段寒风 胥 悦 阮小龙 汪 杰 李 佳

(1.西华大学建筑与土木工程学院，四川 成都 610039； 2.攀枝花学院土木与建筑工程学院，四川 攀枝花 617000)

山地抗落石廊道系统的设计概述

段寒风1胥 悦1阮小龙2汪 杰2李 佳2

(1.西华大学建筑与土木工程学院，四川 成都 610039； 2.攀枝花学院土木与建筑工程学院，四川 攀枝花 617000)

针对地震灾害多发地区边坡结构不稳定，边坡上的碎石、土块滚落的情况进行了分析，提出了使用边坡防护加廊道抵抗的联合系统，阐述了保证山地地区道路行驶安全的措施，以预防落石造成的灾害。

落石，边坡防护，廊道，消能措施

0 引言

中国西南地区山地较多，伴随着该地区经济的发展和资源的开发，老旧的公路铁路等交通道路已经难以满足需求，追求更加便利的交通必不可免，因为地质结构的原因，四川、云南等省份的许多地区地震灾害较为频繁，除了导致直接的经济、物质损失之外，还造成该地区山地土石结构的变化，从而导致一系列的地震次生灾害。因为地震造成的边坡结构不稳定，山地区域的道路经常要面临附近边坡上的碎石、土块突然滚落的情况，由于重力加速度的作用，下落石接触地面时速度很快，动能极大，另外道路上的车辆本身拥有一定的速度，一旦被落石砸中，极其容易造成不可挽回的悲剧。

例如，2014年7月23日傍晚，高海公路往海口方向8 km处距离晖湾收费站1 km路段，发生山体掉落滚石事故，部分落石损坏了路面和护栏，所幸没有人员伤亡。

由图1可以看出，落石对路面造成了极大的伤害，如果砸中过往车辆，将会造成不可挽回的悲剧。

1 问题分析

事实上，通过理论计算可以发现，落石在重力加速的作用下，抵达路面时速度十分惊人，此时落石给予下方物体的荷载并非等于物体的重力大小，而是远远超出其重力。

具体关系为重力G乘以动荷载系数kd。其中kd的计算如式(1)所示：

(1)

式中：h——落石自由落体的高度；

dst——落石静载时下方物体表面下沉位移。

由式(1)可以发现kd随着落石下落高度的增加而变大，随着下方物体的刚度增大而增大。实验和计算表明，该系数通常可以达到20～30，甚至可以更大。

2 解决方案

要解决该问题，首先就要对相应的边坡进行加固处理，防止边坡滑动和滚下落石。但是即使采用了抗滑桩、锚索、格构加固、注浆加固等加固形式，仍然不可避免的会出现局部地段有落石砸落到底面的情况，这些落石虽然通常体积较小，但是由于动荷载系数的关系，仍然对地面建筑和车辆有很大的破坏力。

为了解决这个问题，就有必要建造抗落石廊道，对下方的道路和车辆起到保护作用，抗落石廊道不同于一般意义上的廊道，与旨在保护环境的生态廊道和单纯为了美化风景的景观廊道不同，抗落石廊道的设计重点在于使其拥有优越的力学性能，在保证下部空间不阻碍车辆通行的前提下，廊道结构要能够承受足够的荷载并且位移变形在可接受范围内。所以此处的抗落石廊道结构属于大跨度空间结构，大跨度空间结构是评价一个国家建筑水平的重要标准。跨度大就会造成荷载不能直接传递到基础上，结构要承受更大的弯矩，使得结构的承载力降低。抗落石廊道的设计就必须要解决大跨度空间结构满足大跨度同时还要求高承载力的矛盾。

要达到这个效果，可以从三个方面来进行处理：

首先，对容易发生落石危害的路段边坡进行特别加固，目前常用的有削坡卸荷、压坡脚、坡面防护、抗滑桩、锚杆、预应力锚索、锚固洞、排水、挡墙、综合加固法等方法。

其次，要合理选择廊道侧面曲线，抗落石廊道属于大跨度空间结构，同时要保证上部可以承受主要荷载，就必须需求该廊道的结构具有很好的荷载传递能力，将上部的荷载传导到公路的地面，这类受力情况类似于桥梁的受力情况，但是在公路正中建造支柱不但影响美观，更重要的是会占用公路的可使用空间，所以要保证上述的功能，最合适的廊道结构应该是拱结构(拱结构特点说明)。除此以外，还要通过实验和设计选择合适的横截面，需要对矩形、工字形、T形、箱形和双箱形截面等截面进行比较，选择最适用的截面,其分析结果不作赘述。这种结构设计使得该结构不但拥有承载巨大上部荷载的能力，同时刚度也要足够大，否则过大的位移会导致过往民众心理上产生压力，同样不利于行车安全。

最后，单纯的加强廊道结构本身的承载能力毕竟成本较高，所以需要在廊道顶部设立消能措施，如果能够大幅度减小落石抵达廊道顶部的动能，就可以进一步加强廊道的承载能力。具体思路是在廊道顶部铺设弹性材料，使得落石在接触廊道顶部后受到顶部材料变形产生的阻力，根据动量守衡，Ft=mv，在落石质量和速度一定的情况下，因为缓冲过程使二者接触时间t增加，最后施加在廊道顶部的力可以大大减小，避免瞬间承受冲击荷载过大，大幅提升了廊道的安全性。

3 结语

综上，要保证山地地区道路行驶安全，要从以下三个方面进行努力：

1)对容易发生落石危害的路段边坡进行特别加固；

2)合理设计廊道的结构，特别是廊道侧面及截面的选择，保证廊道既有较大的强度，又有足够的刚度；

3)在廊道顶部加设消能、缓冲构件。

[1] 徐本安.材料力学[M].上海：上海交通大学出版社，1982.

[2] 丁 俊.西南地区地质灾害调查工作的思考[J].沉积与特提斯地质，2006,26(3)：16-17.

[3] 张博庭.西南地质灾害高发区水电站建设安全性研究[J].水力发电,2009,35(5):6-14.

Overview on the design of mountainous anti-rockfall gallery system

Duan Hanfeng1Xu Yue1Ruan Xiaolong2Wang Jie2Li Jia2

(1.CollegeofBuilding&CivilEngineering,XihuaUniversity,Chengdu610039,China;2.CollegeofCivil&BuildingEngineering,PanzhihuaCollege,Panzhihua617000,China)

The paper analyzes slope structure instability, slope gravel and soil falling conditions in frequently-occurring earthquake area, puts forward joint system of combining slope protection and gallery resistance, and describes measures of guaranteeing driving safety on mountainous road, so as to prevent rockfall disaster.

rockfall, slope protection, gallery, energy-dissipating measures

2015-05-25

段寒风(1992- )，男，在读硕士； 胥 悦(1986- )，男，在读硕士； 阮小龙(1987- )，男，助教； 汪 杰(1988- )，男，助教； 李 佳(1987- )，女，助教

1009-6825(2015)22-0149-02

U412.37

A