1、倒悬危岩边坡处理方案的技术经济效果分析摘要：以四川省大渡河枕头坝电站库区 S306 线淹没复建公路工程K13 处倒悬危岩边坡处理为依托工程，在系统的边坡工程地质勘查、岩体结构、水文地质调查的基础上，通过计算分析，提出了两种处理方案，并结合工程实际情况对两种处理方案的技术、经济效果进行了比较评价，为工程的实施提供了理论基础。 关键词：倒悬危岩；边坡处理；技术经济效果分析 中图分类号：U213.1+3 文献标识码：A 0 引言 S306 省道为四川省 10 条横向省级干线之一，起于乐山，经峨眉、新场、峨边、金口河、乌斯河，到汉源。其中“金口河乌斯河”段（简称金乌公路段）的金乌公路曾于 2000 年
2、2003 年进行改建，于 2003 年底建成，该段公路部分路段位于枕头坝一级水电站库区，既是电站左岸交通道路，同时又是连接金口河区、汉源县的重要交通线，枕头坝一级水电站建成蓄水后，该段公路将被淹没。 按照 2006 年国务院令第 471 号公布的“三原原则” （原规模、原标准或者恢复原功能）以及水电站重大件运输要求，同时结合公路工程技术标准 （JTGB01-2003） 、 铁路设计规范 （TB10003-2005）的相关要求，复建 S306 公路采用的主要技术标准为：二级公路；设计速度40km/h；路基宽 8.5m；沥青混凝土路面；新建桥梁、涵洞荷载等级为公路级；地震基本烈度为度；改扩建隧道建
3、筑限界为 9.0m5.3m。 1 工程概况 S306 线淹没复建公路工程 K13 段工程位于高山峡谷地区，公路边坡高，且坡度陡，局部倒悬直立。裂隙特别是卸荷裂隙较为发育，危石、危岩体普遍存在。且具有分布位置高，体积大，施工安全问题突出。另外，在玄武岩地区边坡开挖过程中，由于玄武岩本身具有裂隙发育的特点，边坡开挖后，坡面与缓倾角裂隙面组合多构成新的危岩体，而且具有分布位置高，体积大，危岩稳定性差。 S306 复建公路桩号 K12+967K13+80m 段内侧边坡，涉及高程630710m，自然坡度 7085，局部倒悬、直立，在 710m 高程上有一个宽缓平台，覆盖层厚 12m，为崩塌堆积、坡残物堆
4、积混合物，即碎石、块石夹粘土，结构松散。该段边坡为岩石边坡，地层岩性为震旦系上统灯影组浅灰色、灰白色渣状白云岩、渗流豆状白云岩和藻纹层厚层、中厚层白云岩，岩层产状为 N45W/NE812，向山体内侧倾斜。卸荷裂隙比较发育，其中，主要裂隙有两组：N35W/SW75，宽1.04.0cm，延伸长 1015m，切割深 3540m，无充填，具有外宽内窄逐渐变小的趋势；N75W/SW75，宽 2.05.0cm，延伸长 35m，切割深 510m。 边坡由于岩体裂隙与层面组合，有三种形式的危岩体分布：1）深层危岩体分布于桩号：K13+008K13+050m，EL637670m 段，宽 56m，裂隙张开宽度 2
5、5cm，涉及范围 1020m，下部岩体已经脱空，边坡已形成倒悬，危岩稳定性差；2）浅层危岩体分布于K12+967K13+005m，EL630660m 段：宽 0.81.5m，裂隙张开 14cm，涉及范围 612m，与母体危岩大部分分离，危岩稳定性差；3）危岩体当下部岩体脱空后形成“太阳帽”分布于 K13+008K13+080m，EL635m 段，层状岩体仅靠悬臂支撑，岩体受长期风化变形脱落，发生掉块。 总之，K13 处悬体规模较大且后缘边界拉裂明显，临空条件较好，稳定性差，失稳塌方的可能性较大，施工期和运行期安全隐患大。 K13 处边坡状态如图 1 所示。 图 1 边坡深层危岩体 2 处理方案
6、 2.1 爆破处理方案 2.1.1 方案设计 S306 复建公路桩号 K12+967K13+080m 段边坡处理方案设计如下： K12+967K13+008m 段浅层危岩体采用锚喷支护进行处理，锚杆采用25、L=4.5m 砂浆锚杆，间排距 2m2m，挂 6.5200200mm 钢筋网，喷 10cm 厚 C20 混凝土。 K13+008K13+050m 段深层危岩体采取微振爆破钻爆清除处理，使边坡达到平整和稳定；若爆破边坡不够完整有碎石则喷 C20 混凝土防护。 K13+050K13+080m 段危岩体下部脱空部分进行挂网喷锚封闭，防止岩体继续风化变形。锚杆采用 25、L=6m 砂浆锚杆，间排距
7、 2m2m，垂直脱空坡面布置，挂 6.5200200mm 钢筋网，喷 10cm 厚 C20 混凝土。方案具体布置如图 2 所示。 图 2S306 线 K13 处爆破处理方案图 3S306 线 K13 处支撑墙锚索支护方案 2.1.2 微振爆破钻爆施工方法 根据相关规范和设计图要求，路堑边坡爆破设计规定爆破振速控制在 5 cm/s 以内。依据爆破安全规程 ，可以初步计算边坡开挖爆破炸药安全用量。在确保既有成昆线隧道二次衬砌爆破振速不大于 5cm/s 的条件下，根据与成昆线的距离计算得出危岩高边坡开挖时的每段别最大齐爆炸药用量。 目前使用的导爆管为非电起爆系统中的毫秒雷管 17 段，其间隔时间小于
8、 50 ms；而 7 段之后，段与段起爆间隔大于 50 ms。对于边坡爆破，实际爆破表明起爆间隔大于 50 ms，爆破振动基本不叠加。鉴于此，现场爆破时采用分段起爆、跳段起爆，保证同一段别雷管同时起爆炸药用量均在安全用药量范围以内。 石方路堑开挖施工时，首先利用人工清理坡顶平台边缘处危石及开挖岩石覆土层，然后根据土方剥离后的岩石地形、地质条件、设计开挖高度及周边环境因素等，确定石方路堑开挖爆破具体施工方案。 1）由于倒悬危岩边坡开挖高度为达 50m，因此，深孔相结合的爆破施工方法：采用潜孔钻钻孔，进行深孔爆破，按 10m 分台阶。 2）为确保边坡的平整和稳定，对于这种节理裂隙发育地段的危岩边坡
9、可采用预裂爆破开挖成型边坡。为获得良好的光面效果，宜采用低密度，低爆速，高体积威力大的炸药，以减少炸药爆轰波的破碎作用和延长爆破气体的膨胀作用时间，使爆破作用呈静态状态。石质边坡及路堑最底层预留 1.0m 厚度，采用手风钻造孔、按保护层方式开挖。 3）施工前，对该段周边的地面、空中、地下结构物类型、结构、完好程度及爆区地质、地形进行详细的调查，并通过爆破试验确定爆破参数。 4）施爆过程中，根据具体情况调整药量和布孔参数，保证良好的堵塞质量，结合微差及压碴爆破，保证岩石产生破碎，并有效控制抛掷。 2.2 支撑墙锚索支护方案 2.2.1 方案设计 S306 复建公路桩号 K12+967K13+08
10、0m 段边坡处理方案设计如下： K12+967K13+008m 段浅层危岩体采用锚喷支护进行处理，锚杆采用25、L=4.5m 砂浆锚杆，间排距 2m2m，挂 6.5200200mm 钢筋网，喷 10cm 厚 C20 混凝土。 K13+008K13+050m 段深层危岩体采用锚索进行加固处理。锚索采用P=900KN、L=30m 无粘结预应力锚索，锚索中心间距 6m，锚索轴线方向与水平线呈 15 度角；下部岩体已经脱空形成倒悬的部分采用 C35 钢筋混混凝土支撑墙进行支撑，支撑墙的厚度为 1.5m（裂隙口处） ，高度根据倒悬高度调整，并与边坡间采用 25、L=3m 砂浆锚杆，间排距 1m1m，支撑
11、墙两端各设置 5m 过渡段；此时由于原路基宽度不够，为保持原有效路面宽度，内侧边沟改为排水管，路面外移，再根据现有路基宽度调整两侧路肩宽度。 K13+028K13+080m 段危岩体下部脱空部分进行挂网喷锚封闭，防止岩体继续风化变形。锚杆采用 25、L=6m 砂浆锚杆，间排距 2m2m，垂直脱空坡面布置，挂 6.5200200mm 钢筋网，喷 10cm 厚 C20 混凝土。方案具体布置如图 3 所示。 2.2.2 支撑墙锚索支护施工方法 边坡支护施工顺序应采用先支撑墙后锚索，且支撑墙施工后达到一定强度才可进行锚索施工。支撑墙施工时应除去支撑面岩石松散覆土层，平整岩石支撑面，尽可能使支持墙坐落在
12、平整的基岩上。清理坡面及坡顶平台边缘处危石后，根据各工点工程立面图，按设计要求，将锚孔位置准确测放在坡面上。如遇既有刷方坡面不平顺或特殊困难场地时，需经设计监理单位认可，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，可对锚索位置进行适当调整。依据预应力锚索施工相应规范进行施工，确定边坡锚索支护施工方案。 1、根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度、以及施工场地条件等来选择钻孔设备；在锚孔钻进施工时，搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面测放孔位，准确安装固定钻机。 2、钻孔要求干钻，禁止采用水钻，以确保锚索施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能；钻进过程中对每个孔的地层变化，钻
13、进状态（钻压、钻速） 、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录；钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值。 3、钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度；锚孔钻造结束后，须经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。 4、安装锚索体前，要确保每根钢绞线顺直，不扭不叉，排列均匀，除锈、除油污，对有死弯、机械损伤及锈坑处剔出；认真核对锚孔编号，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度，确保锚固长度。5、锚固注浆采用水泥砂浆，经试验比选后确定施工配合比；通过现场张拉试验，确定张拉锁定工艺，锚索的张拉及锁定分级进行，严格按照操作规程执行。 3 技术经济分析 3.1
14、技术指标分析 爆破处理方案，利用微振爆破钻爆施工方法对边坡上的节理裂隙发育的倒悬危岩进行清除，可采用预裂爆破开挖成型边坡，且可通过选择合适炸药种类及药量，可获得良好的光面效果，此外这种方案效率高，施工工序较少，施工难度较小。然而，边坡爆破施工工艺及控制不合理，可能引发新裂隙的产生，存在一定风险，且爆破后的石方落在路面上，造成道路短时间中断，影响保通，此外此方案涉及到坡顶征地及与铁路等各部门协商等相关问题。 支撑墙锚索支护方案，采用下部支撑墙支撑以及上部锚索锚固，使倒悬危岩达到稳固的支护方案，该方案没有涉及到边坡开挖，对边坡的扰动较小，因而不会引起新裂隙，施工风险较小，且不涉及到征地及与铁路部门
15、协商等问题。然而，支撑墙需占据部分路基，使原路基宽度不够，形成狭窄路段影响公路的运行速度及安全，并且此方案施工工序较多，效率较低，此外在 50m 高的倒悬危岩边坡上进行锚索施工，施工难度较大。 3.2 经济指标分析 两方案的主要工程量及造价如下表所示。 表 1K13 处倒悬危岩边坡处理两方案主要工程量及造价对比表 项目 规格 单位 单价（元） 主要工程量 备注 爆破方案 支护方案 开挖石方 石方 m3 38.75 17693 25 砂浆锚杆 L=3.0m 根 89.61 390 L=4.5m 根 133.10 285 285 L=6.0m 根 242.43 32 48 900 kN 无粘结锚索
16、 L=30m 根 17935.52 56 6.5 钢筋网 200200mm kg 5.56 3400 3660 C20 混凝土防护 厚 10cm m3 712.15 130（393） 142 爆破边坡较破碎取括号内值 支撑墙 C35 钢筋砼 m3 1668.02 904 预算建安费（万元） 84.3（103.0） 271.8 爆破涉及征地的费用未计入 3.3 总结 经以上分析比较，各方案优缺点如下： 1、爆破处理方案。优点：施工工序较少，效率较高，施工难度较小，造价较低；缺点：存在一定风险，影响保通，涉及征地、与各部门协商等问题。 2、支撑墙锚索支护方案。优点：施工风险较小，不涉及征地、与各部
17、门协商等问题；缺点：出现狭窄路段影响公路运营，施工工序较多，效率较低，施工难度较大，造价较高。 4 结语 通过以上分析可以看出，两种方案都有各自的优缺点，在工程实际使用过程中需要根据工程所在地的具体情况（地质条件、水文条件、道路通行状况、 ）经技术经济比较分析后采用。但是无论采用何种处理方案，都必须在经过了安全论证后才可以使用。 参考文献 1李伟，闵青红近距离高陡边坡爆破方案及安全措施J.江西水利科技，2009.06 2赵福滨，郝江南预应力锚索在某高陡软质岩边坡永久性支护中的应用J. 技术交流 2008.04 3蔡美峰，乔兰，李长洪，等深凹露天矿高陡边坡稳定性分析与设计优化J. 北京科技大学学报，2004.10 作者简介： 陈志峰（1983） ，男，汉族，河南洛阳人，工程师，本科，研究方向：水利水电工程（道路与桥梁方向） 张伟喜（1982） ，男，汉族，江西九江人，讲师，硕士研究生，研究方向：道路工程 吴新文（1985） ，男，汉族，江西鄱阳人，助教，本科，研究方向：道路工程
