临近水库石质高边坡施工技术研究

王祥蕴

摘要：《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）中规定“土质挖方边坡高度大于20m或岩质挖方边坡高度大于30m的边坡为高边坡”。其高度因素将对边坡稳定性产生重要作用和影响，需对边坡进行稳定性分析，法国工程师库伦提出了挡土墙压力法、英国学者朗肯提出了极限平衡法、瑞典彼得森提出了瑞典圆弧法、摩根斯和普赖斯提出了任意形状滑裂面分析法，其中，以英国学者朗肯提出了极限平衡法为主，我国学者对此修正提出了任意滑裂面计算法，按此进行高边坡稳定性分析计算，确定滑动体边界及工程防护设计。

关键词：石质高边坡;高频破碎锤;施工技术

引言：目前国内对高边坡施工研究已经较为成熟，但对于紧邻水库等特殊地理环境制约条件下的边坡施工研究经验少，可借鉴性的理论及实际成果较少，为保证本项目边坡整体施工安全性及边坡施工质量，欲找出适合临近水库石质高边坡施工的一套技术方法，从而指导本项目施工，保证工期、质量，降低成本。同时为今后在此领域施工提供参考依据，积累技术经验。

1.临近水库石质高边坡施工存在的问题

赤峰505项目需穿越临近打虎石水库的高边坡深路堑共有4段，涉及需处理边坡石方400000m3。本项目四段高边坡，节理裂隙发育，容易产生不利结构面的滑动破坏或局部崩塌破坏以及局部坡面存在孤石危岩及山坳风化层较厚处的滑塌现象。加之本項目位于内蒙古严寒地区，极端最低气温-33.7℃，最大冻土深度1.89米，同时边坡紧邻打虎石水库。综上种种原因，本项目此四段临水库高边坡，爆破施工对水库的稳定性、安全性影响较大。

2、解决关键技术的具体措施和技术方案

2.1岩质分类

经现场勘查及强度检测，赤峰505项目边坡石质较为坚硬，平均强度30MPa <75.6<80MPa（属次坚石），多数段落石质强度>80MPa（属坚石），详见赤峰505项目边坡石质强度统计表，表1。

2.2采用处理方式

鉴于石质强度较为坚硬，赤峰505项目拟采用如下方法对边坡石质进行处理：采用高频破碎锤对边坡石质进行破碎后清除再进行路基施工

2.2.1采用高频破碎锤进行边坡石质处理试验段施工

⑴工作原理

高频破碎锤的刀齿在激振器的作用下对物体（目标破碎物）产生冲击，进而实现破碎，是由挖掘机的液压能传递给液压马达，带动振动箱内的偏心齿轮转动，进而产生离心力F，其垂直分量F sin wt为周期性变化的干扰力，使轴产生径向受迫振动的激振力，再由激振器的箱体将振动传递给斗齿进行破碎作业。

⑵工艺流程

①树木挖除、原地表清理

对路基范围内树苗、林木进行砍伐，并挖除树根。采用推土机、装载机、挖掘机等施工机械清除原地表（边坡石质除外）腐殖土、草根、垃圾等，并碾压密实，保证原地面压实度90%（一是保证原地面压实度满足设计及规范要求，二是为清除边坡石质机械设备进场提供就位平台）。

②测量放样

采用一台TS06全站仪直线段每20m，曲线段每10m一断面测量放样路基中、边桩，采用竹桩定位，并于村道交叉等桩点易受破坏位置设置护桩。采用一台DSZ2水准仪测量各断面标高，与设计图纸横断面图原地面设计标高对比，核算填、挖方及边坡石质工程数量。

③机械设备进场、就位

经联系，一台神钢260挖掘机及一台BYS-PSC高频破碎锤按期进入路基一工区。进场后，拆下挖掘斗，安装上破碎锤，使挖掘机平稳行走就位。

④边坡石质破碎

启动挖掘机马达开始对边坡石质进行破碎处理。不论边坡石质岩层节理、走向及坚硬程度，均采用与破碎面成近似90度夹角进行破碎。

⑤测量边坡石质清除后原地面标高

边坡石质破碎后，采用装载机配合挖掘机清理集中至一处，测量边坡石质处标高是否满足设计要求，如不满足设计要求则继续处理，直至满足要求为止。

⑥边坡石质清运

由装载机配合挖掘机将破碎到位边坡石质装上自卸汽车运至指定弃土场弃卸。

⑦挖掘机移位

边坡石质清除完成后，携带液压破碎锤的挖掘机自行行走至另一工作面就位、破碎。

⑧注意事项

在破碎过程中，须控制好破碎锤振动频率，避免因激振力过大，造成碎石飞溅。

⑶成本、效能

购置成本价格约20万元，工作效率约45～60m3/h，耗油量约120kg/d，产生噪音50～75分贝。施工工期：20293÷〔（45+60）÷2×8〕≈49（天）。

⑷声噪、损耗方面

声噪70～75分贝;高频破碎锤在顶部和侧面装有减震橡胶，从而对挖掘机基本无损伤;耗损方面高频破碎锤油路设计为一进一出，自身无油损;尖部铲齿材质较好，损耗较小。

⑸经济效益

设备租赁费约2500—4000元/天，耗油约924元/天，人工工资150元/天，其他耗材费10元/立方米。费用计算：〔（2500+4000）÷2+924+150〕÷〔（45+60）÷2×8〕+10≈20（元/立方米），总费用：20293×20=405860（元）。

3、推广应用的条件和前景

通过本次研究得知，高频破碎锤工作效率约为普通活塞式破碎锤（液压破碎锤）的4倍，成本仅为其1/2，尤其在喀斯特地貌沉积岩较为丰富岩溶区地区，因地质条件复杂，凸露岩石不均匀，且大小不一，使得采用爆破处理较为困难，且危险性高，污染较大，施工不便，采用高频破碎锤不失为一种最适宜的施工方法，且噪音污染仅由50-75分贝，满足靠近居民区及夜间施工要求，相比较更为“绿色循环低碳“，公司内部可将该方法推广至内蒙古、河北、山西、贵州、广西临近制约物及喀斯特地貌岩溶区进行原地表边坡石质处理。

综上，该技术相较液压破碎锤、液压撑石机及爆破技术虽有明显优势，但其无法将挖掘机的液压能全部转化为驱动高频破碎锤刀齿冲击岩石的动能，造成能量损失较大，在遇到强度>100MPa更为坚硬的岩石时，往往所需冲击时间延长较多，功效明显降低;另外，高频振动刀齿耗损率较大，占到其施工总费用的1/2，建议相关厂家改进高频破碎锤结构及刀齿材料质量，以进一步提高其功效，供施工单位长期合作所需。

8、参考文献

1：《公路路基施工技术规范》 JTG F10-2006

2：《液压破碎锤机械行业标准》JB/T 10844-2008

3：《现代公路工程爆破》（人民交通出版社）

4：《水利水电工程岩石试验规程》（SL264-2001）