邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用與研究

胡 超 阮 昆 周思全 張 恒

（1.湖北武警水電第六支隊 宜昌 443133；2.中國人民解放軍95338部隊 衡陽 421009；3.武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 武漢 430063）

目前，柔性防護(hù)體系（safety netting system SNS）［1］已成功應(yīng)用于國內(nèi)公路、鐵路、機(jī)場和市政工程坡面防護(hù)，特別適應(yīng)于整體穩(wěn)定性較好但有落石或小型坍落可能存在的高、陡、碎石坡面的防護(hù)加固，可以在不破壞環(huán)境坡面的條件下進(jìn)行防治。

結(jié)合廣陜高速公路中邊坡防護(hù)工程，根據(jù)國內(nèi)邊坡治理的實踐經(jīng)驗，對SNS的設(shè)計機(jī)理和與其他邊坡防護(hù)措施進(jìn)行對比分析。

1 工程概況

廣陜高速公路位于四川盆地北部邊緣山地與四川盆地交界位置，行政區(qū)劃上屬四川省廣元市利州區(qū)及朝天區(qū)，路線起點位于川陜交界處的棋盤關(guān)，止于廣元市陵江。由北向南，依次為構(gòu)造侵蝕溶蝕中山、低山區(qū)及構(gòu)造侵蝕丘陵區(qū)。

沿線危巖主要分布在樓房溝至瓷窯鋪沿嘉陵江的陡斜坡段，受既有二專路開挖擾動，部分表層巖塊已經(jīng)發(fā)生卸荷松動，特別是雨季，二專路路面上時有崩落石塊堆積，該段危巖處治工程已納入二專路邊坡防護(hù)項目。另外K19＋450～K22＋050段陡坡上也有危石零星分布。

根據(jù)危巖的規(guī)模、類型及與路線關(guān)系等情況，設(shè)計施工上采取清除、支撐、嵌補(bǔ)等措施。柔性防護(hù)體系作為一種新方法，被廣泛應(yīng)用于廣陜高速公路的邊坡防護(hù)中，對邊坡的穩(wěn)定性起了巨大的作用。

2 邊坡柔性防護(hù)體系概述

2.1 邊坡柔性防護(hù)體系的工作機(jī)理

柔性防護(hù)系統(tǒng)SNS分為主動防護(hù)和被動防護(hù)2種方式。

（1）主動防護(hù)系統(tǒng)。它是利用高強(qiáng)度鋼絲繩網(wǎng)系統(tǒng)和柔性錨桿對山體進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加固，通過錨桿和支撐繩以固定方式將鋼繩網(wǎng)蓋在坡面上。其柔性特征能使系統(tǒng)將局部體中下滑力向四周均勻傳遞以充分發(fā)揮整個系統(tǒng)的防護(hù)能力，從而使系統(tǒng)能承受較大的下滑力，同時它與三維植被網(wǎng)一樣與植物配套實現(xiàn)植物防護(hù)，使植物根系的固土作用與坡面防護(hù)系統(tǒng)結(jié)為一體，實現(xiàn)最佳邊坡防護(hù)和環(huán)保。見圖1。

圖1 主動防護(hù)系統(tǒng)

（2）被動防護(hù)系統(tǒng)。它是利用高強(qiáng)度鋼絲繩柔性網(wǎng)墻，對山體滑坡產(chǎn)生的石塊、土體等進(jìn)行攔截和堆存。由鋼繩網(wǎng)、固定系統(tǒng)、減壓環(huán)和鋼柱4部分組成。適用于巖體交互發(fā)育、坡面整體性差，有巖崩可能的高路塹邊坡。當(dāng)落石沖擊攔石網(wǎng)時，其沖擊力通過網(wǎng)的柔性得以首先消散，并將剩余荷載從沖擊點向繩網(wǎng)系統(tǒng)周邊逐級加載，最終傳到錨固基巖和地層，且由錨桿及其基礎(chǔ)承受的最終剩余荷載已達(dá)很小的程度。見圖2。

圖2 被動防護(hù)系統(tǒng)

2.2 邊坡柔性防護(hù)體系的應(yīng)用及控制要點

以鋼絲繩網(wǎng)為主要構(gòu)成特征的柔性防護(hù)系統(tǒng)，主要用于巖體交互發(fā)育、坡面整體性差，有巖崩可能的高路塹邊坡。也可以用于一般邊坡的崩坍、坍塌、落石、坍滑、風(fēng)化剝落、碎落和泥石流等以坡面或淺層破壞為特征的坡面地質(zhì)災(zāi)害，以及雪崩、岸坡沖刷、爆破飛石、墜物等危害防護(hù)中。

在國外這些用途都有應(yīng)用，比如日本的富士山旅游公路邊坡大量使用了邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)來控制邊坡表面火山堆的松散殘跡物的塌落、運(yùn)動和保護(hù)游人的安全。但是在國內(nèi)迄今為止邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)還主要用作危巖和崩坍落石地質(zhì)災(zāi)害的防護(hù)。

柔性防護(hù)體系屬于工廠化生產(chǎn)，模塊化安裝?？刂埔c主要有：做好地質(zhì)調(diào)研工作，施工前做好技術(shù)交底和安全交底，施工中控制鉆孔位置、鉆孔深度、錨固作業(yè)、張拉施工等質(zhì)量要點，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

3 邊坡柔性防護(hù)與其他防護(hù)措施對比分析

山區(qū)公路建設(shè)會造成大量的裸露土質(zhì)邊坡和巖石邊坡，改變了原有的地貌和應(yīng)力狀態(tài)，使得一些邊坡的穩(wěn)定性發(fā)生了改變，原有的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，導(dǎo)致了嚴(yán)重的水土流失和環(huán)境失衡問題，為了保證邊坡的穩(wěn)定和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，人們采用了各種各樣的邊坡防護(hù)方法［2］。傳統(tǒng)的護(hù)坡工程一般以水泥、石料、混凝土等硬性材料為主要建材，在設(shè)計上從力學(xué)的角度去思考邊坡穩(wěn)定，通常都以安全為優(yōu)先考慮，對施工便捷性、經(jīng)濟(jì)性，及對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)考慮較少。主（被）動防護(hù)網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)作為新型邊坡防護(hù)的方法之一，在國內(nèi)的公路、鐵路、礦山、水電站和旅游景區(qū)應(yīng)用廣泛。主（被）動防護(hù)網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)和其他防護(hù)方式相比，在特定環(huán)境下設(shè)計、施工、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益方面也具有很多優(yōu)點，下面從設(shè)計施工等方面進(jìn)行對比分析。

3.1 設(shè)計方面

主動防護(hù)系統(tǒng)適用于巖體嚴(yán)重破碎經(jīng)常出現(xiàn)崩塌、落石、風(fēng)化剝落和碎落的邊坡面，優(yōu)點是施工快捷，壽命耐久，能最大限度地保護(hù)原生態(tài)環(huán)境；被動防護(hù)系統(tǒng)適用于巖體交互發(fā)育、坡面整體性差，有巖崩可能的高路塹邊坡，以及泥石流、雪崩易發(fā)生的山谷，其優(yōu)點是安裝方便，抗沖擊性強(qiáng)［3］。

而傳統(tǒng)的防護(hù)方式中，漿砌片石防護(hù)主要適用于坡度不高的土質(zhì)邊坡，缺點是施工后無法修復(fù)邊坡的生態(tài)，使邊坡的原有生態(tài)被完全破壞；噴混類防護(hù)施工方便，但混凝土適用率低，原有生態(tài)環(huán)境完全破壞；擋土墻防護(hù)適用于一般地區(qū)、浸水地區(qū)和路肩、路堤和路塹等支擋工程，但圬工體積較大，完全無法綠化；錨固類防護(hù)主要適用范圍廣，效果較好，但工期較長，造價較高。

3.2 施工方面

在坡面破碎，有大量的浮土浮石或水敏性較高的巖石存在時，護(hù)面結(jié)構(gòu)與坡面的粘結(jié)強(qiáng)度難以保證，即使完工初期能實現(xiàn)良好的粘結(jié)，但隨著水的滲入和分離作用，護(hù)面層最終可能成為與坡面分離的覆蓋殼，從而可能因局部載荷或位移產(chǎn)生二次破壞。大量可見的漿砌片石護(hù)坡的局部垮塌、噴混凝土的局部剝落以及業(yè)界對噴混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)壽命的重新認(rèn)識，都證明了傳統(tǒng)的護(hù)面防護(hù)體系存在的上述技術(shù)缺陷［4］。

此外漿砌片石護(hù)坡，對坡面平整條件要求較高并對邊坡高度有所限制，為此常常需要采取開挖或清理的方式來平整邊坡，并采取分臺階開挖方式來降低單級護(hù)坡結(jié)構(gòu)的高度以滿足自身穩(wěn)定的需要，從而必將帶來開挖工程量的增加。

例一 廣陜高速K21＋912～K22＋036左側(cè)陡坡防護(hù)主動防護(hù)網(wǎng)施工與錨桿框架加固施工對比，此處寬124m，高21.75m，見表1。

表1 主動防護(hù)與錨桿加固施工對比表

由表1可見，對于同一邊坡防護(hù)工程，在采用主動防護(hù)網(wǎng)和錨桿加固都適用的情況下，采用主動防護(hù)方式所需要的人工、機(jī)械設(shè)備、材料均少于錨桿加固方式，在施工工期上，主動防護(hù)網(wǎng)施工也體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢。

傳統(tǒng)的攔石結(jié)構(gòu)常見于鐵路系統(tǒng)，常采用漿砌片石攔石墻和廢舊鋼軌或型鋼柵欄形式，前者能實現(xiàn)較高的防沖擊能力，后者雖較經(jīng)濟(jì)但防護(hù)能力很小，效果較差。落石危害的主要特征是具有強(qiáng)大的動力沖擊破壞作用，以剛性結(jié)構(gòu)去抵抗動力沖擊，從原理上就存在事倍功半的弊端，其結(jié)果是必須在落石危害的陡坡上建立龐大的攔石結(jié)構(gòu)，為此要尋找并開挖龐大的基礎(chǔ)，要搬運(yùn)大量的建筑材料，工程進(jìn)度緩慢，勞動力巨大，施工安全程度低，施工干擾大，甚至可能因此而使防護(hù)結(jié)構(gòu)成為人為的落石來源。

例二 廣陜高速K21＋160～K21＋220左側(cè)被動防護(hù)網(wǎng)施工與砌石防護(hù)相對比，工程寬60 m，高8m。見表2。

表2 被動防護(hù)與砌石防護(hù)施工對比表

由表2可見，對于同類防護(hù)工程，在采用被動防護(hù)網(wǎng)和砌石防護(hù)都適用的情況下，采用被動防護(hù)方式所需要的機(jī)械設(shè)備、材料均多于其他形式方式，但在施工工期上，被動防護(hù)網(wǎng)施工體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢。

例三 廣陜高速K15＋263～K15＋350段被動防護(hù)網(wǎng)施工與泥石流攔阻壩擋墻施工對比，工程每組寬12m，高5.5m，共6組，間距15m，交錯布置，見表3。

表3 被動防護(hù)與擋土墻施工對比表

由表3可見，對于同類防護(hù)工程，在采用被動防護(hù)網(wǎng)和攔阻壩都適用的情況下，采用被動防護(hù)方式所需要的人工、機(jī)械設(shè)備、材料均多于片石混凝土擋墻，但在施工工期上，被動防護(hù)網(wǎng)施工體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢。

3.3 其他方面

（1）經(jīng)濟(jì)效益。按照上述條件及環(huán)境施工，通過對比邊坡在采用柔性防護(hù)系統(tǒng)施工和其他防護(hù)施工的費(fèi)用可以看出，采用柔性防護(hù)系統(tǒng)施工費(fèi)用僅為砌石防護(hù)、擋土墻等傳統(tǒng)防護(hù)方式施工的60%左右，邊坡防護(hù)施工費(fèi)用將大大減少。

（2）環(huán)保效果。錨噴護(hù)坡、漿砌片石和擋土墻其封閉特征導(dǎo)致坡面植被和植物生長條件破壞，個別工程甚至?xí)绊憛^(qū)域的生態(tài)平衡，而且其灰色單調(diào)的冷面孔所帶來的視覺效果極差。柔性防護(hù)系統(tǒng)對行車視覺干擾少，不破壞坡體原有的穩(wěn)定性，能最大限度地保留原來的植被，開挖的路塹邊坡也較容易實施綠化。采用主動網(wǎng)與綠化配置方式展開施工，與錨固防護(hù)＋正六邊形空心磚相結(jié)合的綠化方式相比，施工快捷，經(jīng)濟(jì)［5］。

通過研究可以得出柔性防護(hù)體系在一定條件下相比其他防護(hù)方式有施工快速、地形匹配度高、經(jīng)濟(jì)效果好等諸多優(yōu)點，同時柔性防護(hù)體系與高速公路沿線生態(tài)防護(hù)及綠化結(jié)合起來，可達(dá)到公路景觀與沿線自然環(huán)境和諧、美觀的效果。

4 結(jié)語

在一般情況下，對于同一邊坡，使用柔性防護(hù)系統(tǒng)在施工、后期維護(hù)、成本控制和生態(tài)保護(hù)方面比使用其他防護(hù)形式具有較大的優(yōu)勢，有效性和實用性高，可以廣泛應(yīng)用，并且可以與高速公路沿線生態(tài)防護(hù)及綠化結(jié)合起來，達(dá)到公路景觀與沿線自然環(huán)境和諧、美觀的效果。

［1］鄭智能，凌天清，董 強(qiáng).邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)與技術(shù)［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報，2005（5）：78－81.

［2］陽友奎，周迎慶，姜瑞琪，等.坡面地質(zhì)災(zāi)害柔性防護(hù)技術(shù)的理論與實踐［M］.北京：科學(xué)出版社，2005.

［3］李學(xué)榮.SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)在危巖邊坡中的應(yīng)用［J］.長沙大學(xué)學(xué)報，2007（2）：50－53.

［4］賀詠梅，陽友奎.崩塌落石SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計選型與布置［J］.公路，2001（11）：14－19.

［5］交通部科技教育司.公路邊坡及其環(huán)境工程技術(shù)交流會論文集［M］.北京：人民交通出版社，2005.