1.4.2 崩塌治理技术

1.4.2.1 主动防治技术

对危岩单体进行工程治理以避免其失稳的技术类型定义为主动防治技术,包括支撑、锚固、封填、灌浆、排水及清除等技术类型。

1.清除技术

危岩体是指已有拉裂变形的陡坡或陡崖。危岩上有的岩块已出现松动,称为危岩松动体。陡坡上的拉裂变形和岩块松动都是危岩的主要特征。危岩一旦出现,考虑的首要工程措施就是清除危岩体,因为这是崩塌发生的时间往后推迟而已。对规模较小,便于清除的危岩,应及时清除,并做好坡面加固,防止崩塌落石的产生。在危岩体下方地表坡度比较平缓(20°以内)、具有0.5~1.0倍陡崖高度的地形平台且平台上无重要建、构筑物及居民居住或危岩下方具有有效防御措施条件下,可采用清除处理。可对整个危岩体或危岩体的局部进行清除。清除危岩时,可采用风枪凿眼、人工凿石、静态爆破剂、控制爆破等方法使危岩解体,化整为零,逐步清除。具备条件时,还可进行爆破清除。危岩清除过程中应加强施工监测,并避免暴露出的清除面存在不稳定危岩体残体或新生危岩体。危岩实施清除处理前应充分论证清除后对母岩的损伤程度,对于停留于坡表的孤立式危岩体,采用清除技术可达到根除危岩灾害的目的,但应注意清除后危岩体运动过程中可能存在的灾害风险,在条件许可情况下,可以对该类危岩体就地挖坑掩埋。常见的清除危岩体措施的具体办法如下:

(1)人工削方清除。若危岩松动带为强风化岩层,岩体破碎,无大岩块,可用此法清除危岩松动带。先从危岩松动带上缘逐层清除,直至危岩松动带全部清完。清除后的斜坡面最好呈阶梯状(见图1.10),以利稳定。平均坡度β的角度是岩质边坡在60°以下、土质边坡在45°以下。

(2)爆破碎裂清除。若危岩体前方无房屋和其他地面易损建筑,岩体坚硬、块体大,可用此法清除。仍从危岩松动带上缘开始,按设计打炮孔,用炸药碎裂逐层清除(见图1.11)。应控制药量,尽量用小爆破,注意施工人员和环境的安全,避免飞石伤人。

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图1.10 危岩清除示意图

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图1.11 危岩体清除

(3)膨胀碎裂清除。若危岩体前方有房屋和其他地面易损设施,可用此法清除危岩松动带。具体做法是:在危岩松动带的上缘,垂直或微斜向下打若干炮孔,在孔中装约2/3孔深的静态膨胀炸药,上部1/3孔深用纯黏土填实密闭。当膨胀炸药吸湿后剧烈膨胀,使岩体碎裂,然后用人工将碎裂的石块清除到指定的位置。如此一层一层地剥下去,使清除的新鲜斜坡面也呈阶梯形。

膨胀碎裂清除危岩松动带,具有施工简单、安全、对环境无明显影响等优点;不足之处是投资略高于以上两种方法。

2.支撑技术

当危岩体下部具有一定范围向内凹陷的岩腔、岩腔底部为承载力较高且稳定性好的中风化基岩、危岩体重心位于岩腔中心线内侧时,宜采用支撑技术进行危岩治理。支撑技术主要适用于坠落式危岩(见图1.12);倾倒式危岩及基座具有岩腔的滑塌式危岩(见图1.13),在保证抗倾性能的条件下也可采用。危岩支撑包括墙撑和柱撑,墙撑可分为承载型墙撑和防护型墙撑两类。支撑体底部应分台阶清除至中风化岩层,确保支撑体的自身稳定性。支撑体与危岩体底部接触区域的一定厚度应采用膨胀混凝土(见图1.14)。一般情况下,具有支撑条件时优先使用支撑技术。

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图1.12 坠落式危岩支撑

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图1.13 滑塌式危岩支撑

铁路岩质边坡防崩支撑建筑物根据其结构形式可划分为一般高支墙、明洞式支墙、柱状支墙、支撑挡土墙和支护墙5种。

(1)一般高支墙。为防止高陡山坡上的悬岩崩塌,常常修建高支墙。其设计原则是根据可能崩落石块重量、下坠力和支墙本身的重量对基础的压力而定,经常是地基允许承载力控制支墙的高度。支墙需与山坡密贴,在相当高度时,结合断面加一横条形成整体圬工,并用钢筋与山坡岩层锚固,以承担悬岩下坠时的水平推力,使墙身与山体构成一体,可增大支托能力(见图1.15)。

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图1.14 用支撑墩防治危岩、崩塌示意图

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图1.15 一般高支墙

(2)明洞式支墙。在高陡边坡上部有大块危岩倒悬在边坡之上时,如果修建一般支墙,其断面要求较大,需要将线路外移,当外移无条件时,可建拱形明洞,其上设支墙以支撑大块危岩,见图1.16。

(3)柱状支墙。对高陡边坡上的个别大块危岩,如果不便清除,在其他条件允许的情况下,可采用柱状支墙。

(4)支撑挡土墙。当山坡或路堑边坡上有明显不同的两种地层时,上层为较坚硬和节理发育的岩石,下层为软质岩石,且当山坡坡度较大时,下部软质岩石易于坍塌,上部岩体则发生崩塌落石,为保证山坡和路堑边坡的稳定,若采用下部修筑护墙,上部刷方,则无法保证山坡或路堑边坡的稳定,因为所修筑的护墙只能防止山坡或边坡岩石风化,但山坡和边坡的稳定仍无法保证。同时,由于边坡开挖高度增大,致使坡面暴露范围加大,如原山坡的植物保护层大量被砍伐,就更无法保证边坡的稳定;反之,若采用支撑拦挡墙情况就完全不同了。因为这样既可挡住下部软质岩石不致坍塌,又可支撑上部破碎岩石,从而使边坡稳定性得到保证(见图1.17)。

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图1.16 明洞式支墙

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图1.17 支撑挡土墙

(5)支护墙。支护墙的主要作用是防止边坡岩体继续风化,同时还兼有对上部危岩的支撑作用。这种墙必须和边坡岩体密贴。

3.锚固技术

锚固技术是指采用普通(预应力)锚杆、锚索、锚钉进行危岩治理的技术类型,包括预应力锚杆、非预应力锚杆、自钻式预应力锚杆及预应力锚索。正确选用锚固材料,设计锚固力。采用锚杆治理危岩时,对于整体性较好的危岩体外锚头宜采用点锚,对于整体性较差的危岩体外锚头,可采用竖梁、竖肋或格构等形式以加强整体性;对于规模较大、裂隙较宽的倾倒式危岩体,宜采用预应力锚索锚固;合理控制预应力锚杆和锚索的预应力施加。施工过程中,对每个危岩体应钻取3~5个超深孔,深度在地勘认定主控结构面基础上增加8.0~9.0m。取出岩芯,判别危岩体内裂隙的发育密度,最内侧一条裂隙作为主控裂隙面,据此调整治理方案。同时还应考虑锚杆(索)的耐久性问题。

当岩体上部开裂,有向临空方向倾倒的危险,但岩体脚部较好,未风化成倒V形,在此情况下,可用预应力锚索(杆)加固(见图1.18)。目前预应力锚索单根锚固力达3000kN以上,锚索长度达80m。由于该工程的预应力锚固体系设计较为复杂,施工时还要有专门的锚杆钻机,所以不太适合广大农村推广应用。对于小型危岩体,有施工条件的乡村,由专家现场调查确定后,也是可以应用该技术的(见图1.19)。

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图1.18 预应力锚杆加固危岩

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图1.19 危岩体锚固技术

锚固工程应用十分广泛,适用面广,施工简便快捷,对崩塌体扰动小,补偿快,而且能主动施加不同方位、不同程度的抗力,在地质灾害防治中具有很大优势。缺点是其服务年限、防腐技术和应力松弛等问题需进一步解决。此外,囿于目前的施工能力,对于厚度大于60m的崩塌体,其应用受到一定限制。

4.封填及嵌补技术

当危岩体顶部存在大量较显著的裂缝或危岩体底部出现比较明显的凹腔等缺陷时,宜采用封填技术进行防治(见图1.20)。顶部裂缝封填的目的在于减少地表水下渗进入危岩体的速度及数量,底部凹腔封填的目的在于显著减慢危岩体基座岩土体的风化速度;封填材料可以用低标号高抗渗性的砂浆、黏土或细石混凝土;对于采用柱撑、拱撑、墩撑等技术治理的危岩体,支撑体之间的基座壁面也应进行嵌补封闭(见图1.21),封闭层厚度宜为30~40cm;在对顶部裂缝封填时,若裂缝宽度在2cm以上时,应采用具有一定强度的砂浆或坍落度超过200mm的细石混凝土使其入渗裂缝内进行固化。若顶部表面裂缝宽度小且广泛发育时,用细石混凝土或黏土全面浇筑,厚度为20~30cm。

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图1.20 危岩裂缝封填技术示意图

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图1.21 嵌补技术示意图

5.灌浆技术

危岩体中破裂面较多、岩体比较破碎时,为了增强危岩体的整体性,宜进行有压灌浆处理。灌浆技术应在危岩体中、上部钻设灌浆孔,灌浆孔宜陡倾,倾角不大于45°,并在裂缝前后一定宽度(一般为3.0~5.0m)内按照梅花桩形布设,灌浆孔应尽可能穿越较多的岩体裂缝面,尤其是主控结构面;灌浆材料应具有一定的流动性,锚固力要强。灌浆孔倾角为10°~90°,孔径直径为60~110mm,灌浆压力为50~100kPa即可,灌浆材料中加入适量的缓凝剂。经过灌浆处理的危岩体不仅整体性得到提高,而且主控结构面的抗剪强度参数得以提高,裂隙水压力减少。灌浆技术宜与其他技术联合使用。

对于危岩体四周的裂缝,可以采用灌浆技术进行加固(见图1.22)。对于顶部出现显著裂缝,且稳定性差的危岩体,应谨慎采用灌浆技术,防止灌浆产生的静、动水压力造成危岩体的破坏失稳。若需采用灌浆技术,可采用分段无压灌浆,灌浆过程中注意检测危岩体的变形。通过灌浆处理的危岩体不仅整体性得到提高,而且也使主控裂隙面的力学强度参数得以提高、裂隙水压力减少。灌浆技术宜与其他技术共同使用。

对于危岩四周的裂缝,可以采用灌浆法进行加固,以提高它的稳定性。这种方法常和其他加固措施相配合。在使用上述加固措施的地段,所有危岩裂缝都应用水泥砂浆灌注并勾缝。

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图1.22 危岩裂缝灌浆技术示意图

φ—灌浆孔倾角

6.排水技术

根据实际工程经验,降雨量与崩塌落石次数有明显的关系。这就说明降雨和地表水渗入不稳定的岩体,将降低其稳定性,诱发崩塌落石的产生。滑塌式危岩和倾倒式危岩的稳定性主要受控于裂隙水压力。排水技术包括危岩体周围的地表截水、排水和危岩体内部排水。地表截水、排水沟应根据危岩体周围的地表汇流面积确定,通常采用地表明沟,其断面尺寸由地表汇流面积计算确定,由浆砌石或浆砌条石构成,底部地基填土体时压实度不小于85%,也可在危岩体侧部稳定岩体内凿槽作排水沟。危岩体中地下水较丰富时,宜在危岩体中、下部适当位置钻设排水孔,排水孔应在较大范围内穿越渗透层结构面。

(1)地表排水工程。包括:防渗工程,即疏干并改造崩塌体范围内的地表水塘和积水洼地,封闭地表裂缝,对易渗入地段进行坡面防渗(喷浆、抹面等);排水工程,即修筑集水沟和排水沟,拦截并排出地表水;生态工程,即通过增加地表植被,减缓雨水的直接冲刷。

1)降雨与崩塌体变形有密切关系时,应立即进行地表排水工程。一般情况下,土体崩塌、暴雨型滑坡式岩崩、降雨型滑坡式岩崩、倾倒式岩崩、膨胀式岩崩应设置地表排水工程。

2)对于地表形成的裂缝,均应封闭式回填,不使地表水注入其中形成静水压力。对于近临空面的高倾角张裂缝,不宜注浆,尤其是高压注浆,稍有不慎将造成严重变形甚至崩塌。

3)地表排水首先设置外围截水沟拦截崩塌体以外的地表水,使之不能流入崩塌体。截水沟应修建在崩塌体可能发展的边界以外5m处,其断面大小应根据其拦截地坡面的汇水面积和洪峰流量进行设计。在覆盖层内的截水沟,其迎水面沟壁应设置泄水孔。

4)崩塌体内集水沟、排水沟的设置可参考下列原则:

a.斜坡上陡下缓处。

b.上部斜坡入渗系数大,下部斜坡入渗系数小的交界处。

c.泉水等地下水出露点的下方,使出露的地下水迅速排走而不能再次入渗。

d.排水沟应充分利用天然沟谷加以改造,以利于地表水的尽快排泄。

(2)地下排水工程。包括:地下防渗工程(用防水帷幕截断地下水);地下排水工程(水平排水孔、水平排水隧洞、竖直集水井、泄水洞、洞孔联合、井洞联合)等。

1)根据勘查查明的地下水情况以及形成机制分析和稳定性检算,当地下水作用对崩塌体的稳定性有一定影响时,根据定性—定量分析决定地下排水工程的设置。一般来说,对滑坡式崩塌均应采取一定的地下排水措施。对于倾倒式崩塌、鼓胀式崩塌、洞掘式崩塌,当勘查表明其有地下水在崩滑带赋存时,宜进行一定的地下排水工程。当勘查表明由于给水度很小而地下排水效果不佳时,亦可以不设置地下排水工程。

2)地下排水工程的目的应是迅速降低崩塌体内地下水水位,尽量疏干崩塌带,提高抗剪强度和有效应力,从而提高其稳定性。排水工程设计应充分依据勘查资料,分析崩塌带内含水层的性质、分布、地下水的补、迳、排及运移富集情况以及工程服务年限内最大地下次水量进行设计。

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图1.23 危岩体排水示意图

3)地下排水工程要考虑自身的安全性和可靠性。在排水功能上要求应满足服务年限内功能可靠,因为一旦排水孔被堵塞等失效则修复往往很困难(见图1.23)。在自身安全上应有足够保证,若地下排水平(斜)洞破裂而造成地下水集中泄漏,很可能造成负效应并产生严重后果。因此,地下排水平(斜)洞一般应使洞底低于崩塌面,洞口应尽可能在稳定基岩内。

7.钢轨插别与串联技术

实用圆钢和钢轨插别对加固陡坡上的分散的中、小型危岩起很大作用,是我国山区铁路常采用的加固措施之一。与其他圬工支护加固技术相比,它具有造价低、工程量小、操作简单、与行车无干扰的特点,其适用条件如下:

(1)被插别的危岩体必须是体积不甚大的中、小型危岩体,且为不易风化的坚硬岩石,如未风化和风化轻微的花岗岩、大理岩、石灰岩、坚硬的砂岩等。

(2)岩质边坡本身是稳定的,只是由于一组和几组节理,把岩层局部切割成块状,形成不稳定的危岩体,而危岩体本身是完整或基本完整的;或者由于软硬岩层互层,不厚的软岩层置于底层,因分化剥落的关系形成悬挂式危岩体,危岩体本身是完整或基本完整的。

(3)危岩体有错动缝,或有层理面倾向坡外的断脚节理。

(4)陡崖上的危岩体,往往距离危害区有一定的高度,其下方又常常是无支撑基础,为了避免清除危岩体时引发灾害,或影响上部岩层的稳定,采圆钢、钢轨或钢筋混凝土桩插别危岩体具有更好的技术经济效果。有时虽然有条件采用其他加固方案,但不如插别方案经济。

当整个岩质边坡是稳定的,只是因为层理、节理把边坡岩层切割成厚度不大的板状,且节理、层理或构造面倾向坡外,其上覆岩层有顺层面下滑的可能而下方受地形限制,没有设置支撑结构的基础,或虽有设置支撑结构的条件,但工程艰巨、造价高,在这种情况下,采用圆钢或钢轨串联加固危岩体是经济合理的。

钢轨插别的长度、根数,可根据危岩的体积大小、边坡陡度、节理切割程度、控制危岩的结构面的产状要素等,经过近似计算确定。一般情况下,钢轨外露长度不宜小于危岩厚度的2/3(见图1.24),埋入完整岩体的深度不得小于(0.4~0.5)l,外露部分为(0.5~0.6)l。插别孔眼位置的分布,可根据危岩的重心进行布置。插别的钢轨必须保持与危岩密贴,不能使钢轨扭曲。应将钢轨四周的空隙和危岩的裂缝用1:2~1:2.5水泥砂浆灌注捣实,勾缝封闭。钢轨外露部分除锈后,应涂刷防锈油漆。

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图1.24 危石插别示意图

钢轨串联危岩体的施工顺序,先在岩层的适当位置凿出一些深度、形状、大小符合要求的孔眼(平面上孔眼宜交错布置),然后插入圆钢或钢轨,并灌注强度等级不低于M7.5的水泥砂浆或C15级素混凝土,使其与稳定的岩层连接成一个整体。采用圆钢或钢轨串联加固薄层危岩体,如果使用得当,其技术经济效益是显著的。

8.SNS主动防护系统技术

SNS主动防护系统主要由锚杆、支撑绳、钢绳网、格栅网、缝合绳等组成,通过固定在锚杆或支撑绳上施以一定预紧力的钢丝绳网和(或)格栅网对整个边坡形成连续支撑,其预紧力作业使系统紧贴坡面并形成阻止局部岩土体移动或在发生较小位移后,将其裹缚于原位附近,从而实现其主动防护功能。该系统的显著特点是对坡面形态无特殊要求,不破坏或改变原有的地貌形态和植被生长条件,广泛用于非开挖自然边坡,对破碎坡体浅表层防护效果良好。对于不能采用清除或被动拦截措施进行治理的孤立式或悬挂式危岩体,采用SNS主动防护系统技术往往是非常有效的,系统构成见图1.25。

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图1.25 SNS主动防护系统示意图

9.钢筋(铁丝)捆扎

当坚硬的危岩体具有垂直的、张开的节理或裂缝时可以采用钢筋(铁丝)捆扎法处理危岩体(见图1.26)。一般将危岩拴在母岩上。钢筋(铁丝)的直径、根数和锚入母岩的深度,应根据危岩的下滑力经计算确定。钢筋(铁丝)应做防锈处理。

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图1.26 钢筋(铁丝)捆扎示意图

10.刷坡及护面技术

对于边坡坡度不大,裂隙发育,表层岩土体破碎且有危岩体突出坡面,但整体稳定性较好的边坡,可先对表层破碎岩土体进行刷坡,然后采用浆砌条石、混凝土或插筋挂网喷混凝土保护坡面,防治坡表落石和表层岩土体继续风化。

常用的护面技术有护墙和护坡,两种均适用于易风化剥落的边坡地段。对陡边坡可以采用护墙,对缓坡可以采用护坡。

采用刷坡来放缓边坡时,必须注意以下几点:

(1)如危岩体位于构造破碎带、边缘接触带或节理裂隙极度发育的陡山坡地带,一般不宜刷方。

(2)刷方边坡不宜高于30~40m。

(3)刷坡时对边坡上或坡顶的大孤石、危岩可采用局部爆破清除。

(4)对于位于已建好工程附近的大孤石,宜采用火烧办法,使岩石(指石灰岩、大理岩、石英岩等)熔解破裂,而后加以清除。

1.4.2.2 被动防护技术

当山坡上的岩体节理裂隙发育,风化破碎,崩塌落石物质来源丰富,崩塌规模虽不大,但可能频繁发生者,则宜根据具体情况采用从侧面防护的拦截措施(如落石平台或落石槽、拦石堤或拦石墙、钢轨栅栏等)。对危岩失稳可能出现的崩塌及落石灾害进行工程结构防治的技术类型定义为被动防护技术。其主要作用是把崩落下来的岩体或岩块拦截在线路的上侧,使其不能侵入限界。这些措施的设计,必须根据崩塌落石地段的地形、地貌情况,崩落岩体的大小及其位置进行落石速度、弹跳距离的计算,然后进行设计。

1.遮挡建筑物

在崩塌落石地段常采用的遮挡建筑物就是明洞。按结构形式的不同,明洞可分拱形明洞和棚洞两类。分述如下:

(1)拱形明洞。拱形明洞由拱圈和两侧边墙构成。这是一种广泛使用的明洞形式,其结构较坚固,可以抵抗较大的崩塌推力,适用于路堑、半路堑及隧道进出口处不宜修建隧道的情况。洞顶填土,土压力经拱圈传于两侧边墙。因此,两侧边墙均须承受拱脚传来的水平推力、垂直压力和力矩。其中外边墙所承受的压力更大,故截面较大,基底压应力也大。要求线路外侧有良好的地基和较宽阔的地势,以便砌筑截面较大的外边墙。在一般情况下,开采用钢筋混凝土的拱圈和浆砌石边墙。但在较大崩塌地段或山体压力较大处,则拱圈和内外边墙以采用钢筋混凝土为宜,见图1.27和图1.28。

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图1.27 拱形明洞

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图1.28 拱形明洞实景

(2)板式棚洞。板式棚洞由钢筋混凝土顶板和两侧边墙构成(见图1.29)。顶部填土及山体侧压力全部由内边墙承受,外边墙只承受由顶板传来的垂直压力,故墙体较薄。适于地形较陡的半路堑地段。由于侧压力全部由内边墙承受,强度有限,故不适用于山体侧压力较大处。因而只能抵抗内边墙以上的中、小崩塌,所以一般是使内边墙紧贴岩层砌筑,有时在内边墙和良好岩层之间加设锚固钢筋。

(3)悬臂式棚洞。悬臂式棚洞,其结构形式与板式棚洞相似,只因外侧地形狭窄,没有可靠的基础可以支承,故将顶板改为悬臂式。其主要结构由悬臂顶板和内边墙组成,见图1.30。内边墙承担全部洞顶填土压力及全部侧向压力,故应力较大。适用于外侧没有基础,内侧有良好稳固不产生侧压力的岩层。这种明洞的优点是结构简单,施工较方便;缺点是稳定性较差,不宜用于较大的崩塌之处。

2.落石平台

落石平台是最简单、经济的拦截建筑物之一。落石平台宜设在不太高的山坡或路堑边坡的坡脚。当坡脚有足够的宽度,或者对于运营线可以将线路向外移动一定距离时,在不影响路堑边坡稳定,不增加大量土石方的条件下,也可以扩大开挖半路堑以修筑落石平台。当落石平台标高与路基标高大致相同或略高时,宜在路基侧沟外修拦石墙和落石平台联合起拦截崩塌落石的作用,见图1.31。当落石平台标高低于路肩标高时,通常在路堤边缘修路肩挡土墙,见图1.32。

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图1.29 板式棚洞

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图1.30 悬臂式棚洞

落石平台的宽度可根据落石计算确定,也可以据现场试验确定。

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图1.31 落石平台与拦石墙

α—边坡坡角;b—落石平台的宽度;H—边坡坡高

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图1.32 落石平台与路肩挡土墙

α—边坡坡角;b—落石平台的宽度;H—边坡坡高

3.落石槽

当路堤距离崩塌落石山坡坡脚有一定距离,且路堤标高高出坡脚地面标高较多(大于2.5m)时,宜在坡脚修筑落石槽,或者当落石地段堑顶以上的山坡较平缓,则在路基和有崩落物的山坡之间,宜修筑带落石槽的拦石墙,或带落石槽的拦石堤,见图1.33和图1.34。

落石槽断面尺寸以及拦石墙和拦石堤的尺寸均可据有关计算和现场调查试验确定。

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图1.33 落石槽

α—边坡坡角;b—落石平台的宽度

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图1.34 落石槽与拦石堤

4.拦石堤和拦石墙

当陡峻山坡下部有小于30°的缓坡地带,而且有较厚的松散堆积层,当落石高程不超过60~70m时,在高出路基不超过20~30m处,修筑带落石槽的拦石堤是适宜的,见图1.35。

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图1.35 带落石槽的拦石堤

拦石堤通常使用当地土筑成,一般采用梯形断面,其顶宽为2~3m。其外侧可以根据土的性质,采用不加面的较缓的稳定边坡,也可以采用较陡的边坡,予以加固。其内侧迎石坡可用1:0.75的坡度,并进行加固。若山坡坡度大于30°,落石高度超过60~70m时,则以修筑带落石槽的拦石墙为宜。拦石墙按材料组成分为土堤、浆砌石、混凝土结构等类型。土堤式拦石墙由加筋土堤或素填土堤、落石槽及堤顶的防撞栏三部分组成。墙体基础埋入较稳定的地基中的深度:基岩不小于0.5m。墙背填土采取分层填筑,分层厚度为30~50cm,压实度不小于80%;落石槽断面为倒梯形,槽底铺设不小于60cm后的缓冲土层,墙体迎石面坡比为1:0.5~1: 0.8,并用块石护坡,山体面坡比一般为1:1左右,在不具备放坡条件的地段可将坡比增大为1:0.5,并用锚钉或块石护坡;拦石墙的高度及距离陡崖脚步的水平距离应根据落石运动路径确定;拦石墙体的厚度应根据落石冲击力确定(见图1.36)。

5.钢轨栅栏

采用钢轨栅栏可以代替拦石墙起拦截落石的作用,它可以用浆砌片石或混凝土作基础,用废钢轨作立柱、横杆。立柱一般高3~5m,间隔3~4m,基础深1~1.5m。横杆间距一般为0.6m左右。立柱、横杆用直径20mm的螺栓连接,栅栏背后留有宽度不小于3.0m的落石沟或落石平台。

钢轨栅栏基本克服了拦石墙的圬工量大、工程费用高、劳动强度大的缺点。但是,当落石太大时(超过2m3),虽然也能拦住落石,常常把立柱、横杆打断,打弯或打倾斜。为此,可以采用双层钢轨栅栏给予加强。

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图1.36 拦石墙

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图1.37 拦石栅栏

6.拦石网及拦石栅栏

当陡崖或山坡下部坡度大于35°且缺乏一定宽度的平台而不具备建造拦石墙的条件时,可采用拦石网及拦石栅栏(见图1.37)。拦石网包括半刚性和柔性两大类,前者主要由钢轨作立柱,钢轨或角钢、型钢作横梁相互焊接而成,一般称为拦石栅栏;后者由角钢作立柱、缓冲钢索和柱间钢绳网组成,为一般所指的狭义拦石网,缓冲钢索一端与立柱顶部相连,另一端锚固在稳定岩土体中;拦石网的能级应根据落石冲击动能选用,当落石动能超过800kJ时应以主动防治为主。

7.SNS被动防护系统技术

SNS被动防护系统是一种能拦截和堆存落石的柔性拦石网,其显著特点是系统的柔性和强度足以吸收和分散所受的落石冲击动能,并使系统受到的损失趋于最小,改变传统系统的刚性结构为高强度柔性结构。

该系统由钢丝网(和铁丝格栅)、固定系统(拉锚、基座、支撑绳)、减压环和钢柱4个主要部分组成。系统的柔性主要来自钢丝绳网、支撑绳、减压环等结构。减压环是迄今为止所能实现的最简单、有效的消能元件。它为一在节点处按预先设定的力箍紧的环状钢管。实用钢丝绳顺钢管内穿过,当与减压环相连的钢丝绳受到拉力达到一定程度时,减压环启动并通过塑性位移来吸收能量。当冲击能量在设计范围内时,能多次接受冲击功产生位移,从而实现过载保护功能,系统构成见图1.38。

8.生态防护

当陡崖或斜坡坡脚的斜坡不太陡峻,并有一定厚度的覆土,且崩塌体威胁不太严重时,可以通过植树造林防治危岩崩塌。但在种植初期,防护效果尚未显示,须依靠其他防护设施。森林防护的根本出发点在于增大地表下垫面的粗糙度,减缓落石体在林中的运动速度。森林类型应为乔木,尽可能构建乔、灌、草相结合的生态系统。乔木成林后可用建筑纽扣将钢绳织网固定在树木主干上,将森林防护系统构成整体,提高防护有效性,见图1.39。

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图1.38 被动防护系统示意图

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图1.39 生态防护

1.4.2.3 主动-被动防护技术

崩塌体的防治是一项复杂的系统工程,即使对单个崩塌体的防治而言,单一的防治技术往往不能取得令人满意的防治效果。因此,在崩塌体防治过程要两种或两种以上的防治技术联合使用。多种防治技术的联合可以是主动治理技术与主动治理技术的联合或被动防治技术与被动防护技术的联合,也可以是主动与被动防治技术的联合,如锚固-支撑联合技术、锚固-灌浆联合技术、护面-排水联合技术、落石平台-拦石墙联合技术和主动与被动防治技术的联合等。因此,在危岩崩塌防治工程中,存在主动-被动联合防治问题。以下介绍锚固-拦挡联合技术和锚固-支撑技术。

1.锚固-拦挡联合技术

锚固-拦挡联合技术主要针对整个危岩防治工程而言,体现了危岩治理与拦挡相结合的防治理念。将危岩单体的锚固防治和危岩单位之间漏勘危岩防治共同考虑,弥补了目前危岩勘查精度不高而可能造成灾害的不足。将危岩单体和拦挡结构之间的区域界定为地质灾害危险区,宜植树造林,杜绝人类工程活动。拦挡结构可以采用拦石墙、拦石网或面状森林防护,如图1.40所示。

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图1.40 锚固-拦挡联合技术

2.锚固-支撑联合技术

锚固-支撑联合技术主要针对复合危岩体,在采用单一防治技术效果较差时,可采用本技术,锚固-支撑联合技术尤其适用于同时具有滑塌和倾倒性能的危岩体。防治设计过程中,应将锚固力和支撑力联合考虑,使二者有机组合;当支撑体在危岩滑动力作用下存在滑移失稳的可能性时,为了确保支撑体的稳定,应在支撑体上布设锚杆。对于仅采用支撑技术便能基本达到有效防治目的的坠落式危岩或倾倒式危岩,为了提高危岩治理的效果,也可在危岩体上布设一定数量的锚杆,作为安全储备,防止其在随机荷载作用下失稳。当危岩体后部裂缝断续贯通且地下水比较发育时,宜在支撑体内设置直径为60~110mm的PVC排水管,见图1.41。

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图1.41 支撑—锚固联合技术

值得重视的是,应将危岩工程的治理视为一个有机体综合考虑,切勿将拦石墙、拦石网等被动防护措施作为可有可无的辅助措施。对于危岩单体而言,同时具有滑塌与倾倒性能的复合型危岩体,应坚持微观尺度的主动—被动联合防治。

主动与被动防治技术的联合在崩塌防治工程中有着重要的地位。主动防治技术是针对单个崩塌体或具有相同特点的崩塌体群采用的防治措施。被动防护技术是对整个片区的崩塌体进行整体的防护措施。由于地质条件和崩塌体的复杂性,不可能对研究区所有潜在失稳的崩塌体进行主动加固治理,也可能由于漏勘或主动加固技术施工难度大而没能进行主动加固治理,此时,被动防护技术就显得尤为重要。

总之,崩塌体防治措施的选择需要综合考虑各种影响因素,防治措施的选择也可以是多种多样的,但最终采取的防治措施应该是技术可行、安全可靠、经济合理、环保实用的。