喀斯特地区公路反坡陡崖路段改扩建方案研究

田 华，杨 明，赵干顺

(1.广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007；2.广西北投公路建设投资集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

广西、贵州和云南东部所在区域分布有大量石灰岩和白云岩为主的碳酸盐，是世界上最大的喀斯特地区之一。由于降雨丰沛有利于喀斯特发育，形成了多样的地貌形态[1-2]。随着雨水的不断侵蚀和岩石的崩塌，逐渐形成底部脱空、上部悬空突出的反坡陡崖地貌，部分低等级公路由于历史原因和造价控制，存在这样的反坡陡崖路段，对公路运营安全造成较大危害。反坡陡崖路段的处理是公路改扩建方案确定的重要控制因素。

某旧路为四级公路，设计时速为20 km/h，路基宽4.5 m，处于广西典型喀斯特地区。沿线出露基岩多为石炭系和泥盆系的灰岩、白云质灰岩等，沿线地层主要有石炭系下统、中统和上统，泥盆系上统，其中以石炭系分布最广。在K10+270～K10+560段有一处反坡陡崖路段。该公路拟改扩建为设计时速40 km/h，路基宽8.5 m的二级公路[3-5]。该路段的改扩建方案研究可以为类似喀斯特地区公路反坡陡崖路段的处理提供借鉴。

1 设计方案比选

K10+270～K10+560段为典型的喀斯特岩溶峰丛洼地地貌区，群峰挺立呈笋状，互相间以基座相连。发育有较多的谷地和洼地，谷底有落水洞和溶洞。谷底标高为422 m，峰顶标高为782 m，旧路伴山而建，标高为542～561 m。该处旧路宽约4.5 m，最小平曲线半径R为105 m，最大纵坡为11%。旧路左侧为混凝土护栏，护栏外侧为陡峭地面，自然横坡约45°。旧路右侧为1.2 m宽土质水沟，深约0.3 m，已被掉落碎石和杂草堵塞。水沟外侧坡面底部脱空、上部悬空突出，为白云质灰岩，岩体裂隙较发育，反坡陡崖段坡面高约60 m，整体自然横坡为80°。反坡陡崖坡面上方有一高约10 m、自然横坡为37°的较缓平台。再往上则为高约65 m、自然横坡为79°的陡崖。反坡陡崖段长约110 m[6]，针对该路段，提出了旧路左侧加宽和右侧加宽两种方案进行比选。

1.1 旧路左侧加宽改扩建方案

为避让反坡陡崖路段，提出旧路左侧加宽改扩建方案。该改扩建方案路中线平面位置相对旧路中线向左侧偏移约5.1 m，标高降低约8.2 m。改扩建公路右侧设置0.6 m宽、0.8 m深的浆砌水沟，0.5 m宽碎落台后设置1∶0.1的挖方边坡，坡顶为旧路路基边缘。对既有旧路反坡陡崖处、新开挖边坡坡面设置140 m长的主动防护网，挂网防碎石滚落。由于相对于旧路向左侧偏移了约5.1 m，改扩建公路左侧部分路段不可避免地填筑在45°自然横坡上。由于无法填筑路基，根据横断面分别在K10+481～K10+499段设置了18 m长的混凝土路肩墙，K10+333～K10+397段、K10+421～K10+468段设置了111 m长的气泡轻质土路肩墙。如图1、图2所示。

图1 左侧加宽方案平面图

图2 左侧加宽方案横断面图(m)

1.2 旧路右侧加宽改扩建方案

为彻底挖除旧路反坡陡崖段，提出旧路右侧加宽改扩建方案，以改扩建后公路右侧开挖边坡坡顶至反坡陡崖以上的缓坡止、取消混凝土路肩墙和气泡轻质土路肩墙为原则。该改扩建方案路中线平面位置相对旧路中线向右侧偏移约5.7 m，标高降低约8 m。改扩建公路右侧设置0.6 m宽、0.8 m深的浆砌水沟，1.5 m宽碎落台后设置1∶0.1的挖方边坡。坡顶为旧路反坡陡崖上缓坡，在缓坡处设置178 m长的被动防护网拦截上方滚落碎石，在改扩建公路新开挖边坡段设置290 m长的主动防护网。改扩建公路左侧为零挖或者挖方路基，无须再设置挡墙。如图3、图4所示。

图3 右侧加宽方案平面图

图4 右侧加宽方案横断面图

1.3 方案比选

旧路左侧加宽改扩建方案避让反坡陡崖处，维持该处现状，挂设主动防护网进行防护，同时，对新开挖边坡也挂设主动防护网防护。该方案改扩建后公路右侧开挖坡高约8 m，边坡较低，运营风险较低，但仍然存在反坡陡崖处上部突出岩石崩塌坠落的风险。同时，需要设置18 m长的混凝土路肩墙和111 m长的气泡轻质土路肩墙。

气泡轻质土路肩墙施工工艺要求较高，施工难度较大。旧路右侧加宽改扩建方案对反坡陡崖处彻底开挖清除，新开挖边坡设置主动防护网，同时在坡顶设置被动防护网对更高处的碎石进行拦截。但改扩建公路开挖石方工程量较大，右侧开挖边坡高约70 m，边坡高度较高，后期养护时主动防护网维护难度较大。本文对两种方案的主要工程数量及造价进行了对比，如表1所示。

表1 两种方案工程规模对比表

根据两种方案比选，旧路右侧加宽改扩建方案对反坡陡崖处彻底开挖清除，虽然造价增加144万元，后期养护维护费用较高，但能彻底避免反坡陡崖进化发展时的崩塌落石，保证过往车辆及民众通行的行车安全。最终推荐按旧路右侧加宽改扩建方案实施。

2 施工实施方案

2.1 施工概况

按旧路右侧加宽公路改扩建方案，右侧挖方边坡高度最高为70 m，需要进行专项爆破，爆破方量约7.6万m3。该处东北侧225 m处有零星废弃民房，西侧455 m处有民房，南侧旧路位于半山腰，且南侧有一条东北走向的10 kV高压线，边坡坡脚距高压线水平最近距离137.3 m，北侧为山地[7]。

2.2 施工方案

由于该处反坡陡崖段整体呈直壁状，无法修筑便道供大型机械上到边坡顶部进行作业。综合考虑该高边坡的整体地形、山体情况、设备及施工安全问题，在高边坡上部采用人工吊装简单易拆装的钻机并依托有利的地形自上而下进行钻孔作业，整体施工采用深孔台阶爆破、数码电子雷管起爆网路；同时为控制边坡轮廓线，边坡施工采用预裂爆破、数码电子雷管和导爆索结合的混合起爆网路。

由于施工区域南侧137.3 m有一条10 kV高压线，需提前对其进行防护。在南侧山脚应开挖一道防护沟，沟深≥2 m，开挖的渣土堆排在外侧，修筑成一道防护墙，以防止滚石危害。为清理爆破场地，对于岩石较破碎，风化严重的软石采用人工利用风镐或机械，能挖除的先行挖除。边坡顶部表层有易落碎石，爆破打孔前需清理。

该高边坡整体采用深孔台阶爆破，根据深孔爆破要求，整体从西向东南推进，即背向高压线方向，如图6、图7所示。前期因场地限制，无法修筑供大型机械上到边坡顶部进行作业的便道，顶层采用深孔台阶爆破，因边坡顶部高低起伏较大，顶层炮孔深6.2～10 m，炮孔间距为3～3.2 m，炮孔排距为2.8～3.0 m。顶层爆破形成平整台阶面后，边坡主体下层开始采用10 m高度台阶爆破，孔深为11 m，孔距为3.2 m，排距为3.0 m。为控制爆破后坡面的平整度，边坡控制线采用预裂爆破，预裂孔倾角为84°，预裂孔孔距为1.5 m，预裂孔与主爆区最后一排炮孔的孔口距离为2.0 m。该边坡降低至第5、第6台阶时，因边坡有反坡陡崖底部掏空现象，导致前排炮孔到自由面的距离变化较大，当台阶坡面上宽下窄时，如图6和图7，P1线所示台阶前排孔，在钻孔过程中，严格控制炮孔的深度与角度，炮孔深度随岩层厚度的变化而进行调整，确保抵抗线w在3.5～4 m。当台阶坡面呈中间薄、上下宽，如图9、图10中P2线所示台阶面时，前排炮孔中部由于抵抗线太小，炮孔中间抵抗线<3.5 m的位置不装药，用岩渣填塞中间段，炮孔底部跟上部正常装药。边坡顶层削顶爆破高度为5～10 m，边坡主体开挖爆破台阶高度为10 m，但因局部岩层厚度变化较大，台阶高度为5～10 m。爆后检查完成后，使用机械对松动岩石、废渣等进行清运。

图5 施工区域环境影响图

图6 施工边坡剖面划分图

图7 炮孔台阶剖面及开挖顺序图(cm)

3 结语

本方案实施完成后，反坡陡崖地质危害得到彻底清除，避免了上部突出岩石的崩塌坠落式危害，边坡处理整体效果良好，公路运营期间未再发生崩塌落石情况。通过对典型喀斯特反坡陡崖路段公路改扩建方案进行行车安全、施工运维、工程造价等多要素比选研究，并提出具体的施工方案，总结出了该类公路地质灾害处理方法，可以为类似喀斯特地区岩溶反坡陡崖地质灾害处理提供借鉴。