朱曉斌，張艷聰，劉建偉

(山西省交通科學研究院 黃土地區(qū)公路建設與養(yǎng)護技術交通行業(yè)重點實驗室，山西 太原030006)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，山區(qū)高等級公路的建設已經(jīng)展開，但是由于特殊的地形地貌、地質(zhì)構造條件，在山區(qū)高速公路的建設過程中，高填、深挖以及陡坡路堤(塹)、巖溶等特殊巖土問題較多，加之地質(zhì)勘查技術和手段的局限，往往不能夠超前了解公路工程中可能遇到的所有地質(zhì)問題，容易誘發(fā)大規(guī)模的地質(zhì)災害，造成重大經(jīng)濟損失，嚴重影響施工進度及運營安全［1］．

永藍高速公路是國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃中二連浩特至廣州高速在湖南境內(nèi)最南端的一段，永藍高速公路采用四車道高速公路標準建設，設計速度100 km/h，路基寬度26 m，荷載等級為公路Ⅰ級，主線采用瀝青混凝土路面．永藍高速公路穿越海拔近2 000 m 南嶺山脈，地形起伏大，地質(zhì)構造強烈，溶洞、暗河十分發(fā)育，地質(zhì)災害隱伏性強，屬湖南省近幾年施工難度大、地形地質(zhì)復雜的高速公路項目之一［2］．

荷葉塘高架橋位于永藍高速公路第2 合同段，屬大跨徑、高墩特大型橋梁，里程樁號為K52+382 ～K53 +419，全長1 037 m． 筆者針對永藍高速公路K52 +442 ～K52 +500 荷葉塘高架橋北側(cè)危巖體，從地形地貌、氣象水文、地層巖性、地質(zhì)構造、水文地質(zhì)等方面分析了致災環(huán)境，研究了致災原因，最后通過巖體穩(wěn)定性分析提出了災害防治措施．

1 永藍高速荷葉塘危巖體主要孕災環(huán)境

1．1 地形地貌

湖南地處云貴高原向江南丘陵和南嶺山地向江漢平原的過渡地帶，地勢起伏比較大，地貌類型復雜多樣． 地貌形態(tài)比較單調(diào)，湘粵交界的九峰圩、東嶺圩等地，高程500 ～1 000 m，多圓錐形的山地，山脈無固定的方向，山脊尖峭．荷葉塘高架橋橋址位于寧遠縣清水橋鎮(zhèn)荷葉塘村，本橋跨越荷葉塘谷地，橋址兩側(cè)為低山，地勢陡峭;中間為谷地，地勢總體較平緩;兩側(cè)山體與谷地相對高差110 m 以上，如圖1 所示．

1．2 氣象水文條件

橋址所在地屬亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，總體特征為:雨量豐富、生長期長、四季分明、冬冷期短、夏熱期長．四季溫差變化較大，最高43 ℃，最低-13．3 ℃，多年平均氣溫16 ～17．2 ℃;多年平均相對濕度81%，潮濕系數(shù)1．61，絕對濕度17．4毫巴;多年平均降雨量1 324 ～1 551 mm，其中4 ～8 月份降雨量占年降雨量的60%以上，且多綿綿細雨，可連續(xù)30 d 以上，8 月份以后雨量減少，11月至來年2 月降雨量很少，僅占年降雨量的18%左右;多年平均陸面蒸發(fā)量550 ～800 mm、水面蒸發(fā)量1 000 ～1 200 mm，蒸發(fā)量?。?/p>

圖1 危巖體平面圖Fig．1 Plan of dangerous rock

1．3 地層巖性

永藍高速公路沿線巖層以灰?guī)r為主，包括炭質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖，并且常有巖漿巖(花崗斑巖)出露． 沿線風化作用強烈，平原微丘區(qū)殘積覆蓋層厚度大，以亞黏土、碎石土、含礫亞黏土為主;山嶺重丘區(qū)和平原微丘區(qū)交錯，紅黏土、軟土分布廣，巖石以石灰?guī)r居多，但是風化破碎嚴重、完整性較差，坡體表面覆蓋層較?。?］．

荷葉塘高架橋橋區(qū)上覆土層厚度變化大，主要分布于谷地中． K52 +382 ～K52 +442 段山坡上發(fā)育殘坡積成因的更新統(tǒng)亞黏土，屬紅黏土，上硬下軟，下部多呈軟塑～可塑狀，厚度向谷地方向漸變薄，揭示的最大厚度為25．0 m;K52 +442 ～K52 +500 段分布崩塌堆積體，其成分主要為粒徑20 ～400 cm 的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r塊石，泥質(zhì)填充，最大厚度約30．0 m;谷地中普遍發(fā)育沖洪積成因的更新統(tǒng)漂石、卵石層，間夾亞黏土，鉆孔揭示的漂石層最大厚度為53．0 m;K53 +300 ～K53 +419段山坡上發(fā)育厚度不等的塊石土，多為溶洞頂板坍塌成因，厚度自山坡腳向山坡上漸變薄，山坡腳厚度約5 ～10 m，山坡頂附近弱風化白云質(zhì)灰?guī)r基巖大片裸露．

1．4 地質(zhì)構造

根據(jù)1∶20 萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告和區(qū)域地質(zhì)圖，橋位區(qū)域?qū)偃A夏系構造．根據(jù)對橋位區(qū)巖性調(diào)查、揭示以及兩側(cè)山坡上基巖露頭處所測得的巖層產(chǎn)狀分析，本橋總體發(fā)育于一背斜構造中，南北兩側(cè)山體巖性中普遍含白云質(zhì)，而谷地中鉆探揭示的巖性一般為灰?guī)r(含白云質(zhì)少或不含白云質(zhì))，該背斜軸部走向近NE，背斜向SW 傾伏，背斜核部位于谷地中間．

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一條區(qū)域性斷層F1 在本橋東約1 km 處出露．該斷層由兩個斷層帶組成，北側(cè)斷層帶寬度約100 m，南側(cè)斷層帶寬約80 m，兩者近于平行，間距約50 m． 斷層帶中巖性主要為泥盆系跳馬澗組泥質(zhì)砂巖夾頁巖;斷層北側(cè)以及兩斷層中間地段均為較完整的泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組石英砂巖，斷層帶南側(cè)為錫礦山組灰?guī)r．該斷層帶屬正平移斷層，總體近直立，走向NE．根據(jù)該斷層的走向判斷，其走向與荷葉塘谷地走向一致，且其延伸趨勢指向荷葉塘谷地中［4］．

1．5 水文地質(zhì)條件

經(jīng)地表調(diào)繪，地下水以巖溶水為主，賦存于溶蝕裂隙、溶溝、溶洞等巖溶管道中，其高程311．80～353．50 m，屬于基巖風化層中的上層滯水或風化裂隙水，受橋區(qū)谷地溶蝕基準面控制，在巖體附近的坡腳以巖溶泉形式出露．

2 荷葉塘危巖體成災原因分析

荷葉塘高架橋路線走向約150°，北側(cè)危巖體上覆亞黏土厚度約5 ～20 m，基巖為灰?guī)r，巖質(zhì)堅硬．危巖所在高邊坡坡面產(chǎn)狀為117°∠90°，巖性為巨厚層白云質(zhì)灰?guī)r，整體結(jié)構，表層風化程度較低，為崩塌的產(chǎn)生提供了物質(zhì)條件．通過現(xiàn)場調(diào)查確認，斷層F1 在橋區(qū)以約4 條小型斷層出現(xiàn)，總體走向NE，直立或稍傾向SE、NW，斷層寬度＜20 m，斷層帶中巖石已重新膠結(jié)成軟巖．平行于懸崖壁發(fā)育一條長大裂隙，該裂隙在坡頂處張開度約30 ～50 cm，而且裂隙中巖溶發(fā)育，如圖2 所示．

圖2 危巖體裂隙發(fā)育示意圖Fig．2 Fractures of dangerous Rock mass developing diagram

裂隙1 和裂隙2 自上而下切割危巖體，但未貫通，閉合于危巖體中部．現(xiàn)場調(diào)查初步確定危巖體范圍由大裂隙所控制，大裂隙旁出露的層面產(chǎn)狀為292°∠42°，為反傾，延展性差．在陡峭巖壁處，節(jié)理組合面將巖壁上的巖體切割成長柱體或菱形體或薄板，在水、重力及其它外力作用下，易產(chǎn)生傾倒破壞或崩塌碎落．傾倒破壞的規(guī)模較大，可能對工程造成毀滅性的破壞，在橋梁施工前，應先對巖體進行加固．如未在橋梁施工前加以防護、加固，危巖體傾倒破壞及崩落、坍塌會沿裂隙逐步向谷地方向發(fā)展，進而引起上覆土層和下伏巖體失穩(wěn)［5］．

3 荷葉塘危巖體防治措施及施工要點

3．1 危巖體防治措施及計算理論

針對該危巖體，擬采用錨桿支護、加強排水和掛網(wǎng)防護等措施加強其穩(wěn)定性，其中錨桿防護設定參數(shù)和形式如表1 所示．為了驗證錨桿防護的可靠性和錨桿設計參數(shù)的合理性，對錨固的危巖體進行了滑動穩(wěn)定性計算． 計算方法為極限平衡法，計算目標為計算安全系數(shù)．計算參數(shù)和計算簡圖如表2、圖3 所示．

圖3 荷葉塘危巖體錨桿防護穩(wěn)定性計算簡圖Fig．3 Heyetang dangerous rock mass bolt protection stability calculation diagram

表1 荷葉塘高架橋北側(cè)危巖體錨桿防護基本參數(shù)Tab．1 Basic parameters of the bolt protection against dangerous rock mass on the north side of Heyetang viaduct

表2 荷葉塘高架橋北側(cè)危巖體錨桿防護穩(wěn)定性計算參數(shù)Tab．2 Stability calculation parameters of the bolt protection against dangerous rock mass on the north side of Heyetang viaduct

3．2 危巖體穩(wěn)定性評價

根據(jù)DZ/T 0218—2006《滑坡防治工程勘查規(guī)范》［6］，滑塌式危巖穩(wěn)定安全系數(shù)取值為:K ＜1．0 時不穩(wěn)定，1．0≤K ＜1．2 時欠穩(wěn)定，1．2≤K ＜1．3 時基本穩(wěn)定，K≥1．3 時穩(wěn)定． 采用錨桿防護之后，該危巖體呈穩(wěn)定狀態(tài)，基本不會產(chǎn)生崩塌、落石等地質(zhì)災害，計算結(jié)果如表3 所示．

3．3 防治與施工要點

(1)排水設施施工． 巖體坡頂應設置坡頂截水溝，且應在荷葉塘高架橋和坡體清方施工前完成．截水溝開挖之前應做好襯砌準備，以便開挖后及時襯砌，減少地表水入滲．這項措施是減小挖方邊坡坍塌的重要手段．當挖方揭露出地下水時，應在地下水出露點用粗砂石料填壓，然后做盲溝引排地下水［7］．

(2)掛網(wǎng)防護． 掛網(wǎng)防護可以充分利用系統(tǒng)的柔性和施工布置的靈活性，最大限度地適應各種復雜的地形地貌環(huán)境，避免或盡可能降低因開挖所造成的環(huán)境破壞和對邊坡穩(wěn)定性的危害，以及對其他作業(yè)正常運營的干擾，還可以同步或超前于土石方主體工程的施工，即能實現(xiàn)逆作法施工或平行作業(yè)［8］．

表3 荷葉塘高架橋北側(cè)危巖體錨桿防護穩(wěn)定性計算結(jié)果Tab．3 Stability Calculation results of the bolt protection against dangerous rock mass on the north side of Heyetang viaduct

(3)錨桿防護． 此危巖體受構造作用形成塊體結(jié)構，塊度大、重量大、位置高，一旦脫離母體其能量大、彈跳高，被動攔截較為困難，應采取以錨桿為主的主動防護型式． 錨桿防護必須在充分分析研究地質(zhì)資料和現(xiàn)場條件后進行，并需進行動態(tài)設計［9］．

(4)信息化施工．在施工過程中，施工機械對于危巖體的擾動同樣會改變巖體的原有狀態(tài)，使巖體穩(wěn)定性降低．因此，應加強對坡體結(jié)構和變形的實時監(jiān)測，及時掌握施工對巖體穩(wěn)定的影響，并及時根據(jù)監(jiān)測信息更改施工安排，保證人員和機具的安全［2］．

4 結(jié)論

研究了該危巖體的致災原因，認為地質(zhì)構造條件和巖性條件是造成災害的主要影響因素;提出了“錨桿錨固+排水+掛網(wǎng)防護”的綜合防治對策，并通過理正巖質(zhì)邊坡(穩(wěn)定)分析軟件，采用極限平衡法，對危巖體進行了力學穩(wěn)定性分析計算，結(jié)果證明，防治對策設置科學、合理，可以達到防護目的．

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［2］ 趙歡．強風化地區(qū)公路路塹邊坡變形破壞機理與施工信息化管理研究［D］． 西安:長安大學公路學院，2011．

［3］ 尹超，田偉平，李俊，等．黃土公路邊坡沖刷破壞影響因素和防治對策［J］． 交通企業(yè)管理，2012，27(3):52 -54．

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