戴德江 譚子書 王思榮 張位華 周 娟

(1.貴州省公路工程集團有限公司 貴陽 550001； 2.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司 貴陽 550081)

西部地區(qū)地勢起伏大、崇山峻嶺、峽谷深切，公路建設(shè)普遍存在滑坡、破碎帶、堆積體、崩塌等不良地質(zhì)問題，邊坡安全風(fēng)險問題突出。邊坡工程安全風(fēng)險評估是防、減、治災(zāi)的基礎(chǔ)，是降低邊坡災(zāi)害損失的有效途徑。崩塌災(zāi)害因發(fā)生時間不確定、崩落速度極快、主要沿垂直方向墜落的特點，可在較短的時間內(nèi)造成巨大的危害，給人民的生命和財產(chǎn)安全帶來極大威脅[1-2]。

近年來，國內(nèi)外工程及學(xué)術(shù)界日益重視邊坡安全風(fēng)險管理評估和管理決策方法的研究，但邊坡設(shè)計安全風(fēng)險評估一直未受重視。在公路邊坡風(fēng)險管理方面，我國交通運輸部在2014年頒布了《高速公路路塹高邊坡施工安全風(fēng)險評估指南》(試行)[3]，將高速公路路塹高邊坡施工安全風(fēng)險評估列為強制程序；中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會于2019年發(fā)布了T/CECS G:E70-01-2019 《在役公路邊坡工程風(fēng)險評價技術(shù)規(guī)程》[4]，用來指導(dǎo)運營公路邊坡風(fēng)險評估。在設(shè)計、施工和運營過程中，邊坡災(zāi)害承災(zāi)對象及其成災(zāi)模式有較大的不同，將面對不同的風(fēng)險事件及可能性，需在邊坡工程全壽命周期的各階段開展差異化的風(fēng)險評估和風(fēng)險調(diào)控[5]。針對設(shè)計階段如何開展邊坡風(fēng)險評估，尤其是危巖體崩塌風(fēng)險評估，目前還未頒布任何指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)。

貴州省興義環(huán)城高速公路項目區(qū)地形條件差，全線共65座橋梁，其中峰林特大橋全長1 150.293 m，梁上部結(jié)構(gòu)為主跨550 m單跨簡支鋼桁梁懸索橋，是中國山區(qū)第一座大跨徑鋼-混疊合梁懸索橋。峰林特大橋萬屯岸危巖體分布廣泛，危巖體W5位于舊屋基隧道出口及峰林特大橋橋臺上方，在暴雨、施工、震動等作用下可能會發(fā)生崩落，存在安全風(fēng)險。本文采用指標(biāo)體系法對峰林特大橋危巖體W5開展設(shè)計階段安全風(fēng)險評估，為橋梁建設(shè)及運營安全提供保障。

1 地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

峰林特大橋橫跨馬嶺河，橋位處為“V”形河谷，兩岸地形坡度36°～71°。萬屯岸地形陡直，基巖裸露，發(fā)育有W4、W5 2處危巖體，危巖體與下部構(gòu)造物位置關(guān)系圖見圖1。

圖1 W4、W5危巖體與下部構(gòu)造物位置關(guān)系

岸坡自然臨空面方向為271°，為反傾斜坡。

1.2 危巖體特征

危巖體W5位于橋梁右側(cè)約7～55 m陡崖一帶，巖性為三疊系中統(tǒng)楊柳井組中厚～厚層狀白云巖，巖層產(chǎn)狀88°∠12°，卸荷裂隙發(fā)育。根據(jù)巖體受卸荷裂隙切割情況，將危巖體W5分為W5-1和W5-2兩部分，危巖體斷面圖見圖2。

圖2 危巖體W5斷面圖

W5-1位于W5-2外側(cè)，受卸荷裂隙L1(產(chǎn)狀270°∠88°、最大張開度2 cm、切割深度20～30 m)切割剝離形成長6～10 m，厚5～10 m，高40～60 m的危巖體，方量約4 000 m3；W5-2被卸荷裂隙L2(產(chǎn)狀270°∠86°、最大張開度2 cm、切割深度25～35 m)切割與母巖剝離，形成長5～15 m、厚5～11 m、高50～70 m，方量約7 000 m3。

1.3 危巖體穩(wěn)定性

危巖體W5形狀鼓凸，三面臨空，臨空面高度超60 m，有向3個方向崩塌的風(fēng)險。W5-1、W5-2被卸荷裂隙L1、L2切割形成深達25～35 m的連續(xù)貫通面，危巖體靠基座與少量母巖相連。根據(jù)穩(wěn)定性計算結(jié)果，危巖體W5處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在地震、暴雨、人為活動等作用下易發(fā)生滑移式或傾倒式崩塌，對下方峰林特大橋施工及后期運營構(gòu)成較大安全威脅。

1.4 危巖治理方案

由于危巖體下方為已經(jīng)貫通的舊屋基隧道出口及正在施工的峰林特大橋，對其完全清除將對已施工完成的構(gòu)造物造成破壞，故擬采用對危巖體加固的方案。

1) 被動防護。清除危巖體表面零星“凸”狀危石及已經(jīng)松動的孤石；危巖體下方設(shè)置被動防護網(wǎng)，底部設(shè)置落石消能槽，防止落石越過被動防護網(wǎng)。

2) 主動加固。對已經(jīng)發(fā)生虧坡破壞的危巖采用C20片石混凝土進行嵌補；嵌補后的坡面設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，加固基座，危巖體中下部設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，防止既有貫通面向下部巖體擴展；對危巖體裂隙采用灌漿封閉。

2 崩塌災(zāi)害發(fā)生概率等級評價

公路全壽命周期不同階段風(fēng)險管理的對象、目標(biāo)和影響有很大的不同。設(shè)計階段風(fēng)險評估可為確定工程對策、施工監(jiān)控及資金投入等后續(xù)工作提供參考。本文采用指標(biāo)體系法對危巖體W5開展設(shè)計階段安全風(fēng)險評估。

風(fēng)險評估應(yīng)進行全面的風(fēng)險源識別，建立評價指標(biāo)體系。每個邊坡工程及不同的災(zāi)害類型都有其特定的危險源，確定評估指標(biāo)體系是風(fēng)險評估的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。根據(jù)已有研究成果，建立了設(shè)計階段崩塌災(zāi)害發(fā)生概率評估指標(biāo)體系，見表1。

表1 設(shè)計階段崩塌災(zāi)害發(fā)生概率評估指標(biāo)體系

在工程實踐中，指標(biāo)的選擇應(yīng)避免重復(fù)和片面，普適性的風(fēng)險評估指標(biāo)體系難以適應(yīng)區(qū)域邊坡工程實踐的需要。根據(jù)影響危巖體穩(wěn)定性的主要因素并結(jié)合工程實際，從眾多指標(biāo)中提取對危巖體W5起控制作用的因素，建立適用于危巖體W5的風(fēng)險評估指標(biāo)體系，見表2。

表2 危巖體W5崩塌災(zāi)害發(fā)生概率評估指標(biāo)體系

每一項指標(biāo)評判等級為4級，隨著危險性增加，分值逐漸增大，分別為0～24、25～49、50～74及75～100。將危巖體W5的特征提取后與表中的指標(biāo)體系對照，根據(jù)評分準(zhǔn)則得出各項指標(biāo)分值。

根據(jù)危巖體實際情況，對評估指標(biāo)按重要性從高到低進行排序，根據(jù)指標(biāo)體系法計算各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，得出指標(biāo)重要性排序及評分見表3。得到危巖崩塌風(fēng)險發(fā)生概率等級見表4。根據(jù)表4判定危巖崩塌發(fā)生概率等級為3級。

表3 危巖崩塌風(fēng)險評估指標(biāo)重要性排序及概率分值

表4 危巖崩塌風(fēng)險發(fā)生概率等級

3 崩塌災(zāi)害發(fā)生后果等級評價

崩塌災(zāi)害后果涉及人員傷亡、穩(wěn)定影響、環(huán)境影響、經(jīng)濟影響、工期延誤、功能缺失等方面，評價采用1～5逐步嚴(yán)重的5個等級，當(dāng)多種后果同時產(chǎn)生時，采用就高原則判定。設(shè)計階段承災(zāi)體的識別是基于現(xiàn)狀調(diào)查及建設(shè)過程和建成之后邊坡影響區(qū)的虛擬分析，即來源于潛在危害區(qū)內(nèi)現(xiàn)有和施工過程中投入的人、設(shè)備和設(shè)施的估計和運營過程中構(gòu)筑物分布、交通量及其相關(guān)環(huán)境經(jīng)濟影響的預(yù)測[6]。危巖體W5發(fā)生崩塌災(zāi)害的后果主要考慮橋梁施工階段的人員傷亡及對橋梁結(jié)構(gòu)物的影響。根據(jù)危巖體W5運動規(guī)律數(shù)值模擬結(jié)果，W5發(fā)生崩塌后大部分落石將到達橋面，且在到達橋面時仍有較大動能和轉(zhuǎn)動速度，會對橋梁結(jié)構(gòu)物造成比較嚴(yán)重的撞擊和破壞，并可能造成人員傷亡。經(jīng)專家調(diào)查分析，危巖崩塌后果嚴(yán)重等級確定為3級。

4 危巖崩塌風(fēng)險等級及管控措施建議

危巖崩塌風(fēng)險大小為風(fēng)險發(fā)生概率和風(fēng)險發(fā)生后果嚴(yán)重程度的組合。在進行設(shè)計階段安全風(fēng)險等級判定時，從風(fēng)險發(fā)生概率等級和風(fēng)險發(fā)生后果等級兩方面采用矩陣法進行綜合判定。其判斷標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表5 危巖崩塌災(zāi)害風(fēng)險等級判斷標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)表5顯示，危巖體W5發(fā)生崩塌災(zāi)害的風(fēng)險等級為III級(高風(fēng)險)，風(fēng)險基本不可接受。

根據(jù)風(fēng)險等級，應(yīng)實施削減風(fēng)險的應(yīng)對措施，加強勘察設(shè)計、咨詢及重點監(jiān)測等。具體提出如下風(fēng)險控制建議。

1) 開展施工前專項風(fēng)險評估?！陡咚俟仿穳q高邊坡施工安全風(fēng)險評估指南》(試行)對象為開挖施工的路塹邊坡，評價指標(biāo)對危巖體處治施工適用性不強。根據(jù)采取的處治措施，除了參照《高速公路各塹高邊坡施工安全風(fēng)險評估指南》(試行)對預(yù)應(yīng)力錨固施工發(fā)生事故的可能性進行評價之外，還應(yīng)對危石清除、消能槽、腳手架等施工作業(yè)進行評價。

2) 加強信息法施工和監(jiān)測預(yù)警。危巖體母巖為中厚層狀白云巖，整體受風(fēng)化作用顯著，人為活動等作用下可能發(fā)生局部崩落，施工期間對人員及設(shè)備存在安全隱患。建議對危巖體地表位移及卸荷裂隙發(fā)展情況、危巖體傾斜情況等進行監(jiān)測，必要時開展錨索應(yīng)力監(jiān)測。

5 結(jié)語

公路邊坡設(shè)計安全風(fēng)險評估工作是公路邊坡災(zāi)害全過程風(fēng)險評估的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是完善公路工程安全風(fēng)險管理體系的一項措施。本文以實際工程為例，有針對性地建立崩塌發(fā)生概率評價指標(biāo)體系，對高速公路邊坡危巖體進行設(shè)計風(fēng)險評估，得出風(fēng)險等級，并提出控制建議措施。

1) 公路全壽命周期不同階段危巖體風(fēng)險管理的對象、目標(biāo)和影響有很大的不同，設(shè)計階段風(fēng)險評估主要是為確定工程對策、施工監(jiān)控及資金投入等后續(xù)工作提供參考，但還缺乏指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)。

2) 根據(jù)現(xiàn)有研究成果及相關(guān)規(guī)范，歸納總結(jié)了設(shè)計階段危巖崩塌發(fā)生概率指標(biāo)，包括4個一級指標(biāo)和23個二級指標(biāo)。

3) 選取有針對性的評價指標(biāo)對依托工程崩塌發(fā)生概率進行了評價，并根據(jù)崩塌周邊環(huán)境條件得出災(zāi)害后果等級，根據(jù)矩陣法得出危巖體風(fēng)險等級為III級。根據(jù)風(fēng)險接受準(zhǔn)則，建議開展施工前專項風(fēng)險評估，并加強信息法施工和監(jiān)測預(yù)警，保障施工人員和設(shè)備的安全。