呂金昕

（四川開放大學，四川 成都 610073）

0 前言

地震作為因地殼振動產(chǎn)生地震波而形成的1種重大自然災(zāi)害，在地震后不但會破壞建筑物結(jié)構(gòu)，危及民眾生命安全，而且還會誘發(fā)火災(zāi)、爆炸等嚴重后果。據(jù)相關(guān)報道：在2013年發(fā)生的“4.20”蘆山地震事件中，其震源深度高達13 km，造成經(jīng)濟損失高達1.5億元，有188人遇難。而在地震后形成的危巖也成為潛在的安全隱患。對此，需要針對地震后危巖應(yīng)用柔性格柵壩予以修復防治，以此改善蘆山地區(qū)治理現(xiàn)狀。

1 工程概況

“4.20”蘆山強烈地震寶興縣城油庫后危巖應(yīng)急治理工程，是專門針對四川蘆山地區(qū)發(fā)生的7級地震開展的修復工作。結(jié)合在寶興縣城實施的地質(zhì)勘測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：在該區(qū)域內(nèi)共有19個裂隙發(fā)育危巖體，并且存在3塊危巖。目前，雖然尚未發(fā)生崩塌事故，但是在暴雨等惡劣天氣下風險系數(shù)較高。同時，在“4.20”強烈地震后，危巖已經(jīng)出現(xiàn)了失穩(wěn)的狀況，而且已造成12個建筑物受到損壞，有多大290人處于危險環(huán)境下，甚至對中國石油油庫的安全產(chǎn)生了不利影響。

在該工程實踐過程中，當?shù)貧夂驅(qū)儆趤啛釒Ъ撅L氣候，年均降雨量可以達到993.7 mm，其中12月份到次年2月份的降雨密度較大。而在治理工程中建設(shè)場地屬于海拔1200 m的高山地區(qū)。在強烈地震后顯然地勢趨于垂直向。同時，該區(qū)域的坡度大體上在50 °左右，地震后造成部分地段坡度有所增加，其中場地范圍內(nèi)大面積種植著喬木等樹木，其巖性以花崗巖、灰?guī)r為主[1]。

2 柔性格柵壩的主要類型及其原則

2.1 類型

格柵壩作為具備攔阻、格擋功能的重力壩結(jié)構(gòu)，按照剛力特性可分為剛性格柵壩與柔性格柵壩2種類型。該文主要以“4.20”蘆山強烈地震寶興縣城油庫后危巖應(yīng)急治理工程中應(yīng)用的柔性格柵壩作為重要研究內(nèi)容。結(jié)合柔性格柵壩的特征可將其具體類型歸納為以下3種類別。

2.1.1 標準型

它主要是借助鋼柱、鋼繩網(wǎng)以及支撐繩等多個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)危巖的有效防治，避免危巖體中的碎石塊掉落，造成周邊環(huán)境存在較大的安全隱患。在標準型柔性格柵壩中，可針對細小的顆粒物實施阻截，可促使泥石流以及其他沖擊力經(jīng)過標準型柔性格柵壩的應(yīng)力分配，削弱荷載力的影響，進而起到防治作用[2]。

2.1.2 簡易型

該種柔性格柵壩中不包括鋼柱構(gòu)件，而是直接在狹窄空間內(nèi)，在溝道兩端建立互通關(guān)系。此時可按照“V型”予以設(shè)置。同時，由于在格柵壩底部很難形成閉環(huán)空間，因此可以運用鋼繩網(wǎng)進行固定，促使底部也能具有用于攔阻的繩網(wǎng)。在確定支撐繩敷設(shè)長度時，可以根據(jù)“1.5倍壩高”或者“2倍壩高”的關(guān)系式得出支撐繩敷設(shè)距離。該種柔性格柵壩操作簡單，但是應(yīng)控制好繩網(wǎng)敷設(shè)長度。

2.1.3 復合型

復合型柔性格柵壩是搭配剛性構(gòu)件設(shè)計的1種攔截產(chǎn)品。其中格柵壩的主體部分需要由剛性構(gòu)件格柵組成，替代以往的鋼繩網(wǎng)構(gòu)件，以此應(yīng)對更大的沖擊力。經(jīng)由柔性鋼繩網(wǎng)聯(lián)合剛性構(gòu)件制成的柔性格柵壩，不但能提升格柵壩穩(wěn)定性，而且還能使其擁有突出的抗沖擊性，因此值得在危巖應(yīng)急治理工程中予以推廣，從而提高危巖防護水平。

2.2 原則

在“4.20”蘆山強烈地震寶興縣城油庫后危巖應(yīng)急治理工程中，在運用柔性格柵壩實現(xiàn)危巖的有效攔截時，遵循下面2項原則確定具體的運用方案，使柔性格柵壩展現(xiàn)出真正價值。

2.2.1 科學性

在柔性格柵壩實踐運用期間，應(yīng)將其科學地設(shè)置在攔擋壩上方，不宜置于危巖失穩(wěn)區(qū)域內(nèi)，以免影響使用效果。同時，在選擇壩高與繩網(wǎng)尺寸時，應(yīng)該充分結(jié)合治理工程應(yīng)急要求進行設(shè)計，包括危巖運動力、碎石沖擊力、碎石規(guī)格等，這些指標均可成為柔性格柵壩形狀設(shè)計、尺寸設(shè)計的重要參考依據(jù)[3]。

2.2.2 完整性

對于柔性格柵壩中應(yīng)用的鋼繩構(gòu)件也應(yīng)當借助該工程中危巖潛在的沖擊力與破壞力、坍塌速度確定鋼繩型號，并要求鋼繩具有一定的抗磨損性，避免危巖坍塌后造成鋼繩磨損度較大，無法形成有利條件。此外，在治理工程中針對危巖運用柔性格柵壩時，還應(yīng)從全局視角判斷柔性格柵壩是否達到了最佳的防治效果，根據(jù)工程項目的治理要求制定完整的運用方案，以避免寶興縣城油庫后方的危巖破壞山體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

3 “4.20”蘆山強烈地震寶興縣城油庫后危巖分布規(guī)律

在“4.20”蘆山強烈地震寶興縣城油庫后危巖應(yīng)急治理工程中，危巖具備的分布特征主要集中在以下4個區(qū)域，在對其運用柔性格柵壩時，可充分結(jié)合危巖分布規(guī)律設(shè)計治理方案，以此有針對性地進行防治，避免危巖發(fā)生坍塌事故，引發(fā)嚴重的經(jīng)濟生命損失。

3.1 崩塌Ⅰ區(qū)

該區(qū)域所分布的危巖主要是在中國石油油庫正對的后方位，主要是以高度為150 m左右，坡度達到80 °的邊坡巖石體為主。在該邊坡上產(chǎn)生的危巖存在裂隙切割構(gòu)造。若在后期長期施壓情況下，極易快速形成150 m×6 m×2 m規(guī)格的溝槽，從而破壞邊坡完整度。

同時，在崩塌Ⅰ區(qū)出現(xiàn)的危巖上下兩部分破碎度不同，其中下端破碎度較小，這就造成邊坡出現(xiàn)了較高的凸出度。因該范圍內(nèi)危巖巖性主要為花崗巖，一旦經(jīng)過長時間的風化，將發(fā)生碎石掉落問題，其最大碎塊的直徑可達到30 cm。

3.2 崩塌Ⅱ區(qū)

崩塌Ⅱ區(qū)的危巖大范圍分布在油庫后方區(qū)域內(nèi)，崩塌Ⅱ區(qū)危巖坡度可達到50 °，且陡峭程度較大，其中有2個危巖體巖性分別為花崗巖與灰?guī)r，并且碎石塊破碎較為零散。在暴雨等惡劣天氣下，該部分的危巖確實存在較高的崩塌風險。特別是在安排勘測人員前往調(diào)查時，已然出現(xiàn)了碎石塊掉落現(xiàn)象[4]。

3.3 崩塌Ⅲ區(qū)

它是在油庫南向，屬于1個自然形成的坡度為60 °的溝槽，危巖形態(tài)為喇叭狀，其中最寬的部分寬度達到了120 cm，在該區(qū)域內(nèi)共發(fā)現(xiàn)3塊危巖。為了保證該工程中的危巖得到有效治理，需依據(jù)崩塌Ⅲ區(qū)危巖分布特點，提出可行性治理建議。

它是在油庫北向，在該區(qū)域種植了許多植被，覆蓋率超過了90%。其坡度為40 °。危巖的數(shù)量多達6塊。尤其在“4.20”強烈地震影響下，已經(jīng)有部分危巖出現(xiàn)了崩塌狀況，其余危巖也開始松動，如果不及時對其進行治理，很容易在短時間內(nèi)受到自然風化因素的影響而再次崩塌。據(jù)此，需要實現(xiàn)柔性格柵壩在危巖分布區(qū)域的合理運用。

4 柔性格柵壩在油庫危巖應(yīng)急治理工程中的運用措施

4.1 計算地震后危巖運動力

蘆山地區(qū)寶興縣城油庫后方區(qū)域，早在地震發(fā)生前已經(jīng)存在巖石開裂趨勢，并且有部分巖石碎塊從山體滑落，但未對群眾造成傷害。而強烈地震后，該現(xiàn)象有所加劇，在危巖處于極度不穩(wěn)定的狀態(tài)下，自然會增加崩塌風險。所以，需要在應(yīng)急治理工程中運用柔性格柵壩降低崩塌事故的發(fā)生率。

在設(shè)計柔性格柵壩的尺寸時，還需要充分結(jié)合危巖運動力及其穩(wěn)定性計算結(jié)果，判斷柔性格柵壩的壩高與繩網(wǎng)孔徑，以免建成的柔性格柵壩缺乏適用性，導致危巖依舊存在較高的崩塌隱患。其中關(guān)于危巖穩(wěn)定性的計算，可按照下述公式求出穩(wěn)定性系數(shù)，如公式（1）所示。

式中：W、V、φ、c、α、l、Q分別為危巖體自重、危巖裂隙水壓力、裂隙處內(nèi)摩擦角標準值、黏聚力標準值、滑面傾角、長度、地震力。

在計算出危巖穩(wěn)定系數(shù)后，可知曉崩塌區(qū)域內(nèi)危巖穩(wěn)定性的差異，便于調(diào)整具體的柔性格柵壩結(jié)構(gòu)。同時，還應(yīng)對危巖的運動力予以計算，由此了解危巖的危險程度，可為相關(guān)人員運用柔性格柵壩提供可靠依據(jù)[5]。

危巖運動力（V）計算公式如公式（2）所示。

式中：K、H、g、α為石塊運動特征系數(shù)、墜落高度、重力加速度以及坡角。

計算后對于“4.20”強烈地震寶興縣城油庫后分布的19塊危巖，其彈跳高度為1.06 m～1.17 m?？筛鶕?jù)相關(guān)公式了解危巖的穩(wěn)定性及其運動力，并參照具體數(shù)值開展清危工作。由于在該工程中主要是以柔性格柵壩聯(lián)合攔石墻、被動防護網(wǎng)綜合防治法為主，因此應(yīng)專門對彈跳高度在5 m以下的危巖進行清理，其中總方量高達220 m3。同時，在布置被動網(wǎng)時，也應(yīng)當將其作為衡量標準，以此為后續(xù)柔性格柵壩的運用創(chuàng)造條件。防護網(wǎng)所布置的長度為170 m，并且采用分段設(shè)計的原則，將不同穩(wěn)定性、運動力的危巖劃分為4個布設(shè)路段，以RXⅠ-075型防護網(wǎng)為主，并將被動防護網(wǎng)的高度控制在4 m以內(nèi)，由此與柔性格柵壩形成全面治理環(huán)境，保障寶興縣城油庫后方安全。

4.2 危巖攔石墻穩(wěn)定性分析

為了使該工程中的柔性格柵壩展現(xiàn)出顯著價值，還應(yīng)當針對攔石墻的穩(wěn)定性進行精準分析，以此驗證柔性格柵壩是否能夠起到良好的支撐阻攔作用。在該項目中的崩塌Ⅲ區(qū)，對于3塊危巖主要通過設(shè)計1個長度為63 m且高度在5 m的攔石墻，進而為柔性格柵壩的建設(shè)提供一定的緩沖效用。在攔石墻設(shè)計階段，按照臺階狀方法，將其承載力提升到200 kPa，以免危巖碎塊墜落給油庫安全帶來威脅。另外，在攔石墻穩(wěn)定性分析期間，還可借助分層澆筑技術(shù)，確保攔石墻建成后滿足柔性格柵壩運用需求。在針對攔石墻進行澆筑時，可將逐層澆筑的層厚設(shè)置為50 cm，由此促使攔石墻也能在危巖應(yīng)急治理工程中體現(xiàn)出突出的攔阻功能，攔石墻的深度可設(shè)為3 m，并且坡度比應(yīng)為1∶0.2。此外，還可從攔石墻穩(wěn)定性驗算結(jié)果中確定柔性格柵壩的最佳設(shè)計高度。

攔石墻的土石方開挖量為442.22 m2，其中有800 m2的土地屬于臨時占地狀態(tài)，而390.6 m2土地則為永久占地。為了實現(xiàn)柔性格柵壩的合理設(shè)計，還需要根據(jù)攔石墻的穩(wěn)定性，調(diào)整設(shè)計方向，以免延緩危巖治理速度。由于該工程并不是單獨設(shè)置柔性格柵壩針對危巖予以治理，因此，無論從整體性還是安全性、經(jīng)濟性上，都應(yīng)當充分考慮攔石墻的穩(wěn)定性，防止竣工后，柔性格柵壩在攔石墻影響下出現(xiàn)設(shè)計不合理等問題。而且對于崩塌Ⅳ區(qū)上的大量植被，在攔石墻設(shè)計或者柔性格柵壩運用環(huán)節(jié)，都不應(yīng)當對其造成破壞，植被的生長可以對巖石山體的穩(wěn)固度產(chǎn)生積極影響，也能在視覺上增加和諧性，避免過多地破壞原地貌特征，導致危巖治理脫離原有目標。

4.3 科學制定危巖治理方案

在蘆山寶興縣城油庫后方的危巖應(yīng)急治理工程中，因為設(shè)有油庫，一旦危巖崩塌，將給油庫場地帶來嚴重的損失，甚至在石油外泄期間，出現(xiàn)火災(zāi)等大型事故。所以，在柔性格柵壩設(shè)計期間，應(yīng)根據(jù)該工程的地貌特征與地質(zhì)條件，制定科學的治理方案，使危巖處于可控狀態(tài)下，使建立于四川地區(qū)的油庫得到更高的安全保障，也能為我國石油事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

在危巖治理方案中主要包括危巖沖擊力計算、鋼柱放線、鋼繩錨孔放線以及鋼柱安裝等部分。其中，危巖沖擊力的計算可以按照下述公式計算出危巖滾動后產(chǎn)生的運動能量，如公式（3）和公式（4）所示。

式中：v為危巖碎石滾動速度；u為碎石與山體的摩擦系數(shù)；H為下降高度；m為碎石塊的自重。

經(jīng)過上述公式計算出該工程中的19塊危巖碎石塊產(chǎn)生的沖擊能量在211.28 kJ～1098.1 kJ。待確定好沖擊力后，可按照鋼柱放線操作步驟，在油庫后方危巖上設(shè)置鋼柱，在具體治理階段，應(yīng)考慮到地貌地形的影響，然后再進行鋼繩錨孔放線，要求鋼繩不宜設(shè)置在穩(wěn)定性較差的巖體上，并且鋼柱中設(shè)置的鋼繩誤差應(yīng)保持在1 m左右。在使用柔性格柵壩中支撐繩時，應(yīng)先行調(diào)整好鋼柱的位置，針對減壓環(huán)進行定位處理，將支撐繩安裝在危巖兩側(cè)，確保柔性格柵壩建成后，能對寶興縣城油庫危巖進行有效治理。

其中柔性格柵壩中的格柵網(wǎng)高度經(jīng)過分析后設(shè)置在3 m，壩高為10 m。在具體安裝時，應(yīng)將格柵平鋪于環(huán)形柔性格柵網(wǎng)外側(cè)15 cm處，在其底部應(yīng)敷設(shè)長度為0.5 m的支撐繩。經(jīng)過該次次治理，為巖石山體共計攔截了791 m2的石方量，從而保證所處環(huán)境具有良好的安全條件。因此，為了提升設(shè)計質(zhì)量，在運用柔性格柵壩時，需要結(jié)合工況、地質(zhì)特性優(yōu)化治理方案，最終可以在降低危巖破壞力的基礎(chǔ)上，為寶興縣城油庫起到安全防護的作用，促進危巖應(yīng)急治理工程的優(yōu)質(zhì)發(fā)展。

4.4 加強治理工程環(huán)境監(jiān)測

在該工程中運用柔性格柵壩，主要是為了保障油庫及周邊區(qū)域的安全，而在實踐操作中，還應(yīng)當注重環(huán)境監(jiān)測效果，定期觀察柔性格柵壩具體的攔截效果，一旦出現(xiàn)攔截不到位或者其他隱患，需要重新對其進行優(yōu)化調(diào)整，由此提升危巖應(yīng)急治理工程的有效性。而在該工程中，主要利用地形特征與地震后危巖裂隙度的變化給出預(yù)警信息。尤其在運用柔性格柵壩之后的一段時間里，需要對危巖危險系數(shù)、運行狀態(tài)進行密切監(jiān)測，即分析危巖水平向與垂直向位移量，并與運用柔性格柵壩之前的位移量進行對比，這樣才能達到最佳地震災(zāi)害危巖防治效果。

此外，該工程中還專門應(yīng)用了全站儀、水準儀等專業(yè)設(shè)備，對柔性格柵壩運用流程進行監(jiān)測，包括掌握周邊環(huán)境的變化規(guī)律等。在設(shè)計監(jiān)測時間時，考慮到寶興縣城震后危巖治理的迫切性與緊急性，將環(huán)境監(jiān)測周期設(shè)置在1 a，而且在暴雨天氣應(yīng)對其進行高密度監(jiān)測，防止雨天環(huán)境里，危巖的穩(wěn)定性有所下降，從中觀察柔性格柵壩是否滿足危巖治理要求。對于柔性格柵壩開展的監(jiān)測工作，應(yīng)將監(jiān)測設(shè)備的精度控制在2 mm。在監(jiān)測危巖裂隙度時，可將測量精度保持在0.1 mm～1 mm，進而在可靠的監(jiān)測結(jié)果中，幫助相關(guān)人員全面了解危巖變化特性，驗證柔性格柵壩的實踐性。在環(huán)境監(jiān)測中，還可對大氣環(huán)境、水環(huán)境、聲環(huán)境進行監(jiān)測，避免外界環(huán)境因素包括噪聲、地下水、廢氣影響柔性格柵壩運用效果。

5 結(jié)論

危巖在暴雨條件下，裂隙水壓力作用對危巖體的穩(wěn)定性影響較大，在發(fā)生暴雨的情況下，危巖體發(fā)生崩塌失穩(wěn)的可能性大，在地震工況下很容易發(fā)生失穩(wěn)。柔性格柵壩在“4.20”蘆山強烈地震油庫后危巖應(yīng)急治理工程中的應(yīng)用，的確可為危巖修復起到輔助作用，甚至可以增強危巖穩(wěn)固度，避免二次發(fā)生險情，危及民眾生命安全。據(jù)此，應(yīng)從危巖運動力計算、攔石墻穩(wěn)定性、危巖治理方案、治理工程環(huán)境監(jiān)測等方面著手，確保柔性格柵壩展現(xiàn)出真正價值，為我國自然災(zāi)害防治工程提供新的治理思路，由此保障地方巖石結(jié)構(gòu)安全。