梁敬琳　龐春燕　官少龍

摘要：文章以國家級自然保護區(qū)大明山公路改造工程巖質(zhì)邊坡防護工程為例，采用無人機航拍三維實景建模勘查新技術(shù)，精確得到邊坡巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、節(jié)理及構(gòu)造裂隙分布規(guī)律及范圍等內(nèi)容，并對潛在落石進行運動模擬，獲取落石的沖擊能量、運動軌跡、彈跳高度等理論數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)有邊坡工程防護技術(shù)，考慮安全性、適用性和經(jīng)濟性，確定采用落石引導系統(tǒng)防護技術(shù)方案。工程實踐證明，該防護設(shè)計方案是科學的、合理的，也是經(jīng)濟的。該防護方案為廣西公路首次應(yīng)用，可為今后類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：順層巖質(zhì)邊坡;三維實景建模;落石模擬計算;落石引導系統(tǒng)

0 引言

公路工程建設(shè)過程中，巖質(zhì)邊坡多采用爆破或機械破碎后開挖，由于施工工藝的局限性，順層邊坡、反傾結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造裂隙發(fā)育等地質(zhì)條件[1]，放坡后的巖質(zhì)邊坡節(jié)理較為發(fā)育，巖體破碎，局部形成危巖體，極易產(chǎn)生崩塌危害[2-3]。多數(shù)山區(qū)公路建設(shè)由于防護意識不到位、建設(shè)資金局限性、技術(shù)不成熟等因素，公路中的巖質(zhì)邊坡未作防護工程設(shè)計，存在崩塌落石隱患，對公路安全運營造成重大危害。對于山區(qū)公路邊坡防護，致力于尋求有效且生態(tài)的技術(shù)，使得公路成為既穩(wěn)定又與周邊的自然環(huán)境和諧共存的工程。

大明山保護區(qū)三寶至天坪公路建設(shè)形成大量裸露深路塹巖質(zhì)邊坡，多以順層結(jié)構(gòu)為主，涉及景區(qū)公路行車、游客生命財產(chǎn)安全性保證以及國家級自然保護區(qū)生態(tài)保護、水土保持等重大問題，工程防護措施要求較高。文章深入分析該工程所采用的落石引導系統(tǒng)新型防護技術(shù)，為類似工程提供參考意義，具有一定理論和實踐意義。

1 工程背景

大明山國家級自然保護區(qū)地處廣西中部偏南，橫跨南寧市武鳴、上林、馬山三縣區(qū)。大明山保護區(qū)三寶至天坪公路為保護區(qū)上山公路的上半部分，路線北起于三寶附近，向東南途經(jīng)觀雪亭、龍亭、云龍佛光，然后轉(zhuǎn)向東，終點止于明山龍騰賓館附近，全程約7.26 km，沿線共計40余處巖質(zhì)路塹邊坡，為典型危巖崩塌、危巖路段。

（1）地形地貌：項目區(qū)內(nèi)地貌類型為低中山地貌，地形受構(gòu)造控制，形成弧形背斜山脈，山體坡度在30°～40°之間，局部超過60°，甚至形成陡壁，最大邊坡高程差達40余m，表層為薄層土層覆蓋，植被發(fā)育，地形復雜，地貌類型簡單。

（2）地質(zhì)構(gòu)造：項目區(qū)無區(qū)域斷層構(gòu)造，但構(gòu)造裂隙較發(fā)育，共發(fā)現(xiàn)41條構(gòu)造裂隙F1～F41，大部分為張節(jié)理及卸荷裂隙，走向70°～90°近垂向，節(jié)理較發(fā)育，順坡向陡傾角節(jié)理較發(fā)育，在巖層面及風化等裂隙組合下，將巖體切割成大小不一的破碎巖塊，形成邊坡巖體主控卸荷裂隙面，對邊坡穩(wěn)定性起到?jīng)Q定作用。

（3）水文地質(zhì)：項目區(qū)地下水類型為松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水，富水性等級為貧乏-中等，對工程建設(shè)影響較小。但在強降雨時，雨水在沿巖體裂隙下滲的過程中，對裂隙可以起到潤滑作用，降低結(jié)構(gòu)面的力學強度，從而降低了邊坡的穩(wěn)定性。

（4）氣象條件：項目區(qū)年平均氣溫為15.1 ℃，極端最高溫為28.6 ℃，極端最低溫為-6 ℃，偶有霜雪，存在凍融病害。大明山是廣西的暴雨中心之一，降水性質(zhì)多以暴雨形式出現(xiàn)，日最大降雨量為247.2 mm。

綜上所述，不同邊坡段的陡立地形條件，構(gòu)造裂隙、卸荷裂隙發(fā)育，持續(xù)性的碎屑巖類裂隙水滲流、凍脹及豐富的降雨量沖刷等工程不利地質(zhì)環(huán)境，存在發(fā)生崩塌落石的可能，多處存在危巖隱患，造成邊坡防護設(shè)計較多差異性。

2 工程防護原則與思路

2.1 防護原則

（1）安全性：由于坡腳為景區(qū)公路，防護工程必須保證邊坡穩(wěn)定，消除或穩(wěn)固坡面松動的巖塊，保證坡腳建（構(gòu)）筑物和人員安全。

（2）適用性：防護工程必須與邊坡情況相適應(yīng)，即具有良好的地形適應(yīng)性，同時兼顧邊坡綠化等因素。邊坡防護措施應(yīng)盡可能不破壞坡頂原有地形地貌，處理后坡面視覺效果好，并且不影響后期自然或人工綠化植被的生長。

（3）經(jīng)濟性：邊坡面積大，地形復雜，應(yīng)充分結(jié)合邊坡自身的穩(wěn)定性來布置邊坡的防護工程量。防護工程應(yīng)具有足夠的工作壽命，在使用年限內(nèi)盡量做到無須維護或維護工作量盡量小，并且在達到同等防護效果的前提下盡量節(jié)約治理資金，使工程的經(jīng)濟性得到體現(xiàn)。

2.2 防護思路

（1）設(shè)計前應(yīng)對巖石邊坡的結(jié)構(gòu)面調(diào)查清楚，了解主要結(jié)構(gòu)面的位置，工程地質(zhì)巖層詳細情況，精準正確評定其穩(wěn)定性，預測對周圍環(huán)境產(chǎn)生的不良作用，為設(shè)計提供參考依據(jù)，以主動防護為主，工程引入了無人機三維實景建模輔助手段，做到厘米級精確勘查。

（2）設(shè)計要因地制宜，以保護生態(tài)環(huán)境優(yōu)先，嚴格控制在用地紅線，盡量不采用破壞環(huán)境的設(shè)計。

（3）建筑等硬質(zhì)景觀的布局上順應(yīng)山勢，不宜大挖大填。平整場地時，盡量使周邊建筑物不受到破壞。對找平時出現(xiàn)的新邊坡，應(yīng)盡快做好防護工作。

（4）疏水設(shè)計。水的作用是滑坡發(fā)生的重要誘因，既要做好地下水疏導，也要做好表面排水，與各方面條件相聯(lián)系，建設(shè)完善的排水系統(tǒng)。

3 K25+610～K25+760左側(cè)邊坡防護

3.1 邊坡穩(wěn)定性分析

對該段邊坡采用無人機航拍三維實景建模，準確獲取危巖體積、巖層產(chǎn)狀及構(gòu)造裂隙等相關(guān)信息，如圖1所示。

該地層巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖，砂巖，巖層產(chǎn)狀205°∠8°，中厚層構(gòu)造，邊坡體節(jié)理裂隙發(fā)育，以卸荷及風化裂隙為主，裂隙交匯切割貫通，巖體呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，邊坡巖體類型為Ⅲ類，存在構(gòu)造裂隙F22，F(xiàn)23，F(xiàn)24。如圖2所示進行赤平投影分析，結(jié)果顯示邊坡整體基本穩(wěn)定，坡面局部存在崩塌隱患。

3.2 落石特性模擬分析

選取K25+685斷面進行模擬落石分析，模擬所選取的落石屬性為：體積[WTB1X]V[HTXH]=2.5 m 3;比重[WTBX]γ[HTXH]=2 650 N/m 3;在斜面頂部的下落，水平初速度和豎向初速度均為0 m/s。

如圖3所示，90%以上落石存在入侵線路的可能，落點以路肩位置可能性最大。

通過落石分析軟件計算結(jié)果可知，落石運動至公路附近時彈跳高度為1～7 m，沖擊能量為100～1 300 kJ，沖擊速度為3～20 m/s。詳見圖4～6。

3.3 防護方案論證分析

巖質(zhì)邊坡防治技術(shù)可分為剛性防護技術(shù)（如錨噴、攔石壩）和柔性防護技術(shù)（如斜坡穩(wěn)定系統(tǒng)、落石攔截系統(tǒng)、落石引導系統(tǒng)）[4]。

該項目系列巖質(zhì)邊坡防護采用常規(guī)剛性防護技術(shù)存在幾點問題：（1）邊坡陡峭，支擋或者刷坡無施工空間;（2）護坡工程量大、作業(yè)風險高，造價高;（3）項目所處國家級自然保護區(qū)內(nèi)，防護工程應(yīng)與環(huán)境相協(xié)調(diào)。從安全性、適用性和經(jīng)濟性角度考慮，采用柔性防護技術(shù)相對而言更為科學合理。

柔性防護技術(shù)國內(nèi)常用的有斜坡穩(wěn)定系統(tǒng)、落石攔截系統(tǒng)，《鐵路沿線安全防護網(wǎng)》（GB/T 3089）稱為主動防護網(wǎng)和被動防護網(wǎng)[5]。

由于坡面結(jié)構(gòu)較為破碎，表層自穩(wěn)性能相對較差，巖體風化程度較為嚴重，采用常規(guī)主動防護網(wǎng)風險較大，日積月累易出現(xiàn)“鼓肚子”現(xiàn)象，清理困難，可能會造成二次危害。另外，高陡邊坡采用被動防護網(wǎng)沒有安裝位置，且影響景區(qū)美觀協(xié)調(diào)性等。

綜合考慮安全性、適用性和經(jīng)濟性，經(jīng)充分調(diào)研和論證采用落石引導系統(tǒng)，也即覆蓋式簾式防護網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

該結(jié)構(gòu)采用錨桿、縱橫向拉繩等構(gòu)件將柔性金屬網(wǎng)自然覆蓋在需防護的斜坡或危石上，通過柔性網(wǎng)的限制作用，將落石控制在一定范圍內(nèi)運動，引導落石滑落或滾落至落石收集區(qū)，從而消除落石危害的防護技術(shù)。當前主要應(yīng)用于鐵路段邊坡落石防護，效果顯著，本項目的實施將成為廣西公路首次應(yīng)用案例。

3.4 設(shè)計方案簡介

（1）防護能級

根據(jù)前文3.2節(jié)落石分析得出的落石的最大沖擊能量約為1 300 kJ，彈跳高度約為7.0 m，最大沖擊速度約為20 m/s，考慮到經(jīng)濟性和安全性，決定選用防護能級1 500 kJ的LF-150型覆蓋式簾式網(wǎng)，如圖7、圖8所示。

（2）防護區(qū)域

上端布置到山頂，防止落石越過簾式網(wǎng)外表面崩落，下部覆蓋至坡腳處，便于落石堆積的處理及后期維護。防護寬度為150 m，最大高度為25 m，整體面積為2 300 m 2。

（3）其他措施

對于表層巖體風化不均，局部有完整性較好的巖塊的邊坡施加長為3～6 m的[WTBX][HTXH]32 mm普通螺紋鋼錨桿;坡腳碎落平臺的邊坡段，開挖深度為50 cm的種植槽，回填種植土，按間距30 cm種植保護區(qū)本土爬山虎，沿坡面生長覆蓋。

4 結(jié)語

（1）采用了先進的無人機航拍三維實景建模勘察技術(shù)，完整并高精度地快速獲取須治理邊坡的三維影像，精確得到邊坡巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、節(jié)理及構(gòu)造裂隙分布規(guī)律及范圍等信息。

（2）基于三維實景模型切取斷面，利用落石分析軟件對落石進行運動模擬，從而準確掌握邊坡落石的沖擊能量、運動軌跡、彈跳高度、運動速度等，為防護設(shè)計提供了精確的理論數(shù)據(jù)。

（3）經(jīng)調(diào)研和分析，大明山公路巖質(zhì)邊坡20余處采用了國內(nèi)新型創(chuàng)新產(chǎn)品落石引導系統(tǒng)+綠化防護方案。

參考文獻：

[1]鄭穎人，陳祖煜.邊坡與滑坡工程治理 [M]. 北京：人民交通出版社，2007.

[2]馮 君，周德培，李安洪.順層巖質(zhì)邊坡開挖穩(wěn)定性研究 [J]. 巖石力學與工程學報，2005，42（9）： 1 474-1 478.

[3]陳從新，黃平路，盧增木. 巖層傾角影響順層巖石邊坡穩(wěn)定性的模型試驗研究 [J]. 巖土力學，2007，8（3）：476-481，486.

[4]李 念.SNS邊坡柔性安全防護系統(tǒng)工程應(yīng)用[M].成都：西南交通大學出版社，2009.

[5]TB/T3089-2004，鐵路邊坡沿線斜坡柔性安全防護網(wǎng)[S].