王飛 白皓 高平 彭撞 李健 楊朝棟 趙香玲 曾楠

（1.四川綿九高速公路有限責任公司；2.四川高速公路建設開發(fā)集團有限公司）

危巖體是高陡邊坡常見的一類地質(zhì)災害，危害性和破壞性大。危巖體本質(zhì)上是巖體結構面、臨空面及地面構成的穩(wěn)定性較低的結構體，是多因子耗散耦合的必然結果。經(jīng)過多年的實踐經(jīng)驗，一些學者在危巖體處治技術方面已經(jīng)取得了一定的成就。魏永幸［1］將邊坡危巖的處治措施和方案進行了分類；陳思帆等［2］以蘭尖鐵礦蘭山西幫擴邊坡的防護為例，介紹了柔性防護系統(tǒng)的相關原理和特點；謝全敏等［3］在分析了主動、被動防護措施的基礎上，研究了主動—被動聯(lián)合防護措施；陳洪凱等［4］以地基容許承載力為基準，用靜力學理論構建了危巖落石支撐計算方法；郭映忠［5］運用數(shù)值模擬的方法研究確定了落石錨固后的穩(wěn)定系數(shù)；黃潤秋等［6］從攔截落石的角度出發(fā)，分別分析了植被對落石的攔截效應和平臺對落石的停積作用，所得結果可以為植被防治措施確定樹木排數(shù)和將平臺作為落石防護措施時確定平臺寬度提供參考。從目前危巖處治技術的發(fā)展狀況來看，雖然危巖災害防護措施方面的研究成果比較豐富，但是依然存在諸多難以解決的問題。

1 工程概況

九綿高速公路ZK177+585 m 桑樹坪左線大橋、K177+375 m 桑樹坪右線大橋、K177+615 m 桑樹坪右線大橋位于四川省綿陽市平武縣平通鎮(zhèn)拱橋村桑樹坪組境內(nèi)。擬建橋梁為跨溪溝、松橋河而設，九寨溝岸位于松橋河右岸。全橋共4 聯(lián)（2×30 m+3×40 m+3×40 m+3×30m）；上部結構采用預應力混凝土簡支T 梁，橋面連續(xù)；下部結構橋臺采用柱式臺，4、5、6號橋墩采用空心墩，其余橋墩采用柱式墩，墩臺采用樁基礎。橋梁左側路塹邊坡原設計為錨桿框架梁加固，坡比1∶0.75。

2 危巖體特征及成因分析

橋址區(qū)處于四川盆地西北部，青藏高原向四川盆地過渡的東緣地帶，場區(qū)位于龍門山北東向構造帶北段，山嶺海拔標高一般在1 000～1 700 m，屬構造侵蝕剝蝕中山峽谷地貌。附近的最高山嶺海拔為1 682.7 m，松橋河河床標高約807.1 m，相對高差約857.6 m，山體多崖懸陡壁，溝谷多呈V 形。河流侵蝕堆積地形，僅沿松橋河谷底呈帶狀展布，地形較平坦。擬建橋梁接平南隧道出口，跨越坡谷溝槽及松橋河。九寨溝岸斜坡較陡，坡度為30°～50°，綿陽岸位于松橋河左岸條形山脊南側，斜坡坡度為40°～50°，斜坡上部發(fā)育一處中型危巖體，該孤石橫向長35～40 m，寬20～25 m，高20～30 m，體積為12 000～13 500 m3，其前緣部分臨空。危巖體現(xiàn)場照片見圖1。

2.1 斜坡特征

項目區(qū)域地質(zhì)構造隸屬于揚子地臺與松潘甘孜地槽褶皺系、秦嶺地槽褶皺系的交匯部位，位于虎牙斷裂帶的東側，橫跨龍門山斷裂帶，地質(zhì)構造復雜。橋址區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域無斷層通過，僅局部發(fā)育有小型韌性剪切帶，調(diào)查時于ZK177+630 m 左側約50 m處公路內(nèi)側邊坡見一處韌性剪切，寬度約6 m，巖體破碎，呈碎裂鑲嵌狀及眼球狀構造，多見石英脈及石英團塊，剪切帶走向傾北約87°，傾角為60°～75°，韌性剪切帶內(nèi)測得片理產(chǎn)狀315°∠60°，由于韌性剪切帶規(guī)模小，對擬建橋梁影響小。受韌性剪切帶影響，巖石揉搓現(xiàn)象明顯，巖層（片理面）產(chǎn)狀變化大，橋址區(qū)內(nèi)巖層（片理）產(chǎn)狀（295°～340°）∠（35°～46°）。場地主要測得2 組節(jié)理，L1 產(chǎn)狀300°∠80°，隙面起伏，延長＞3.0 m，間距為0.6～2 m，裂隙閉合；L2 產(chǎn)狀160°∠46°，隙面平整，延長＞1.0 m，間距為0.2～1.5 m，裂隙閉合。巖體在片理面、節(jié)理的切割下呈碎裂—薄層狀結構。橋址區(qū)屬青川斷塊強烈活動斷裂構造區(qū)，新構造運動主要表現(xiàn)為緩慢抬升運動，抬升過程中具階段性和不均衡性。龍門山地震帶地震活動具有一定的周期性，在未來百年內(nèi)，仍處于第二活躍期末期，不能排除發(fā)生7級以上地震的可能，場區(qū)地震動峰值加速度為0.20g，地震動反應譜特征周期為0.4 s，地震設防烈度屬于V度，屬區(qū)域構造次穩(wěn)定區(qū)。

2.2 危巖致災機制

危巖體所在斜坡上陡下緩，斜坡上部基巖大面積出露，巖層（片理面）傾向自然斜坡之外，呈斜交斜坡，坡腳地帶覆蓋Q4c+dl碎石，鉆探揭示厚度為6.3～22.5 m，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)情況和危巖體現(xiàn)狀，初步分析認為該危巖體形成的地質(zhì)成因與時代為飛來峰或中更新世三級階地。橋址位于斜坡陡緩結合部位，ZK177+585 m 桑樹坪左線大橋、K177+615 m 桑樹坪右線大橋綿陽岸橋身段為崩坡積斜坡，危巖發(fā)育，除此之外，斜坡未見變形、滑塌等跡象，斜坡現(xiàn)狀整體穩(wěn)定。該段斜坡巖土界面較陡，25°～35°，巖層（片理面）呈順層斜交，施工切坡，易誘發(fā)變形、滑塌。斜坡上可見大量塊石，塊徑最大達1～2 m，坡表較亂，有架空。在連續(xù)暴雨或地震等極端情況下，塊石有失穩(wěn)的可能，邊坡開挖后ZK177+750 m 處危巖前緣臨空，危巖體前緣支承力削弱，易牽引危巖體發(fā)生滑移，甚至整體垮塌，因此需對該危巖體進行加固，以保證施工安全及后期正常運營。

3 危巖體穩(wěn)定性分析

3.1 危巖體所在邊坡整體穩(wěn)定性分析

場地巖土界面與坡體形態(tài)下陡上緩，堆積體后部巖土界面傾角約19°，前部約35°，堆積體自然休止角約30°。場地下臥基巖為泥質(zhì)灰?guī)r，夾絹云千枚巖薄層，層面（片理）（315°∠48°）與自然斜坡同向小角度相交，形成順層坡，對斜坡穩(wěn)定不利，基巖中主要發(fā)育兩張節(jié)理，J1 結構面（225°∠40°）與坡面近直交，對斜坡影響小，J2 結構面（30°∠20°）傾向與坡面反向，傾于坡內(nèi)，對斜坡影響小。根據(jù)場地巖土結構及土層性質(zhì)分析，邊坡形態(tài)可分為上下2 個部分，上部坡體較緩，覆蓋層厚度大，經(jīng)驗算自然條件下穩(wěn)定性較好；下部坡體較陡，覆蓋層厚度不大，部分段基巖出露，自然條件下穩(wěn)定。總體來說，巖土界面傾角下陡上緩，斜坡堆積體下滑段巖土界面陡，厚度相對較小，抗滑段巖土界面平緩，且土層厚度大，據(jù)調(diào)查訪問，該斜坡近年來在強降雨等因素作用下也未見變形失穩(wěn)現(xiàn)象，自然斜坡整體失穩(wěn)的可能性小，邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定。對該斜坡選取典型剖面進行潛在不利面搜索并預判。由圖2看出，斜坡潛在滑動面于斜坡前部巖土界面變陡且土層薄處剪出，后緣邊界位于斜坡橫向凹槽地形處，滑面中部于巖土界面附近斷續(xù)分布的含礫黏土夾層段通過，上部、下部于巖土界面弧狀剪切。根據(jù)鉆探揭示土體性質(zhì)及參考臨近工點土工試驗綜合考慮，計算參數(shù)見表1。

計算分別考慮天然工況、暴雨工況和地震工況3種類型，穩(wěn)定性計算結果見表2。由計算結果可看出，該斜坡自然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，地震工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)?？梢娦逼略谧匀患暗卣饡r穩(wěn)定性較好，暴雨時欠穩(wěn)定，但整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，僅需對開挖自然斜坡進行應力補償，設計以錨索框架梁對左幅橋梁路塹邊坡進行加固。

3.2 危巖體穩(wěn)定性分析

根據(jù)系統(tǒng)分析，該危巖體的破壞模型為滑移破壞模式。在水的作用下，危巖體基座土層先行軟化，當上部巖體傳來的壓應力大于軟弱土層的無側限抗壓強度時，則軟弱層被擠出，即發(fā)生鼓脹。上部巖體可能產(chǎn)生下沉、滑移，直至發(fā)生突然崩塌；主線左側橋梁路塹邊坡開挖后坡腳支承力削弱，特別是在暴雨和地震等綜合工況下，安全系數(shù)急劇下降，危及下部主體結構及地方公路、民房等安全。對孤石危巖體底部進行嵌補加固是基于破壞模式的有效加固手段。

對巖層各結構面進行赤平面投影分析（圖3）可知，L1、L2 均與開挖坡面大角度相交，對開挖坡面影響較小，片理產(chǎn)狀與坡面小角度相交，且傾向坡外，呈順層結構，對開挖坡面影響較大，建議在巖層中開挖坡角應緩于巖層片理傾角。由于危巖體橫臥在粉質(zhì)黏土基座上，根據(jù)現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析，取粉質(zhì)黏土層力學參數(shù)C=15 kPa、φ=12.5°進行計算，危巖體整體穩(wěn)定系數(shù)為1.08；暴雨工況取1.15 安全系數(shù)，地震烈度為8度，Kh=0.2，結構重要系數(shù)取1.7，則整體下滑力為1 229.3 kN/m，需要對危巖體整體加固補強，擬以鋼管樁+錨索支撐柱進行嵌補加固。

4 危巖體治理

針對危巖體的成因分析和穩(wěn)定性分析，危巖體分布在ZK177+750 m 左側，邊坡開挖后，危巖體支承力削弱，可能發(fā)生滑移直至發(fā)生突然崩塌，加之挖方段所在斜坡上緩下抖，路線位于下部陡坡段，該段土層厚度約6 m，斜坡坡度較陡，30°～45°，下部陡坡段開挖易失穩(wěn)，需進行加固處治，采取坡面錨固+柱板式擋墻嵌補+肋柱錨索加固的綜合治理措施。

（1）危巖體底座前部設置鋼管樁+連系梁，鋼管樁處治段為ZK177+745～+775 m，共長30 m。

（2）鋼管灌注樁孔排距為0.8 m，水平間距為1.5 m，按三角形交錯布置，樁長為20 m，嵌入穩(wěn)定基巖5 m；樁項采用C25 鋼筋混凝土聯(lián)系梁進行連接，聯(lián)系梁寬度為220 cm，厚度為100 cm，鋼管樁采用?196 mm 鉆孔，?168 mm×5.0mm 無縫鋼管。注漿材料采用M30 水泥砂漿，灌漿壓力為0.3～0.6 MPa，要求鉆孔采用無水鉆進。鋼管樁鉆孔宜間隔2個孔施工，同時施工的2 個孔的距離不小于3 m，每鉆完1 孔應及時灌漿。

（3）在連系梁上施作錨索支撐柱，為使錨索貼緊孤石外側面，澆筑支撐柱時，柱后關模充填C25 混凝土，支撐柱鋼筋與鋼管樁連系梁鋼筋應連接，加強孤石底座完整性。

（4）柱板式錨索擋墻肋柱上設錨索加固，肋柱間距為3 m，寬0.5 m，厚0.6 m；肋柱上錨索縱向間距為3.0 m，采用6×?15.2 mm 錨索。ZK177+715～+783 m路塹邊坡坡面采用3 m×3 m錨索（桿）框架梁加固。

（5）施工時應注意安全，在危巖體底部施作柱板式錨索擋墻過程中，應最大限度減小擾動，同時加強地表位移監(jiān)測，一旦危巖體發(fā)生較大位移，應及時疏散工作人員。危巖體綜合處治示意見圖4。

5 方案實施的效果

目前現(xiàn)場已按照該方案實施完畢，且經(jīng)歷了數(shù)次特大暴雨災害和地震檢驗，該危巖體穩(wěn)定，坡面監(jiān)測數(shù)據(jù)正常，坡體穩(wěn)定性較好，對下方橋梁工程的危害和風險得以降低和減弱，實現(xiàn)了設計意圖和預期效果。

6 結論

（1）某危巖體形成的地質(zhì)成因與時代為飛來峰或中更新世三級階地，在連續(xù)暴雨或地震等極端情況下，塊石有失穩(wěn)的可能，邊坡開挖后ZK177+750 m處危巖前緣臨空，危巖體前緣支承力削弱，易牽引危巖體發(fā)生滑移，甚至整體垮塌，必須對該危巖體進行加固。

（2）通過對某危巖體斜坡整體穩(wěn)定性分析評價，考慮了天然工況、暴雨工況和地震工況3 種情況，該斜坡自然工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，地震工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，但整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，僅需對開挖自然斜坡進行應力補償，采取錨索框架梁對左幅橋梁路塹邊坡進行加固。

（3）根據(jù)系統(tǒng)分析，某危巖體的破壞模型為滑移破壞模式。主線左側橋梁路塹邊坡開挖后坡腳支承力削弱，特別是在暴雨和地震等綜合工況下，安全系數(shù)急劇下降，危及下部主體結構及地方公路、民房等安全。因此對孤石危巖體底部進行嵌補加固。

（4）針對危巖體的成因分析和穩(wěn)定性分析，采取坡面錨固+柱板式擋墻嵌補+肋柱錨索加固的綜合治理措施，實施后，危巖體和邊坡穩(wěn)定性好，風險得到了有效控制和降低。