顶宽2 m、埂高2 m、坡率1 ∶1的拦挡埂，拦挡飞石伤击过往车辆。

2)防石渣飞溅措施：在防大块石的拦挡砂砾土埂顶部，拟采用钢管、扣件、彩钢板搭设1.5 m高的栅栏，拦挡石渣飞溅伤击过往车辆。铺设细砂，减缓下落危岩的冲击力。

3)人畜通过安全措施：在该段路基左外侧(即溪流边)修建一条宽2.5 m的砂砾路面供人畜安全通行。

4)作业区与外界隔离措施：为防止车辆、行人、牲畜进入施工作业区内，拟采用钢管、扣件、彩钢板搭设1.5 m高的栅栏进行隔离，在彩钢板上标识“封闭作业，禁止车辆、行人、牲畜进入”等醒目标志。

5)管制人员设立：在便道起点、中部、终点各设置两名管制人员，对过往车辆、行人、牲畜实行管制、提醒，确保无害、快速通过此段道路。

6)警示标志标牌设置：在车辆通行、人畜过往便道的两侧，设置带反光膜的轮廓警示柱和锥形桶，其间距5 m。在车辆通行便道设置“坡面清危，禁止通行”、“山侧落石”、“禁止车辆、人、畜进入清危作业区”、“道路变窄”、“路面不平”等警告警示标志。在便道的起点、中段、终点设置暴闪灯。

3.3 清理危岩施工方法

边坡内部发育较多隐伏节理面，节理面产状大多呈现无规则状，节理面的发育控制了边坡的整体稳定性，出现了坡面悬石、危岩和外倾结构面，为避免采用爆破方式清除再次影响坡面整体性，拟定采用人工机械设备配合对坡面局部的悬石、危岩和外倾结构面予以清除。

3.3.1 坡顶安全绳锚固设置

坡顶锚固措施采用地锚形式，地锚位置应选择无裂缝的大块石且距坡顶边缘大于5 m范围。采用φ50 mm风镐钻孔深度不小于4 m，埋置一端带锁扣的φ25钢筋，孔内应注满膨胀砂浆，其抗拉拔力不小于50 kN。

3.3.2 作业人员安全设备

坡面作业人员每人应系2根直径为16～22 mm的安全绳，一根为清理危石主绳(承重绳)，另一根为防止下坠的备用绳(保险绳)。

高空作业人员个人佩戴带有自锁器装置的全身包裹的双背双保险安全带。

3.3.3 坡面危石清除

1)坡面小危石、活石清除。很多浮石、土的裂隙现象十分严重，对其采取的作业方法应总结为“一看、二敲、三撬”；对存在滚落风险的零小危石、活石，按照轻重缓急的原则进行定人、定时处理[4]。

2)坡面大危石清除。针对坡面上大危石，应采用机械凿孔，钢楔挤压的方法进行破碎作业方式予以清除。

3.3.4 土石方弃置

清除至路基上的土、石，应根据堆积的数量，及时采用挖掘机配合汽车运输至作业现场，确保坡面掉下的土、石不冲击过往车辆、行人。清运土、石时，应确认坡面无危石掉落并停止坡面清危作业的条件下进行。

4 锚杆防护网技术

4.1 锚杆框架

4.1.1 工艺流程

开挖修坡→成孔→设置钢筋→注浆→开挖框架基础及制作钢筋骨架→浇筑框架→质量检测→锁定锚杆并封闭锚头。

4.1.2 施工方法

施工方法为：①边坡应分层开挖，将上下两排锚杆间距作为每层的开挖高度，不得超挖；②首先确定并标记孔位，将土锚专用钻机作为工具进行干钻，钻孔结束后，用高压空气将孔内石粉和水排出孔外。③锚杆杆身按要求支护并进行防腐处理，钢筋及时送入孔内。④灌浆应按要求进行。灌浆结束后，对灌浆管、灌浆枪、灌浆套筒进行清理，并做好灌浆记录[5]。⑤在框架梁施工前，用砂浆找平层铺设地基。钢筋安装前，梁体浇筑C30混凝土。浇筑前，对植草护坡预埋钢筋进行绑扎。局部架空时，采用M10浆砌片石嵌砌。当框架梁和灌浆的强度均达到设计强度的80%时，再对锚头完成安装工作。要注意的是，框架内的框架护坡应在框架施工完成后进行。

4.2 防护网

4.2.1 工艺流程

清坡→放线→基础施工→锚杆安装→支撑绳安装与调试→格栅的铺挂→钢网铺挂与缝合→完善性工序。

4.2.2 施工方法

施工方法为：①清除斜坡上的表土和石块。②放样确定螺栓孔位置。③钻清螺栓孔，注插螺栓并养护3天以上。④安装支撑绳。张拉工作完成后，用2个或4个绳夹固定两端连接锚杆外露环套[6]。⑤将格栅自上而下铺设，缝好两个格栅，并用支撑绳系好格栅。⑥钢丝网是自上而下铺设的，缝合并预张紧钢丝网。用两个绳夹固定缝合绳两端并使其与网绳连接。于山体空腔内部安装一个旋压预应力柔性随机锚杆，使其达到预紧系统的效果。

5 结 论

1)应确保防护工程的施工过程是及时并且快速的，要尽量保证各级边坡衔接是十分顺畅；防护工程施工应当分层次进行，保证自上而下进行的原则，竣工后再进行下一级施工保护工程的上层施工工作。

2)在进行边坡危岩清除工作时，应派专人专门负责动态观察和监测工作，确保作业上方无危岩，被清除的危岩坠落时不会对车辆、人员和动物造成伤害。

3)在进行锚杆护坡施工时，应尽量保证岩质边坡与岩层倾角垂直，并用钻机钻至稳定岩层区，插入锚杆，用水泥砂浆锚固，使边坡岩体和可能发生滑动的岩体与基岩结合。

4)锚杆钻孔前，在考虑了设计要求和边坡岩体情况的前提下，确定孔位并做好标记。应当确保螺栓孔距误差不超过15 cm，水泥砂浆螺栓孔深误差不超过50 cm。

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