1.本發(fā)明屬于建筑施工工法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法。

背景技術(shù)：

2.改擴(kuò)建高速公路路基巖石路塹開挖機(jī)械鑿除施工工法，在要求施工速度快、施工質(zhì)量高、安全不影響既有高速通行的前提下，首先熟悉整個(gè)施工區(qū)域內(nèi)的工程地質(zhì)和水文資料、鄰近建筑物或構(gòu)筑物的質(zhì)量和分布情況、開挖和棄渣的要求、施工環(huán)境及氣候條件等，了解地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、水文地質(zhì)等，檢查山坡坡面情況，采取可靠的安全技術(shù)措施；對危巖、孤石、崩塌體、古滑坡體等不穩(wěn)定跡象，妥善處理，同時(shí)做好邊坡監(jiān)測監(jiān)控；對施工區(qū)域內(nèi)存在的各種障礙物，如建筑物、道路、溝渠、管線、防空洞、舊基礎(chǔ)、墳?zāi)?、樹木等，凡影響施工的均?yīng)拆除、清理或遷移，并在施工前妥善處理；做好三級防護(hù)和既有高速公路應(yīng)急車道封閉及施工現(xiàn)場警戒。一旦巖石路塹防護(hù)不當(dāng)發(fā)生巖石滾落等情況，將帶來巨大的安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

3.為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法，采用縱向分層分級臺階多點(diǎn)開挖，開挖過程采用液壓劈裂和機(jī)械鑿除相結(jié)合，整個(gè)過程連續(xù)、高效、安全、可靠。

4.為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

5.改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法，該方法包括如下步驟：

6.s1.測量放樣：利用在施工現(xiàn)場設(shè)置測量控制網(wǎng)，采用全站儀進(jìn)行測量施工控制，根據(jù)設(shè)計(jì)坡比精確放樣出路基邊坡開挖輪廓，用白石灰畫出輪廓線；

7.s2.上坡道修筑：上坡道修筑是用于運(yùn)輸鑿除的砟石，順著開挖路基左側(cè)邊坡修筑，上坡道修筑的過程中上坡道拆除與本層土石方開挖同步進(jìn)行，拆除時(shí)要同時(shí)修整路基邊坡、滿足設(shè)計(jì)要求；

8.s3.機(jī)械鑿除開挖：在開挖前，使用gps測量出紅線用地界及開挖邊坡，清除山體樹木，修建上坡道，根據(jù)設(shè)計(jì)要求開挖修建截水溝，并將山頂水匯流到山下自然排水溝中，做好截水溝和新邊坡的防護(hù)，在截水溝的外側(cè)，清除五米范圍內(nèi)松石和危石；機(jī)械鑿除時(shí)按每層4～5m高度從上向下分層開挖，開挖時(shí)由內(nèi)而外，縱向開挖，由山體內(nèi)側(cè)向既有高速基邊坡順序開挖；

9.s4.液壓破碎錘破碎施工：將液壓巖石破碎錘的釬桿壓在巖石上，利用破碎錘的沖擊力，將巖石破碎；第一級施工平臺上的巖層破到位將坡面修正平整后，進(jìn)行下一施工平臺巖體的破碎施工；破碎錘破碎時(shí)挖機(jī)配合，清除破碎巖體，并將已破碎的巖體打堆裝車，運(yùn)輸車輛采用自卸車，運(yùn)至指定地點(diǎn)，直至該段路基坡面成型并且路基標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

10.s5.路基邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測：檢測項(xiàng)目包括：位移及沉降監(jiān)測、裂縫觀測。

11.進(jìn)一步地，步驟s2所述上坡道修筑的具體方法包括如下步驟：

12.s21.施工放樣：根據(jù)現(xiàn)場情況增設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)復(fù)核設(shè)計(jì)橫斷面，再放出便道中線、坡腳、邊溝位置；

13.s22.清表：便道路基施工前，清除施工范圍內(nèi)的樹木及原地面以下20cm內(nèi)的草皮和表土；

14.s23.石方開挖：按照方案從上而下、從東而西分層分級開挖；

15.s24.便道填筑：填筑便道采用現(xiàn)場開挖的石方，用挖機(jī)裝車翻運(yùn)，分層填筑，裝載機(jī)整平攤鋪，灑水車灑水，壓路機(jī)碾壓密實(shí)，對于機(jī)械不能到達(dá)或使用的地方，使用打夯機(jī)進(jìn)行基底夯實(shí)；

16.s25.排水設(shè)施：便道兩側(cè)排水溝的施工根據(jù)實(shí)際地形將排水溝導(dǎo)入當(dāng)?shù)厮疁?，確保便道不積水，排水溝不存水，對于邊坡表面排水，設(shè)置邊溝集中引到臨時(shí)排水溝；排水溝采用土溝型式，寬50cm，深50cm，縱坡與路基縱坡一致，內(nèi)側(cè)與便道緊密銜接。

17.進(jìn)一步地，步驟s5所述位移及沉降監(jiān)測的監(jiān)測對象為邊坡坡頂，采用沖擊鉆孔埋設(shè)水平位移沉降一體化監(jiān)測點(diǎn)，從坡頂向兩邊按8-10m的間距、縱向從中心往兩側(cè)30-50m的間距布置監(jiān)測點(diǎn)；過埋設(shè)沉降板觀測沉降情況，通過數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)施工；水平位移觀測為地面水平位移，采用位移邊樁觀測。

18.進(jìn)一步地，步驟s5所述裂縫觀測的觀測位置為邊坡坡面，根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置觀測點(diǎn)對其統(tǒng)一編號，設(shè)置觀測標(biāo)志，人工巡視，以小鋼尺或游標(biāo)卡尺定期量測，當(dāng)坡體表面發(fā)現(xiàn)裂縫時(shí)，通過觀測裂縫的變化過程和變化規(guī)律來分析坡體的變形情況和破壞趨勢；坡面的變形觀測是指在平臺上設(shè)置坡面變形觀測點(diǎn)，利用全站儀進(jìn)行觀測，采用直角坐標(biāo)法量測；通過數(shù)據(jù)處理分析，分析坡面幾何外觀的變化情況，繪制坡面各點(diǎn)在施工過程中的水平位移變化情況，從而了解邊坡滑動(dòng)范圍和滑動(dòng)情況，提供預(yù)警信息。

19.進(jìn)一步地，所述裂縫觀測的過程中根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置觀測點(diǎn)是人工巡視中在發(fā)現(xiàn)裂縫的位置埋設(shè)裂縫監(jiān)測點(diǎn)，邊坡在開挖過程中坡面沒有出現(xiàn)裂縫則此類測點(diǎn)無需布置；人工巡視發(fā)現(xiàn)裂縫及時(shí)埋設(shè)，測點(diǎn)間沿裂縫的間距以20～30m為宜，其方向平行滑坡的主滑方向或邊坡的位移方向；在裂縫的兩邊穩(wěn)定土體內(nèi)開挖一個(gè)a4紙平面大小的洞約50cm深，用混凝土澆注至地面高度，用兩塊長方形鐵片分別埋設(shè)在裂縫兩邊的混凝土內(nèi)，并使這兩塊鐵片在裂縫處互相搭接約50cm長，在搭接處用紅油漆涂色；如果裂縫變形增大，則在搭接處兩塊鐵板的紅油漆涂色處就會產(chǎn)生一個(gè)縫隙，用游標(biāo)卡尺測出這條縫隙的寬度數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)作為所測邊坡裂縫增加的寬度。

20.進(jìn)一步地，所述改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法還包括安全防護(hù)，所述安全防護(hù)供分為三級防護(hù)：

21.第1級防護(hù)：機(jī)械鑿除開挖從內(nèi)側(cè)開始，沿道路行車方向縱向開挖，預(yù)留塊石擋墻部分，開挖漿砌塊石擋墻時(shí)機(jī)械站在開挖完成的工作面內(nèi)挖除松石后慢慢鑿除，且隨開挖逐步挖除；同時(shí)安排專人指揮看管；有大塊落石危險(xiǎn)時(shí)安排專人清除，防止小飛石或塊石濺落公路、危及行車安全；

22.在鑿除塊石擋墻時(shí)，采取如下措施：

23.用水馬封閉既有高速一個(gè)車道，進(jìn)行交通導(dǎo)改，使行車盡可能遠(yuǎn)離施工區(qū)域；

24.首次開挖預(yù)留擋墻時(shí)，用尼龍網(wǎng)將塊石擋墻覆蓋，在挖除時(shí)，與塊石擋墻同時(shí)挖

下，防止?jié)L石落下，后續(xù)開挖時(shí)，若滾石在可控范圍，則取消尼龍網(wǎng)覆蓋；

25.第2級防護(hù)：利用老路邊溝防護(hù)，緩沖落石，方便落石清理；老路基邊溝平均溝高1～1.2m、寬2.5～2.8m、底寬1.2～1.25m，坡腳到邊溝路側(cè)一邊寬4m，老路側(cè)邊溝做為落石緩沖區(qū)；

26.第3級防護(hù)：利用老路護(hù)欄加裝防護(hù)，在老路波形護(hù)欄的外側(cè)波形護(hù)欄立柱部位及立柱間安裝4m高、φ150鍍鋅鋼管立柱，間距2m，鋼管立柱用螺栓固定在波形護(hù)欄的立柱及路肩擋墻上，并與既有高速護(hù)欄立柱加焊，鋼管立柱的上中下部位與長3m寬250mm厚度為50mm的竹籬笆綁扎連接成一體；為保證護(hù)欄受滾石沖擊后的穩(wěn)定性，在老路邊坡或擋墻上標(biāo)高為護(hù)欄頂部下返1m處打入一根深2m的砂漿錨桿與的拉筋焊接。

27.本發(fā)明的有益效果為：

28.本發(fā)明的巖石路塹機(jī)械鑿除開挖施工，在施工條件受限、地形復(fù)雜、工期緊的情況下，有力的保證了施工進(jìn)度，在保障了緊鄰高速的安全通行，運(yùn)用本工法工藝簡單，設(shè)備配套容易，質(zhì)量保證，在不影響緊鄰高速公路通車運(yùn)行的要求下施工快速，可廣泛應(yīng)用到其他路基巖石路塹機(jī)械鑿除開挖工程，社會效益明顯，在國內(nèi)類似施工項(xiàng)目中可推廣使用。

具體實(shí)施方式

29.本實(shí)施例提供一種改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法，以某標(biāo)段為例進(jìn)行說明，起點(diǎn)樁號k20+230.000，終點(diǎn)樁號：k25+348.966；路線總長度5.119km。既有公路路基寬度23m，雙向四車道，拓寬后主線一般路段路基寬度42m。k21+355.230～k21+900雙側(cè)過渡到單側(cè)段拼寬，k21+900～k23+215.366為單側(cè)路基段拼寬。巖石路塹集中在k21+531～k21+690.5、k21+790.5～k22+530，位于南京市浦口區(qū)老山林場，邊坡為左側(cè)開挖，其左幅開挖土方4.4萬方、ⅳ級圍巖15.1萬方、ⅴ級圍巖6.7萬方、ⅵ級圍巖1.6萬方，右幅老路降坡開挖ⅳ級圍巖0.5萬方、ⅴ級圍巖4.8萬方,合計(jì)路基開挖巖石28.7萬方；巖層主要為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化頁巖及中風(fēng)化灰?guī)r。其中k21+830～k22+090、k22+270～k22+530為巖質(zhì)高邊坡路基，最大開挖高度37m，5級坡率，最下一級邊坡坡率采用1:1，其上邊坡采用1:1.25坡率，最上一級坡率采用1:1.5。

30.該方法包括如下步驟：

31.s1.測量放樣

32.利用在施工現(xiàn)場設(shè)置測量控制網(wǎng)，采用全站儀進(jìn)行測量施工控制，根據(jù)設(shè)計(jì)坡比精確放樣出路基邊坡開挖輪廓，用白石灰畫出輪廓線。邊坡控制放樣精度，經(jīng)監(jiān)理人員確認(rèn)后進(jìn)行下一步工作。

33.s2.上坡道修筑

34.上坡道修筑的目的是運(yùn)輸鑿除的砟石，順著開挖路基左側(cè)邊坡修筑。上坡道拆除與本層土石方開挖同步進(jìn)行，拆除時(shí)要注意修整路基邊坡、滿足設(shè)計(jì)要求。

35.施工放樣：根據(jù)現(xiàn)場情況增設(shè)必要的導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)復(fù)核設(shè)計(jì)橫斷面。再放出便道中線、坡腳、邊溝等位置。

36.清表：便道路基施工前，清除施工范圍內(nèi)的樹木及原地面以下20cm內(nèi)的草皮和表土。對妨礙視線、影響行車的樹木等，在施工前進(jìn)行砍伐或移植及清理。清除下來的垃圾、廢料及不適用材料和樹木等。

37.石方開挖：按照方案從上而下、從東而西分層分級開挖。

38.便道填筑：填筑便道采用現(xiàn)場開挖的石方，用挖機(jī)裝車翻運(yùn)，分層填筑，裝載機(jī)整平攤鋪，灑水車灑水，壓路機(jī)碾壓密實(shí)，對于機(jī)械不能到達(dá)或使用的地方，使用打夯機(jī)進(jìn)行基底夯實(shí)。

39.排水設(shè)施：便道兩側(cè)排水溝的施工根據(jù)實(shí)際地形將排水溝導(dǎo)入當(dāng)?shù)厮疁希_保便道不積水，排水溝不存水，對于邊坡表面排水，設(shè)置邊溝集中引到臨時(shí)排水溝。排水溝采用土溝型式，寬50cm，深50cm，縱坡與路基縱坡一致，內(nèi)側(cè)與便道緊密銜接。

40.s3.機(jī)械鑿除開挖

41.在開挖前，使用gps測量出紅線用地界及開挖邊坡，清除山體樹木，修建上坡道，根據(jù)設(shè)計(jì)要求開挖修建截水溝，并將山頂水匯流到山下自然排水溝中，做好截水溝和新邊坡的防護(hù)，在截水溝的外側(cè)，清除五米范圍內(nèi)松石和危石。機(jī)械鑿除開挖方法適用于強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化、節(jié)理發(fā)育的圍巖使用，自卸汽車運(yùn)輸。

42.機(jī)械鑿除時(shí)按每層4～5m高度從上向下分層開挖，開挖時(shí)由內(nèi)而外，縱向開挖，由山體內(nèi)側(cè)向既有高速基邊坡順序開挖。

43.s4.液壓破碎錘破碎施工

44.液壓巖石破碎錘破碎施工時(shí)，將液壓巖石破碎錘的釬桿壓在巖石上，并保持一定壓力后開動(dòng)破碎錘，利用破碎錘的沖擊力，將巖石破碎。

45.破碎錘破碎巖體時(shí)必須嚴(yán)格按照坡比進(jìn)行破碎，不允許出現(xiàn)虧坡或坡比過大的情況出現(xiàn)，第一級施工平臺上的巖層破到位將坡面修正平整后，進(jìn)行下一施工平臺巖體的破碎施工。

46.破碎錘破碎時(shí)挖機(jī)配合，清除破碎巖體，并將已破碎的巖體打堆裝車，運(yùn)輸車輛采用自卸車，運(yùn)至指定地點(diǎn)，直至該段路基坡面成型并且路基標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

47.s5.路基邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測

48.對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測監(jiān)控，實(shí)施動(dòng)態(tài)施工，確保安全、快速的施工；評價(jià)邊坡施工及其使用過程中邊坡的穩(wěn)定性，并作出有關(guān)預(yù)測預(yù)報(bào)，提供預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，合理采用和調(diào)整有關(guān)施工工藝和步驟，取得最佳經(jīng)濟(jì)效益；為防止滑坡及可能的滑動(dòng)和蠕變提供及時(shí)技術(shù)數(shù)據(jù)支持，預(yù)測和預(yù)報(bào)滑坡的邊界條件、規(guī)模滑動(dòng)方向及危害程度等，并及時(shí)采取措施，以盡量避免和減輕災(zāi)害損失；根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果檢驗(yàn)和評價(jià)邊坡的穩(wěn)定性，為邊坡支護(hù)工程的維護(hù)提供依據(jù)。

49.監(jiān)測項(xiàng)目

50.檢測項(xiàng)目詳見表1：

51.表1監(jiān)測項(xiàng)目表

[0052][0053]

監(jiān)測內(nèi)容

[0054]

監(jiān)測內(nèi)容為人工巡視、裂縫觀測、坡面觀測、沉降觀測和水平位移觀測。

[0055]

人工巡視和裂縫觀測：人工巡視是一項(xiàng)經(jīng)常性的工作，安排專人堅(jiān)持每天進(jìn)行巡視。當(dāng)坡體表面發(fā)現(xiàn)裂縫時(shí)，通過觀測裂縫的變化過程和變化規(guī)律來分析坡體的變形情況和破壞趨勢。

[0056]

坡面觀測：坡面的變形觀測是指在平臺上設(shè)置坡面變形觀測點(diǎn)，利用全站儀進(jìn)行觀測，采用直角坐標(biāo)法量測。通過數(shù)據(jù)處理分析，分析坡面幾何外觀的變化情況，繪制坡面各點(diǎn)在施工過程中的水平位移變化情況，從而了解邊坡滑動(dòng)范圍和滑動(dòng)情況，提供預(yù)警信息，它是一種簡單，直接的宏觀監(jiān)測方法。

[0057]

沉降觀測和水平位移觀測：沉降觀測主要通過埋設(shè)沉降板觀測沉降情況，通過數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)施工；水平位移觀測主要為地面水平位移，采用位移邊樁觀測。

[0058]

既有高速公路右幅邊坡也按上述內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測。

[0059]

監(jiān)測技術(shù)要求

[0060]

人工巡視

[0061]

巡視檢查是邊坡監(jiān)測工作的主要內(nèi)容，它不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，而且能系統(tǒng)地記錄、描述邊坡施工和周邊環(huán)境變化過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)被揭露的不利地質(zhì)狀況。施工期間項(xiàng)目部每天安排專人進(jìn)行巡視，施工結(jié)束后，每十天巡視一次。巡視的主要內(nèi)容包括：

[0062]

表2人工巡視內(nèi)容表

[0063]

序號主要巡視內(nèi)容1邊坡地表有無新裂縫、坍塌發(fā)生，原有裂縫有無擴(kuò)大、延伸2地表有無隆起或下陷，滑坡體后緣有無裂縫，前緣有無剪口出現(xiàn)，局部楔形體有無滑動(dòng)現(xiàn)象3排水溝、截水溝是否暢通、排水孔是否正常4擋墻基礎(chǔ)是否出現(xiàn)架空現(xiàn)象，原有空隙有無擴(kuò)大5有無新的地下水露頭，原有的滲水量和水質(zhì)是否正常

[0064]

1)裂縫監(jiān)測

[0065]

表3裂縫監(jiān)測內(nèi)容表

[0066][0067][0068]

坡面觀測

[0069]

采用方格形網(wǎng)絡(luò)，從坡頂向兩邊按約8-10m的間距，布設(shè)三行，縱向沿寧合高速方向從中心往兩側(cè)30-50m布五列，共15個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，對可能形成的滑動(dòng)帶、重點(diǎn)監(jiān)測部位加深加密布點(diǎn)。當(dāng)同一邊坡上有深層位移觀測點(diǎn)時(shí)，坡面上其中一條縱向觀測線與深層位移觀測點(diǎn)在同一直線上，以便觀測數(shù)據(jù)的相互驗(yàn)證和對比分析。

[0070]

監(jiān)測點(diǎn)在挖除表土后鉆孔埋埋設(shè)一根鋼筋，鋼筋頭伸出底盤約0.5cm，鋼筋頂端設(shè)標(biāo)記作為監(jiān)測基點(diǎn)。坡體上的監(jiān)測點(diǎn)同樣按照上述方法埋設(shè)。觀測點(diǎn)埋設(shè)完畢后，穩(wěn)定2-3天之后再進(jìn)行初測。也可利用利用穩(wěn)固石塊作為觀測標(biāo)記代替觀測樁。監(jiān)測基點(diǎn)設(shè)置在穩(wěn)定的區(qū)域并遠(yuǎn)離監(jiān)測坡體，避免在松動(dòng)的表層上設(shè)點(diǎn)。測點(diǎn)埋設(shè)在邊坡開挖前完成。

[0071]

沉降觀測和水平位移觀測

[0072]

沉降觀測采用沉降板，沉降板底槽平整，其下鋪設(shè)60cm

×

60cm的砂墊層，沉降板的金屬測桿套管和接駁的垂直偏差率不大于1.5％，每斷面按設(shè)計(jì)分左中右安置沉降板。水平位移觀測采用位移邊樁，位移邊樁埋設(shè)在路堤兩側(cè)趾部，每側(cè)2個(gè)。50～100米設(shè)置一監(jiān)測斷面，在潛在沉降和位移較大地段加密設(shè)置監(jiān)測斷面。

[0073]

監(jiān)測頻率：

[0074]

測點(diǎn)埋設(shè)后即開始監(jiān)測，監(jiān)測過程持續(xù)到巖石路基開挖完工后3個(gè)月，無明顯位移即可結(jié)束，監(jiān)測頻率按下表控制，變形量增大和變形速度加快時(shí)加大監(jiān)測頻率。

[0075]

表4監(jiān)測頻率表

[0076][0077]

進(jìn)一步地，本實(shí)施例所述的改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法，在施工過程中還需要進(jìn)行安全防護(hù)：

[0078]

安全防護(hù)是巖石路塹機(jī)械鑿除開挖的安全管控重點(diǎn)，不但要考慮到機(jī)械設(shè)備相互之間的安全距離，同時(shí)要兼顧緊鄰的既有高速安全運(yùn)行，本施工工法將安全防護(hù)共分為三級防護(hù)。

[0079]

第1級防護(hù)：機(jī)械鑿除開挖從內(nèi)側(cè)開始，沿道路行車方向縱向開挖，預(yù)留塊石擋墻部分。開挖漿砌塊石擋墻時(shí)機(jī)械站在開挖完成的工作面內(nèi)挖除松石后慢慢鑿除，且隨開挖逐步挖除。同時(shí)安排專人指揮看管，坡上坡下無線對講機(jī)聯(lián)系，固定人員隨時(shí)清理；有大塊落石危險(xiǎn)時(shí)安排專人清除，防止小飛石或塊石濺落公路、危及行車安全。

[0080]

在鑿除塊石擋墻時(shí)，采取如下措施：

[0081]

用水馬封閉既有高速一個(gè)車道，進(jìn)行交通導(dǎo)改，可使行車盡可能遠(yuǎn)離施工區(qū)域；

[0082]

首次開挖預(yù)留擋墻時(shí)，用尼龍網(wǎng)將塊石擋墻覆蓋,在挖除時(shí),與塊石擋墻同時(shí)挖下，防止?jié)L石落下，后續(xù)開挖時(shí)，若滾石在可控范圍，則可取消尼龍網(wǎng)覆蓋。

[0083]

第2級防護(hù)：利用老路邊溝防護(hù)，可有效緩沖落石，方便落石清理。

[0084]

利用老路邊溝防護(hù)，可有效緩沖落石，方便落石清理。老路基邊溝平均溝高1～1.2m、寬2.5～2.8m、底寬1.2～1.25m，坡腳到邊溝路側(cè)一邊寬4m。老路側(cè)邊溝即可做為落石緩沖區(qū)。

[0085]

第3級防護(hù)：利用老路護(hù)欄加裝防護(hù)。

[0086]

在老路波形護(hù)欄的外側(cè)(邊溝側(cè))波形護(hù)欄立柱部位及立柱間安裝4m高、φ150鍍鋅鋼管立柱，間距2m，鋼管立柱用螺栓固定在波形護(hù)欄的立柱及路肩擋墻上，并與既有高速護(hù)欄立柱加焊，鋼管立柱的上中下部位與長3m寬250mm厚度為50mm的竹籬笆綁扎連接成一體；為保證護(hù)欄受滾石沖擊后的穩(wěn)定性(防止向高速側(cè)傾倒)，在老路邊坡或擋墻上(標(biāo)高為護(hù)欄頂部下返1m)處打入一根深2m的砂漿錨桿與的拉筋焊接。防護(hù)里程為左幅k21+515～+715、k22+146～+546段兩段共計(jì)600米，防護(hù)護(hù)欄在高速公路側(cè)用綠網(wǎng)貼面保證高速行車面美觀。

[0087]

其他措施：在鑿除塊石擋墻時(shí)，用水馬封閉既有高速一個(gè)車道，進(jìn)行交通導(dǎo)改，可使行車盡可能遠(yuǎn)離施工區(qū)域。

[0088]

既有高速路側(cè)防護(hù)驗(yàn)算

[0089]

驗(yàn)算思路

[0090]

松動(dòng)的巖石從邊坡坡面上掉落下來，是修建公路市場遇到的一類工程問題，即常說的邊坡滾石問題，而滾石沖擊力是滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵荷載,目前國內(nèi)外尚無合理

的計(jì)算公式,影響了滾石防護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

[0091]

參閱《工程力學(xué)》期刊中“邊坡滾石的計(jì)算模型”和“滾石對防護(hù)結(jié)構(gòu)的沖擊力計(jì)算”等文章，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，對邊坡滾石防護(hù)的驗(yàn)算，首先要解決滾石運(yùn)動(dòng)的估算，在現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上估算滾石的飛落距離、飛行高度以及對防護(hù)結(jié)構(gòu)的撞擊能量大小等參數(shù)，為防護(hù)提供可靠的依據(jù)。

[0092]

將滾石簡化為球體在坡面上運(yùn)動(dòng)，其各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)過程均可以用基本的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理給出其運(yùn)動(dòng)速度，軌跡等.巖石路基開挖施工方案中，施工中的飛石已有控制措施，滾石在經(jīng)過前兩級的防護(hù)后飛落距離、飛行高度和撞擊能量都已經(jīng)得到控制和消耗，利用既有高速路側(cè)護(hù)欄加裝防護(hù)的驗(yàn)算在分析滾石具體運(yùn)動(dòng)形式的基礎(chǔ)上分析滾石的運(yùn)動(dòng)速度、計(jì)算撞擊能量與防護(hù)結(jié)構(gòu)中墊層彈塑體材料竹籬笆的沖擊壓力值比較，得出驗(yàn)算結(jié)論。

[0093]

驗(yàn)算過程

[0094]

滾石的運(yùn)動(dòng)速度

[0095]

開挖前邊坡的現(xiàn)場調(diào)查

[0096]

邊坡滾石，首先要滾石運(yùn)動(dòng)軌跡的估算，也就是滾石最終的運(yùn)動(dòng)速度及對防護(hù)結(jié)構(gòu)的撞擊能量等參數(shù)，從工程角度，忽略次要因素，為防護(hù)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

[0097]

1)邊坡滾石具體有四種運(yùn)動(dòng)形式：

[0098]

滾石的滑動(dòng)：v＝(2g*s*(sina-μcosα))^0.5

[0099]

式中g(shù)為重力加速度，可取9.8m/s2；μ為滑動(dòng)摩擦系數(shù)，可以參考經(jīng)驗(yàn)取值或現(xiàn)場做摩擦試驗(yàn)取值；s為滑動(dòng)距離，可根據(jù)邊坡的具體形狀確定，此處簡化為一個(gè)坡度為a的斜面。

[0100]

滾石與表面為塊碎石的平臺的滾動(dòng)摩擦系數(shù)的值在0.19～1.05之間，按長條形、方形、球形和薄片狀的順序逐漸減小。邊坡為漿砌片石，μ考慮取值0.19，滑動(dòng)距離s＝8

×

1.414＝11.3(m)。

[0101]

v1＝(2

×

9.8

×

11.3

×

(sin45

°?

0.19

×

cos45

°

))

0.5

＝11.26(m/s)

[0102]

滾石的自由飛落：或略空氣阻力，滾石在滑動(dòng)到截水溝平臺上方以后的運(yùn)動(dòng)在重力作用下，勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，自由飛落，可以看作簡單的拋體運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生新的入射速度：

[0103]

v2＝((v1sin45

°

)^2+(v1sin45

°

+g((xd-x)/(v1sin45

°

)))^0.5

[0104][0105]

滾石的碰撞彈跳；滾石的自由飛落遇到坡面便發(fā)生碰撞彈跳，將滾石的碰撞看作剛體碰撞，用恢復(fù)系數(shù)考慮碰撞過程中的能量消耗。

[0106]

v3x＝(rt*cosα^2-rn*sinα^2)*v2*sinα+(rt+rn)*sinα*cosα*v2*cosα

[0107]

v3y＝(rt*sinα^2-rn*cosα^2)*v2*cosα+(rt+rn)*sinα*cosαwv2*sinα

[0108]

計(jì)算可得：v3＝(v3x^2+v3y^2)^0.5＝39.84(m/s)

[0109]

滾石的滾動(dòng)：在這里的滾石的滾動(dòng)是指滾石貼著坡面的連續(xù)的小距離的彈跳，由動(dòng)態(tài)平衡可得：

[0110]

n-m*g*cosα＝0

[0111]

m*a＝m*g*sinα*f

[0112][0113]

由上式可得加速度：

[0114]

定義為滾石質(zhì)量和形狀的相關(guān)常數(shù)b，定義為滾動(dòng)摩擦系數(shù)μr，參閱《工程力學(xué)》期刊中多類型的邊坡滾石運(yùn)動(dòng)的計(jì)算模型現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，邊坡滾石的滾動(dòng)摩擦系數(shù)μr一般取值在0.3-1.0，此處計(jì)算取值0.3；滾石質(zhì)量和形狀的相關(guān)常數(shù)計(jì)算得0.99，則滾石的矢量位移：

[0115][0116]

v4＝((v3*sinα)^2+2b*cosα*(tanα-μr)*s＝39.78(m/s)

[0117]

滾石沖擊力

[0118]

滾石沖擊力的計(jì)算一般與動(dòng)量定理和能量公式有關(guān)，但是其中動(dòng)量定理的沖擊時(shí)間和能量定理中的做功位移都無法準(zhǔn)確獲取。時(shí)間或位移是通過撞擊物體與被撞物體相互作用的結(jié)果，由撞擊物體與被撞物體的物理特性決定，因此可以用撞擊物體與被撞物體的彈性模量和泊松比表示時(shí)間或位移。

[0119]

與沖擊力有關(guān)的變量因素：

[0120]

滾石沖擊力f

[0121]

滾石質(zhì)量m＝40kg(按40cm見方厚度15cm的片石體積為0.016m3計(jì)算)

[0122]

撞擊速度v＝39.78m/s(按上述最終撞擊速度v4取值)

[0123]

滾石彈性模量e1＝21163(按頁巖1.7319～2.1163

×

10^4，取21163)

[0124]

竹籬笆物體彈性模量e2＝6060(無具體參數(shù)，參照毛竹基體的抗拉彈性模量取值)

[0125]

撞擊方向與平面的夾角α＝45

°

[0126]

參閱《工程力學(xué)》期刊中介紹的邊坡滾石在近60個(gè)的現(xiàn)場試驗(yàn)的基礎(chǔ)上建議滾石的滾動(dòng)動(dòng)能取為平動(dòng)能的β＝0.1，在此考慮取β＝0.1。

[0127]

滾石沖擊力：

[0128]

f＝(0.261*β)*(e1*e2/(e1+2e2)v4*m2)^(1/3)*sinα^(1/2)＝546.47(kg)

[0129]

驗(yàn)算結(jié)論

[0130]

滾石下落對竹籬笆防護(hù)形成撞擊。若滾石對其沖擊力大小超過竹籬笆的強(qiáng)度，則將對竹籬笆防護(hù)造成破壞。

[0131]

參照毛竹纖維和毛竹基體的極限抗拉強(qiáng)度分別為547.68mpa和74.60mpa，取極限抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算竹籬笆的強(qiáng)度，按簡支結(jié)構(gòu)驗(yàn)算竹籬笆的撓度條件。

[0132]

單片竹籬笆寬b＝250mm，高h(yuǎn)＝50mm，長度l1＝3000mm，立柱跨度l2＝2000mm，計(jì)算得：

[0133]

截面抵抗矩：w＝b*h^2/6＝104.17cm3

[0134]

慣性矩：i＝b*h^3/12

[0135]

彎矩：m＝q*2^2/8＝2.7n/m

[0136]

則有：

[0137]

最不利的情況是滾石撞擊在最頂部的一片竹籬笆的中心位置集中荷載引起的撓度：(p*1000/2)*(l2*1000)^3/(48*e*i*10000)＝288.56(mm)。

[0138]

竹材的形變量非常小，彈性和韌性卻很高，順紋抗拉強(qiáng)度高，本方案中立柱間距2m，竹籬笆的長度是3m，每段搭接長度500mm，按經(jīng)驗(yàn)在最不利情況下的撓度是在可接受的范圍，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)證明與驗(yàn)算結(jié)果相吻合。

[0139]

需要說明的是，以上內(nèi)容僅僅說明了本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：s1. 測量放樣：利用在施工現(xiàn)場設(shè)置測量控制網(wǎng)，采用全站儀進(jìn)行測量施工控制，根據(jù)設(shè)計(jì)坡比精確放樣出路基邊坡開挖輪廓，用白石灰畫出輪廓線；s2. 上坡道修筑：上坡道修筑是用于運(yùn)輸鑿除的砟石，順著開挖路基左側(cè)邊坡修筑，上坡道修筑的過程中上坡道拆除與本層土石方開挖同步進(jìn)行，拆除時(shí)要同時(shí)修整路基邊坡、滿足設(shè)計(jì)要求；s3. 機(jī)械鑿除開挖：在開挖前，使用gps測量出紅線用地界及開挖邊坡，清除山體樹木，修建上坡道，根據(jù)設(shè)計(jì)要求開挖修建截水溝，并將山頂水匯流到山下自然排水溝中，做好截水溝和新邊坡的防護(hù)，在截水溝的外側(cè)，清除五米范圍內(nèi)松石和危石；機(jī)械鑿除時(shí)按每層4~5m高度從上向下分層開挖，開挖時(shí)由內(nèi)而外，縱向開挖，由山體內(nèi)側(cè)向既有高速基邊坡順序開挖；s4. 液壓破碎錘破碎施工：將液壓巖石破碎錘的釬桿壓在巖石上，利用破碎錘的沖擊力，將巖石破碎；第一級施工平臺上的巖層破到位將坡面修正平整后，進(jìn)行下一施工平臺巖體的破碎施工；破碎錘破碎時(shí)挖機(jī)配合，清除破碎巖體，并將已破碎的巖體打堆裝車，運(yùn)輸車輛采用自卸車，運(yùn)至指定地點(diǎn)，直至該段路基坡面成型并且路基標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求；s5. 路基邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測：檢測項(xiàng)目包括：位移及沉降監(jiān)測、裂縫觀測。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法，其特征在于，步驟s2所述上坡道修筑的具體方法包括如下步驟：s21. 施工放樣：根據(jù)現(xiàn)場情況增設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)復(fù)核設(shè)計(jì)橫斷面，再放出便道中線、坡腳、邊溝位置；s22. 清表：便道路基施工前，清除施工范圍內(nèi)的樹木及原地面以下20cm內(nèi)的草皮和表土；s23. 石方開挖：按照方案從上而下、從東而西分層分級開挖；s24. 便道填筑：填筑便道采用現(xiàn)場開挖的石方，用挖機(jī)裝車翻運(yùn)，分層填筑，裝載機(jī)整平攤鋪，灑水車灑水，壓路機(jī)碾壓密實(shí)，對于機(jī)械不能到達(dá)或使用的地方，使用打夯機(jī)進(jìn)行基底夯實(shí)；s25. 排水設(shè)施：便道兩側(cè)排水溝的施工根據(jù)實(shí)際地形將排水溝導(dǎo)入當(dāng)?shù)厮疁希_保便道不積水，排水溝不存水，對于邊坡表面排水，設(shè)置邊溝集中引到臨時(shí)排水溝；排水溝采用土溝型式，寬50cm，深50cm，縱坡與路基縱坡一致，內(nèi)側(cè)與便道緊密銜接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法，其特征在于，步驟s5所述位移及沉降監(jiān)測的監(jiān)測對象為邊坡坡頂，采用沖擊鉆孔埋設(shè)水平位移沉降一體化監(jiān)測點(diǎn)，從坡頂向兩邊按8-10m的間距、縱向從中心往兩側(cè)30-50m的間距布置監(jiān)測點(diǎn)；過埋設(shè)沉降板觀測沉降情況，通過數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)施工；水平位移觀測為地面水平位移，采用位移邊樁觀測。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法，其特征在于，步驟s5所述裂縫觀測的觀測位置為邊坡坡面，根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置觀測點(diǎn)對其統(tǒng)一編號，設(shè)置觀測標(biāo)志，人工巡視，以小鋼尺或游標(biāo)卡尺定期量測，當(dāng)坡體表面發(fā)現(xiàn)裂縫時(shí)，通過觀測裂縫的變化過程和變化規(guī)律來分析坡體的變形情況和破壞趨勢；坡面的變形觀測是指在平臺

上設(shè)置坡面變形觀測點(diǎn)，利用全站儀進(jìn)行觀測，采用直角坐標(biāo)法量測；通過數(shù)據(jù)處理分析，分析坡面幾何外觀的變化情況，繪制坡面各點(diǎn)在施工過程中的水平位移變化情況，從而了解邊坡滑動(dòng)范圍和滑動(dòng)情況，提供預(yù)警信息。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法，其特征在于，所述裂縫觀測的過程中根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置觀測點(diǎn)是人工巡視中在發(fā)現(xiàn)裂縫的位置埋設(shè)裂縫監(jiān)測點(diǎn)，邊坡在開挖過程中坡面沒有出現(xiàn)裂縫則此類測點(diǎn)無需布置；人工巡視發(fā)現(xiàn)裂縫及時(shí)埋設(shè)，測點(diǎn)間沿裂縫的間距以20~30m為宜，其方向平行滑坡的主滑方向或邊坡的位移方向；在裂縫的兩邊穩(wěn)定土體內(nèi)開挖一個(gè)a4紙平面大小的洞約50cm深，用混凝土澆注至地面高度，用兩塊長方形鐵片分別埋設(shè)在裂縫兩邊的混凝土內(nèi)，并使這兩塊鐵片在裂縫處互相搭接約50cm長，在搭接處用紅油漆涂色；如果裂縫變形增大，則在搭接處兩塊鐵板的紅油漆涂色處就會產(chǎn)生一個(gè)縫隙，用游標(biāo)卡尺測出這條縫隙的寬度數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)作為所測邊坡裂縫增加的寬度。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法，其特征在于，所述改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法還包括安全防護(hù)，所述安全防護(hù)供分為三級防護(hù)：第1級防護(hù)：機(jī)械鑿除開挖從內(nèi)側(cè)開始，沿道路行車方向縱向開挖，預(yù)留塊石擋墻部分，開挖漿砌塊石擋墻時(shí)機(jī)械站在開挖完成的工作面內(nèi)挖除松石后慢慢鑿除，且隨開挖逐步挖除；同時(shí)安排專人指揮看管；有大塊落石危險(xiǎn)時(shí)安排專人清除，防止小飛石或塊石濺落公路、危及行車安全；在鑿除塊石擋墻時(shí)，采取如下措施：用水馬封閉既有高速一個(gè)車道，進(jìn)行交通導(dǎo)改，使行車盡可能遠(yuǎn)離施工區(qū)域；首次開挖預(yù)留擋墻時(shí)，用尼龍網(wǎng)將塊石擋墻覆蓋，在挖除時(shí)，與塊石擋墻同時(shí)挖下，防止?jié)L石落下，后續(xù)開挖時(shí)，若滾石在可控范圍，則取消尼龍網(wǎng)覆蓋；第2級防護(hù)：利用老路邊溝防護(hù)，緩沖落石，方便落石清理；老路基邊溝平均溝高1~1.2m、寬2.5~2.8m、底寬1.2~1.25m，坡腳到邊溝路側(cè)一邊寬4m，老路側(cè)邊溝做為落石緩沖區(qū)；第3級防護(hù)：利用老路護(hù)欄加裝防護(hù)，在老路波形護(hù)欄的外側(cè)波形護(hù)欄立柱部位及立柱間安裝4m高、φ150鍍鋅鋼管立柱，間距2m，鋼管立柱用螺栓固定在波形護(hù)欄的立柱及路肩擋墻上，并與既有高速護(hù)欄立柱加焊，鋼管立柱的上中下部位與長3m寬250mm厚度為50mm的竹籬笆綁扎連接成一體；為保證護(hù)欄受滾石沖擊后的穩(wěn)定性，在老路邊坡或擋墻上標(biāo)高為護(hù)欄頂部下返1m處打入一根

?

22mm、深2m的砂漿錨桿與

?

10mm的拉筋焊接。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開一種改擴(kuò)建高速公路巖石路塹開挖機(jī)械鑿除方法，該方法包括如下步驟S1.測量放樣；S2.上坡道修筑；S3.機(jī)械鑿除開挖：在開挖前，使用GPS測量出紅線用地界及開挖邊坡，清除山體樹木，修建上坡道，根據(jù)設(shè)計(jì)要求開挖修建截水溝，并將山頂水匯流到山下自然排水溝中，做好截水溝和新邊坡的防護(hù)，在截水溝的外側(cè)，清除五米范圍內(nèi)松石和危石；機(jī)械鑿除時(shí)按每層4~5m高度從上向下分層開挖，開挖時(shí)由內(nèi)而外，縱向開挖，由山體內(nèi)側(cè)向既有高速基邊坡順序開挖；S4.液壓破碎錘破碎施工；S5.路基邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測。本發(fā)明的方法整個(gè)過程連續(xù)、高效、安全、可靠?？煽俊?br />
技術(shù)研發(fā)人員：榮萬疆 鄭悍東 薛國輝

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國化學(xué)工程第十四建設(shè)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.03.31

技術(shù)公布日：2022/6/24