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巖質邊坡的加固減災技術有哪些?

落石指的範圍很廣,從拳頭大小的巖石到大斷面的巨石。根據落石形狀和大小的不同,落石在下落過程中可以沿坡面高速翻滾、跳躍和移動,最終在離落石源區很遠的地方降落。海灘、公園和懸崖附近的開闊地帶等休閑區域經常受到落石的影響,生活在這些區域的人們經常面臨落石的危險。過於靠近懸崖和陡峭巖坡的探險活動,會增加已經很危險的懸巖的壓力,造成巖石崩塌,對下面的人造成傷害,探險者自己也會受到傷害。無論是徒步旅行、野營、散步還是在懸崖附近工作,人們都可能在沒有任何預兆的情況下遭受巖崩。有許多工程技術可以幫助人們減少落石災害造成的不利影響,下面介紹其中壹些技術。在某些情況下,處理落石的最佳工程措施往往不止壹種,這需要不同方法的良好組合(圖C20)。

◆安全攔截技術

攔擋溝

更寬的壕溝在捕捉落石時會非常有效,但在設計壕溝時必須考慮懸崖的幾何形狀,最好在咨詢相關專家後設計壕溝的詳細尺寸。溝渠底部必須覆蓋松散的土壤,以防止落下的巖石彈起或碎成碎片並四處飛濺。如果沒有足夠的空間建造滿足設計尺寸的溝槽,也可以組合起來,比如設置多排小溝槽,後面是填石或巖壁。

電纜、網、柵欄和巖石帷幕

電纜和鐵絲網是保護道路或公路免受巖石崩塌的簡單而經濟的預防措施。對於較大的不穩定巖塊,可以在巖塊周圍纏繞金屬索,然後用錨索固定在邊坡上。如果巖體太破碎,單根錨索無法約束,可以考慮金屬網。鐵絲網(間距較小)可用於防止小於75 cm的巖石崩落(見圖C21中鐵絲網的示例照片)。標準金屬絲網是雙股金屬絲網。當巖石表面比較平坦時,鋼絲網可以很容易地掛在巖壁上;當巖石表面不平整時,需要用巖石錨桿將網固定在巖壁上,以保證網與巖壁的緊密接觸。將網固定在巖壁上可以防止巖塊位移,加強邊坡或巖壁的整體穩定性。鋼絲網在陡峭的土質路塹邊坡中也是有效的,尤其是在礫石土質邊坡中。

可以在斜坡和山谷的底部建造由電纜和金屬絲網制成的捕捉網來捕捉落下的巖石。鐵絲網被錨索懸掛固定後,形成柔性屏障,可以耗散落石的能量和沖擊力。如果固定得當,可以用來抓直徑約1米的滾石。此外,捕捉網可與路邊設置的擋水溝配合使用。

如圖C22所示的巖石圍欄更容易建造,可以防止小規模的巖石掉落在路上,但它們無法控制反彈越過圍欄頂部的落石。如圖C23所示,巖石帷幕可以更有效地將落石導入截水溝或其他攔截結構,防止落石彈到外面的道路或其他設施上。

擋土墻

和上面提到的用於加固土質邊坡的擋土墻壹樣,防落石擋土墻也有同樣的作用,防止落石和雜物進入壹定區域。這種擋土墻有點類似於落石圍欄,但更堅固。擋土墻可采用鋼筋混凝土、木材或其他材料,但需用錨索妥善固定,以防巖石崩塌時傾覆。

巖石屏蔽和掩蔽

巖石屏障和掩體是指修建在高速公路、鐵路上的設施,有時也修建在建築物上,用於防護巖石滑坡和大型滑坡。這些設施使用混凝土或鋼筋,或其他材料,它們的末端可以是開放的,也可以完全包圍落石區。它們可以將公路、鐵路或構築物上的落石物質引導到其他地方,使其不會影響公路、鐵路和構築物的安全使用。這方面的壹些例子如圖C24 ~ C27所示。

巖石和巖石框架加固

這種結構不常用,因為它們只在特殊情況下工作,而且施工時必須非常小心,對結構強度的要求也很高。圖C27就是壹個例子。

◆巖石挖掘

串聯

在巖壁上修建水平臺階是防治落石災害最有效的方法之壹。為了防止落石,臺階可以降低地表巖石的拉應力,減緩巖石表面的侵蝕速度,從而降低落石的發生率。但是,必須註意的是,這種方法對潛在的深層巖石破壞影響不大。

在施工過程中,階梯式臺階的墻面可以比整體坡度更陡,這樣落下的石塊就可以留在臺階上(圖C28)。但是,必須避免近90度的墻壁傾角,因為那將導致拉伸裂縫、危險的懸掛甚至陡峭的巖石崩塌。臺階面不得置於軟弱巖層底部、巖石破碎帶或含水帶。臺階的最小寬度不小於4m,所有臺階必須有排水溝,將水引出邊坡。

移除綠松石,修復斜坡

對交通和行人有危險的松散、不穩定和/或懸浮巖塊可以通過移除綠松石和修復斜坡來移除。縮放是指用手持探針或輕炸藥移除松動的巖石。修整是指在清除綠松石後,通過包括鉆孔和輕型爆破在內的手段,大面積清除具有潛在危險的巖塊。控制爆破可以減少修復工作的必要性,但爆破工作並不總是可行的。懸浮的巖石可以被移走或固定在穩定的斜坡上。移除綠松石的工作由工人使用探針、千斤頂或炸藥進行,工人必須用繩子或其他方式懸掛和固定。這些工作有時既費時又費錢(有時還很危險)。在那些活躍的斜坡上,可能需要每隔幾年或在必要時重復壹次。去除綠松石的工作技術要求高,並伴隨著危險;維修斜坡的工人需要特別訓練,維修工作期間必須有專業人員在場。

◆加固有落石潛在危險的區域。

噴射混凝土和壓力噴射砂漿

噴射混凝土和壓力砂漿是利用氣壓直接在不穩定巖石表面噴射混凝土進行加固。噴射混凝土是指噴射幹的或濕的混凝土或砂漿的過程。壓噴砂漿僅指噴幹砂漿的過程。幹燥的混凝土混合物通過空管輸送到噴灑器,在那裏與註入的水接觸。這種方法快速,操作簡單,可以加強巖石之間的聯系,減少巖石表面的風化和疏松。噴漿累計厚度可達2 cm,比壓力噴漿砂漿更常見(累計厚度更小)。因為這兩種物質都可以通過氣壓快速實施,所以即使是大面積的工作也可以在短時間內快速完成。圖C31為某高速公路噴射混凝土場景。

錨桿、地腳螺栓和銷釘

這些鋼構件或鋼纜通過加固和連接巖石來提高它們的穩定性。錨桿通過施加預應力來支撐較大的巖塊,而錨桿相對較短,主要用於支撐坡面上的巖石。暗銷類似於地腳螺栓,但事先並未施加預應力。用鋼結構加固巖質邊坡,需要有巖質邊坡穩定性分析、錨固技術和試驗步驟方面的專業知識。對於壹個成功的錨固系統來說,正確確定潛在滑動面的方位是非常重要的,這需要大量的工程實踐經驗。圖C32和C33顯示了錨栓以及在高速公路上安裝錨栓的示例。

圖C32巖面上的巖錨特寫照片固定在巖面上,用鐵絲網連接可以起到更大的保護作用。這裏的錨深度大約是5米。

圖C33巖石錨桿作業。註意巖石容易碎成薄片的性質(圖片來源:美國華盛頓州交通部)