边坡柔性防护系统在工程中的应用与研究

2013-08-29周思全

交通科技 2013年4期

胡超阮昆周思全张恒

（1.湖北武警水电第六支队宜昌 443133；2.中国人民解放军95338部队衡阳 421009；3.武汉理工大学交通学院武汉 430063）

目前，柔性防护体系（safety netting system SNS）［1］已成功应用于国内公路、铁路、机场和市政工程坡面防护，特别适应于整体稳定性较好但有落石或小型坍落可能存在的高、陡、碎石坡面的防护加固，可以在不破坏环境坡面的条件下进行防治。

结合广陕高速公路中边坡防护工程，根据国内边坡治理的实践经验，对SNS的设计机理和与其他边坡防护措施进行对比分析。

1 工程概况

广陕高速公路位于四川盆地北部边缘山地与四川盆地交界位置，行政区划上属四川省广元市利州区及朝天区，路线起点位于川陕交界处的棋盘关，止于广元市陵江。由北向南，依次为构造侵蚀溶蚀中山、低山区及构造侵蚀丘陵区。

沿线危岩主要分布在楼房沟至瓷窑铺沿嘉陵江的陡斜坡段，受既有二专路开挖扰动，部分表层岩块已经发生卸荷松动，特别是雨季，二专路路面上时有崩落石块堆积，该段危岩处治工程已纳入二专路边坡防护项目。另外K19＋450～K22＋050段陡坡上也有危石零星分布。

根据危岩的规模、类型及与路线关系等情况，设计施工上采取清除、支撑、嵌补等措施。柔性防护体系作为一种新方法，被广泛应用于广陕高速公路的边坡防护中，对边坡的稳定性起了巨大的作用。

2 边坡柔性防护体系概述

2.1 边坡柔性防护体系的工作机理

柔性防护系统SNS分为主动防护和被动防护2种方式。

（1）主动防护系统。它是利用高强度钢丝绳网系统和柔性锚杆对山体进行预应力加固，通过锚杆和支撑绳以固定方式将钢绳网盖在坡面上。其柔性特征能使系统将局部体中下滑力向四周均匀传递以充分发挥整个系统的防护能力，从而使系统能承受较大的下滑力，同时它与三维植被网一样与植物配套实现植物防护，使植物根系的固土作用与坡面防护系统结为一体，实现最佳边坡防护和环保。见图1。

图1 主动防护系统

（2）被动防护系统。它是利用高强度钢丝绳柔性网墙，对山体滑坡产生的石块、土体等进行拦截和堆存。由钢绳网、固定系统、减压环和钢柱4部分组成。适用于岩体交互发育、坡面整体性差，有岩崩可能的高路堑边坡。当落石冲击拦石网时，其冲击力通过网的柔性得以首先消散，并将剩余荷载从冲击点向绳网系统周边逐级加载，最终传到锚固基岩和地层，且由锚杆及其基础承受的最终剩余荷载已达很小的程度。见图2。

图2 被动防护系统

2.2 边坡柔性防护体系的应用及控制要点

以钢丝绳网为主要构成特征的柔性防护系统，主要用于岩体交互发育、坡面整体性差，有岩崩可能的高路堑边坡。也可以用于一般边坡的崩坍、坍塌、落石、坍滑、风化剥落、碎落和泥石流等以坡面或浅层破坏为特征的坡面地质灾害，以及雪崩、岸坡冲刷、爆破飞石、坠物等危害防护中。

在国外这些用途都有应用，比如日本的富士山旅游公路边坡大量使用了边坡柔性防护系统来控制边坡表面火山堆的松散残迹物的塌落、运动和保护游人的安全。但是在国内迄今为止边坡柔性防护系统还主要用作危岩和崩坍落石地质灾害的防护。

柔性防护体系属于工厂化生产，模块化安装。控制要点主要有：做好地质调研工作，施工前做好技术交底和安全交底，施工中控制钻孔位置、钻孔深度、锚固作业、张拉施工等质量要点，确保产品质量。

3 边坡柔性防护与其他防护措施对比分析

山区公路建设会造成大量的裸露土质边坡和岩石边坡，改变了原有的地貌和应力状态，使得一些边坡的稳定性发生了改变，原有的生态系统遭到破坏，导致了严重的水土流失和环境失衡问题，为了保证边坡的稳定和保护生态环境，人们采用了各种各样的边坡防护方法［2］。传统的护坡工程一般以水泥、石料、混凝土等硬性材料为主要建材，在设计上从力学的角度去思考边坡稳定，通常都以安全为优先考虑，对施工便捷性、经济性，及对生态环境的保护考虑较少。主（被）动防护网防护系统作为新型边坡防护的方法之一，在国内的公路、铁路、矿山、水电站和旅游景区应用广泛。主（被）动防护网防护系统和其他防护方式相比，在特定环境下设计、施工、经济效益、环保效益方面也具有很多优点，下面从设计施工等方面进行对比分析。

3.1 设计方面

主动防护系统适用于岩体严重破碎经常出现崩塌、落石、风化剥落和碎落的边坡面，优点是施工快捷，寿命耐久，能最大限度地保护原生态环境；被动防护系统适用于岩体交互发育、坡面整体性差，有岩崩可能的高路堑边坡，以及泥石流、雪崩易发生的山谷，其优点是安装方便，抗冲击性强［3］。

而传统的防护方式中，浆砌片石防护主要适用于坡度不高的土质边坡，缺点是施工后无法修复边坡的生态，使边坡的原有生态被完全破坏；喷混类防护施工方便，但混凝土适用率低，原有生态环境完全破坏；挡土墙防护适用于一般地区、浸水地区和路肩、路堤和路堑等支挡工程，但圬工体积较大，完全无法绿化；锚固类防护主要适用范围广，效果较好，但工期较长，造价较高。

3.2 施工方面

在坡面破碎，有大量的浮土浮石或水敏性较高的岩石存在时，护面结构与坡面的粘结强度难以保证，即使完工初期能实现良好的粘结，但随着水的渗入和分离作用，护面层最终可能成为与坡面分离的覆盖壳，从而可能因局部载荷或位移产生二次破坏。大量可见的浆砌片石护坡的局部垮塌、喷混凝土的局部剥落以及业界对喷混凝土护坡结构寿命的重新认识，都证明了传统的护面防护体系存在的上述技术缺陷［4］。

此外浆砌片石护坡，对坡面平整条件要求较高并对边坡高度有所限制，为此常常需要采取开挖或清理的方式来平整边坡，并采取分台阶开挖方式来降低单级护坡结构的高度以满足自身稳定的需要，从而必将带来开挖工程量的增加。

例一广陕高速K21＋912～K22＋036左侧陡坡防护主动防护网施工与锚杆框架加固施工对比，此处宽124m，高21.75m，见表1。

表1 主动防护与锚杆加固施工对比表

由表1可见，对于同一边坡防护工程，在采用主动防护网和锚杆加固都适用的情况下，采用主动防护方式所需要的人工、机械设备、材料均少于锚杆加固方式，在施工工期上，主动防护网施工也体现出较大的优势。

传统的拦石结构常见于铁路系统，常采用浆砌片石拦石墙和废旧钢轨或型钢栅栏形式，前者能实现较高的防冲击能力，后者虽较经济但防护能力很小，效果较差。落石危害的主要特征是具有强大的动力冲击破坏作用，以刚性结构去抵抗动力冲击，从原理上就存在事倍功半的弊端，其结果是必须在落石危害的陡坡上建立庞大的拦石结构，为此要寻找并开挖庞大的基础，要搬运大量的建筑材料，工程进度缓慢，劳动力巨大，施工安全程度低，施工干扰大，甚至可能因此而使防护结构成为人为的落石来源。

例二广陕高速K21＋160～K21＋220左侧被动防护网施工与砌石防护相对比，工程宽60 m，高8m。见表2。

表2 被动防护与砌石防护施工对比表

由表2可见，对于同类防护工程，在采用被动防护网和砌石防护都适用的情况下，采用被动防护方式所需要的机械设备、材料均多于其他形式方式，但在施工工期上，被动防护网施工体现出较大的优势。

例三广陕高速K15＋263～K15＋350段被动防护网施工与泥石流拦阻坝挡墙施工对比，工程每组宽12m，高5.5m，共6组，间距15m，交错布置，见表3。

表3 被动防护与挡土墙施工对比表

由表3可见，对于同类防护工程，在采用被动防护网和拦阻坝都适用的情况下，采用被动防护方式所需要的人工、机械设备、材料均多于片石混凝土挡墙，但在施工工期上，被动防护网施工体现出较大的优势。

3.3 其他方面

（1）经济效益。按照上述条件及环境施工，通过对比边坡在采用柔性防护系统施工和其他防护施工的费用可以看出，采用柔性防护系统施工费用仅为砌石防护、挡土墙等传统防护方式施工的60%左右，边坡防护施工费用将大大减少。

（2）环保效果。锚喷护坡、浆砌片石和挡土墙其封闭特征导致坡面植被和植物生长条件破坏，个别工程甚至会影响区域的生态平衡，而且其灰色单调的冷面孔所带来的视觉效果极差。柔性防护系统对行车视觉干扰少，不破坏坡体原有的稳定性，能最大限度地保留原来的植被，开挖的路堑边坡也较容易实施绿化。采用主动网与绿化配置方式展开施工，与锚固防护＋正六边形空心砖相结合的绿化方式相比，施工快捷，经济［5］。

通过研究可以得出柔性防护体系在一定条件下相比其他防护方式有施工快速、地形匹配度高、经济效果好等诸多优点，同时柔性防护体系与高速公路沿线生态防护及绿化结合起来，可达到公路景观与沿线自然环境和谐、美观的效果。