G105国道遂川洪门段落石危害性分析

单 超，雷 凡，虞 峥

（1.西安中交公路岩土工程有限责任公司，西安 710075；2.江西省公路科研设计院有限公司，南昌 330008）

G105国道K2050+000-K2054+000洪门路段于1984年1月建成通车，路基宽度8.5m，路面宽度为7.0m，公路等级为二级。目前K2050+000—K2050+263，K2051+263—K2051+962为沥青砼路面，K2050+263—K2051+263，K2051+962—K2054为水泥砼路面。洪门路段曾进行过3次大中修，1994年K2050—K2054在原砼路面上加铺水泥砼路面；2010年对K2050—K2054路段进行了抽换板；2015年养护大中修时，对K2050+263—K2051+263，K2051+962—K2054+000路段采用抽换板、灌浆、清缝灌缝和路面标线等措施。K2050+000—K2050+263，K2051+263—K2051+962原路面结构为水泥砼路面路段，通过碎石化或挖除老路结构层后增设级配碎石垫层；加铺结构为细粒式沥青砼面层+黏层+细粒式沥青砼面层+下封层+水泥稳定碎石上基层+级配碎石下基层。

2006年5月20 日，受台风“珍珠”影响K2050+400处右侧石质边坡塌方约2万m3，造成交通中断。由于右侧山体岩石存在裂缝，部分岩体突出，存在较大安全隐患。为消除隐患保安全畅通，2007—2018年，遂川公路分局安排人员对该高危路段进行24 h不间断巡查，重点监控，同时还设立了安全警示标志。由于该路段岩石表面裸露，受长年风化影响，偶尔会发生落石现象[1-4]。目前该路段岩石表面出露，受常年风化影响，遇到恶劣天气时，时有地质灾害发生，严重威胁到行车安全。

1 地质灾害概况

G105国道K2050+350—K2050+600段于1984年1月建成通车，路线基本以半填半挖路基形式从山脚通过，左侧紧邻金沙水河，右侧紧邻一高陡基岩边坡。该段右侧边坡高度100～160 m，该段地质灾害山体基岩裸露，岩性主要为石英砂岩，受地质构造影响及风化作用，山体节理裂隙较发育，贯通性好，节理张开度5~20 mm，无充填或局部少量岩屑充填。山体节理裂隙发育，多处存在凹腔，部分岩体处于悬空、松动状态，且局部区域拉张裂缝已经产生，形成了大型的危岩体。该段山体在坡面凹腔、裂隙水充填、降雨及地震等条件下容易产生坠落式、倾倒式崩塌，造成砸车伤人、损坏公路设施等安全事故，亟需对该处危岩体进行有效的治理工作[5-7]。

根据现场调查，该处危岩分布总面积约49 825 m2，总体积约34.88×104m3，其中对公路构成直接威胁的危岩面积为12 938 m2，总体积约9.06×104m3，属于大型危岩体。影响G105国道K2050+380—K2050+590段，路线影响长度为210 m。

2 落石危害性分析

2.1 计算模型

高位边坡所处位置较高，不易开展定点观测。无人机技术的应用为高位边坡监测和治理提供了便利。通过无人机对高位边坡进行数据采集，建立三维模型，并通过Rackfall软件，对边坡落石发生时的弹跳高度、运动速度和冲击能量等情况进行了模拟。以此数据作为边坡防护方案的参考，结合边坡现实情况，给出边坡防护治理方案建议[8-10]。

边坡三维影像如图1所示，并在具有落石风险的地区从左到右依次切出29个断面，选取断面1用于落石的模拟计算，特征性断面如图2所示。

图1 边坡模拟特征断面位置

图2 地质灾害特征全貌

2.2 计算结果

分别选取体积为5 m3和10 m3落石，基于Rackfall软件进行落石弹跳高度、运动速度和冲击能量等模拟。落石体积为5 m3和10 m3时，落石在边坡顶部发生滚落运动中产生的最大弹跳高度分别为54 m和55 m，最大冲击能量约为15 000 kJ和34 000 kJ，落石最大冲击速度约为48 m/s和50 m/s（表1）。2种模拟结果都表明，落石对公路具有一定的破坏可能性，对公路的正常运行存在安全隐患，很有必要开展该路段边坡落石的防护工作。

表1 落石体积为5 m3和10 m3时的模拟条件与结果

3 治理工程设计

3.1 治理目标

G105国道洪门段地质灾害类型为崩塌，崩塌及危岩带来的安全隐患对过往的车辆和行人构成了极大威胁。本次地质灾害治理后，会极大地减轻灾害发生带来的影响，确保在小型地质灾害发生时，G105国道能够正常通行，沿途百姓和车辆能够安全出行。

3.2 工程设计原则

在对该处地质灾害进行详细现场踏勘及地质调汇工作的基础上，提出灾害综合防治方案，并针对灾害体发育特征，从经济、技术、环境和施工等方面进行方案论证，提出合理的设计方案，保障该段公路的通行安全。制定本次地质灾害工程治理原则如下。

（1）综合治理，防治结合。工程治理方案设计过程中，应综合考虑多种因素，尤其是地形、地质及降水条件等不利因素。工程方案设计运用多种工程措施进行综合治理，确保工程安全。同时，在方案选择时也应根据地灾体的具体特点，预防可能的次生地质病害发生。

（2）技术可行，经济合理。采用已经成熟的治理工程方案，包括成熟的岩土工程技术，开展综合灾害治理，因地制宜，保证工程建设的可行性与安全性。

（3）注重环保，强调特色，在工程设计中，治理工程应和本地的自然环境和人文环境相协调，力争做到最小程度破坏环境，与周围人文风景相结合，成为一道靓丽的风景线。

（4）动态设计，信息化施工。高位边坡难于处理。因此，在方案实施过程中，要加强对高位边坡的监测工作，包括加强崩塌的监测，以及设计简易观测装置，实施经常性巡检。做到掌握高位边坡灾害的实时动态，保证施工期间的安全工作。此外，应结合动态监测结果，开展施工方案的动态调整，保证工程实施能够达到预定目标。

3.3 治理工程施工图设计

该段地质灾害为危岩，其失稳后易造成崩塌灾害，崩塌防治措施可分为防止崩塌发生的主动防护措施和避免崩塌造成危害的被动防护措施2种类型。根据实际情况，边坡高度为120~170 m，且危岩体基本位于边坡中上部，均属于高位崩塌，且局部危岩体积大，常规的防护措施难度大。为保证公路的安全运营，设计采用被动防护方案，先对坡面松散的危岩体进行清除，然后采用明洞方案通过灾害路段。考虑到危岩体直接掉落至明洞顶后冲击能量过大，因此在坡面设置主动消能网对山体落石进行引导防护，将落石引导至明洞顶部且能起到缓冲消能的作用。

3.4 治理工程方案布置

3.4.1 危岩体清除

由于WY1和WY2体积过大，且后部卸荷裂隙已经形成，因此先对完全脱离山体部分进行清除，另外对坡面其他部分明显的松散岩体进行清除，本次危岩体清除按8 000 m3计。具体清除量以现场实际发生量为准。危岩清理尽量采用人工清危，人工清理困难时可采用小药量松动爆破，严禁放大炮，以免引起新的次生灾害。

3.4.2 主动消能网

在K2050+370—K2050+630段山体坡面设置主动消能网，其中明洞段K2050+380—K2050+590主动消能网下部采用开口设计，K2050+370—K2050+380和K2050+590—K2050+630段主动消能网底部采用闭口式设计。主动消能网防护设置总长度260 m，平均高度155 m，防护面积40 300 m2。

3.4.3 明洞工程

根据现场调查确定，本路段K2050+380—K2050+590灾害较严重，因此在该段设置明洞，总长210 m。根据JTG-T D70—2010《公路隧道设计细则》中落石冲击力计算公式，明洞设计按2 m直径块石落距100 m冲击力考虑，冲击力为838 kN/m。明洞外侧采用桩基础，顶部采用碎石回填，回填坡度50%。

（1）横断面设计。在结合停车视距要求的基础上，可采用整体式单洞双向行驶断面，在明洞两侧增加50 cm宽度，最终单洞净宽达到11.0 m（1.0+0.5+0.5+3.5×2+0.5+0.5+1.0 m=11.0 m）。明洞净空限界高度为5.0 m，并在两侧设置人行通道。明洞内轮廓考虑对结构受力有利及便于施工，衬砌断面内轮廓采用三心圆方案。

（2）衬砌结构设计。采用90 cm厚等截面钢筋混凝土衬砌明洞，衬砌砼抗渗等级不小于P8。

（3）洞门设计。基于明洞进出口区域的地形和条件和工程地质条件，结合开挖边仰坡稳定性及洞口防排水需要，洞门型式主要考虑其功能和节省投资需要，也结合地形总体美化效果，确定洞门型式采用端墙式。

（4）防护设计。根据崩塌的特点，明洞两侧设承台，承台下部为摩擦桩基础。明洞工程设置临时边坡，根据所处区域地形条件和地质条件的特殊性，在尽量保护坡体要求下，临时边坡少开挖。如果边坡实施开挖，则应在开挖时，应对被刷坡山体的控制点进行观察与监测，实现信息冬天获取、更新，实现动态施工，避免坡体深层失稳现象发生。

（5）拱顶铺砌设计。用于防崩塌碎落明洞的拱顶铺砌侧墙与洞门连接，铺底为M10砂浆砌块石，洞顶回填碎石土坡度为50%。

（6）防排水工程设计。设计原则是以排水为主，防排结合，综合治理。采用防、截、堵、排相结合，形成完善的防排水体系。确保明洞内防水可靠，排水通畅，运营期保证明洞内不渗不漏，基本干燥。明洞内侧纵向使用纵向排水管，横向采取每隔2～3 m使用PVC管将水引流至明洞侧沟内。

（7）路面设计。明洞路面采用沥青路面，从上到下顺序依次为：5 cm厚的沥青面层、24 cm水泥混凝土和18 cm的贫混凝土。

4 结束语

G105国道K2050+000—K2054+000洪门路段于1984年1月建成通车，目前该路段岩石表面出露，受常年风化影响，遇到恶劣天气时，时有地质灾害发生，严重威胁到行车安全。G105国道K2050+350—K2050+600段危岩分布总面积约49 825 m2，总体积约34.88×104m3，其中对公路构成直接威胁的危岩面积为12 938 m2，总体积约9.06×104m3，属于大型危岩体。选取体积为5 m3和10 m3落石进行模拟计算反映出，落石对公路具有一定的破坏可能性，对公路的正常运行存在安全隐患，很有必要开展该路段边坡落石的防护工作。针对此情况，对此路段地质灾害进行了危岩体清除、主动消能网、明洞工程处理3种方案设计。