SNS柔性防护系统在某公路土质边坡维护中的应用研究

(1.成都理工大学 工程技术学院资源勘查与土木工程系，四川 乐山 614000； 2.成都理工大学 工程技术学院基础教学部，四川 乐山 614000 )

1 概述

当前，我国公路边坡防护工程采用柔性防护技术常用的有3类措施[1]：一类是采用生物防护，比如种草、种树等；另一类是综合防护技术，即采用生物与三维植被网；还有一类是采用钢丝绳网为关键组成部分进行防护。这三类柔性防护技术在防护方面、景观方面以及经济方面都有较好的效果，但是生物防护技术存在较大的缺点，一是生物生长早期其根系发展较慢，不能快速和表层土壤连接充沛，构成抵挡雨水冲击的防护面；二是生物防护边坡容易在降雨及冰雪融水的影响下在地表流动产生凹沟，所以在生物柔性防护技术之后逐步创新出综合防护技术和钢绳网防护。这两类防护措施在技术方面已经很成熟。

SNS柔性网防护系统采用钢丝绳网为关键组成部分对坡面地质灾害进行预防治理，该系统是瑞士布鲁克公司研发出来，引进我国后运用到公路边坡防护工程[2]。和刚性防护系统相比较，SNS柔性网防护系统拥有特有的技术革新优点，和山区公路设计新思想相符。本文结合某公路建设情况，对SNS柔性防护系统在某公路土质边坡维护中的应用进行了研究。

2 工程概况

某高速公路起点桩号是K26+000，终点桩号是K81+485.45，路线全长55.527 km，属于重丘山区高速公路。岩土质边坡整体较为稳固，其表层岩土体出现破裂，主要是爆破开挖完成以后没有清理坡面，而且遭受应力作用和雨水冲击，造成边坡部分地方表层土成块掉落。

按照岩土质的范围和路线的关系等状况，设计施工上使用清除、支撑、嵌补等方法。SNS柔性防护系统被普遍运用到此高速公路的土质边坡维护中，增强了边坡的稳定性。

3 SNS柔性防护网分类和工作原理分析

3.1 SNS柔性防护网分类

根据工作原理、目标，SNS柔性防护网分成主动防护和被动防护[3]。

主动防护是把SNS柔性防护网遮盖或者裹住路基边坡坡面，对坡面疏松、坍塌、滑落的岩石体、土体进行约束，防止进一步毁坏，或者把落石限定在固定的活动范围，不使其滚落。主动防护大多在陡崖、陡坡等坡面防护中使用，如图1所示[4]。

被动防护是在公路两侧的斜坡上设置一张或者多张钢丝绳网与菱形格网构成的综合防护网，像护栏一样放置在边坡的某个地方，用于拦住滚落的岩石，为公路的安全行驶提供保障。被动防护大多在坡度不大的山崖、斜坡等坡面防护中使用，如图2所示[5]。

图1 SNS主动防护示意图Figure 1 SNS active protection diagram

图2 SNS被动防护示意图Figure 2 SNS passive protection diagram

3.2 SNS柔性防护网工作原理分析

疏松、坍塌、滑落的岩石体、土体冲撞SNS柔性防护网时，柔性防护网使冲击力减速，经由锚绳传输，最后传至锚固基础及稳定地层。按照能量定律，SNS柔性防护网能够承担的能量和能量作用时间有关，刚性结构系统不易变形，冲撞相接时间少，形成的冲击力比较大；柔性结构系统和落石、落土冲撞相接时间多，在同样的冲撞情况下，形成的冲击力小，而且SNS柔性防护系统把局部聚集力往周围均等传输，使得冲击力分散，如图3所示。

图3 抗冲击能力对比示意图Figure 3 Comparison of impact resistance

4 SNS柔性防护系统与其他防护措施对比分析

山区公路修建容易使较多的土质边坡暴露在外，原来的地貌以及边坡的应力状态发生变化，原来的生态环境遭受损坏，造成水土流失，生态平衡被打破，为保障边坡的稳定性，维护生态环境，人们使用了多种多样的边坡防护措施[2]。传统的护坡工程多用水泥、混凝土、碎石等，设计方面以力学为出发点来考虑边坡的稳定性，多以安全性作为评判指标，很少考量施工是否快捷、实惠以及环保。柔性防护网防护系统与其他防护措施比较，同样的条件下，在设计上、施工上、经济性和环保性等方面存在很大优势，接下来分别进行剖析。

4.1 设计方面

主动防护系统多用在岩体破裂、崩落、风化程度处于强风化或者全风化阶段的边坡面，而且施工便捷，使用年限长，维护原来的生态系统；被动防护系统多用在岩体交互发展、整个坡面稳定性不好、或许会发生岩体崩塌的高路堑边坡，和容易出现泥石流、雪体崩塌的山谷，具有安装便利、抵抗冲撞能力强的优势[11]。

在传统防护措施中，浆砌片石防护多用在坡度低的土质边坡，存在原来的生态环境被毁坏而不能复原的缺陷；喷浆或者喷射混凝土防护措施施工便捷，而实际使用混凝土比较少，原来的生态环境被毁坏，不能复原；挡土墙防护多用在支挡工程中，但是圬工体积大，不能种植树木；锚固类防护可以用于各种类型边坡防护工程，防护成效良好，但是施工工期久，资金投入高。

4.2 施工方面

浆砌片石护坡经常出现局部坍塌，喷混凝土护坡出现局部脱落等现象证实了传统防护措施有不足之处[12]。另外，浆砌片石护坡需要坡面比较平坦，且边坡不能过高，因此，通常为符合边坡的稳定性利用开挖措施以减少单机边坡坡高，进而工程量增大。

a.案例一。

某高速公路K36+215～K36+339左边土质高边坡，存在坡面局部破裂、尘土飞扬等现象，因此防护采用主动防护，并与锚杆加固防护措施进行对比分析，该处宽为118 m，高为20.18 m，如表1所示。

表1 主动防护和锚杆加固施工对比表Table1 Comparisontableofactiveprotectionandpolereinforcementconstruction项目主动防护措施锚杆加固措施生产所需主要人工钻孔工8人、注浆工4人、架子工8人、挂网工10人、杂工4人、安全员2人、技术员1人,共37人钻孔工8人、注浆工4人、钢筋工8人、模板工8人、电焊工4人、架子工8人、杂工8人、安全员2人、技术员1人,共51人施工需要的机械设备锚杆钻机4台、空压机4台、便携式注浆泵2台、砂浆搅拌机2台、卷扬机4台锚杆钻机4台、空压机4台、便携式注浆泵2台、砂浆搅拌机2台、卷扬机4台、电焊机4台、钢筋切割机1台、钢筋弯曲机1台、振捣棒2台施工用材料脚手架、钢绳锚杆、钢丝绳网、格栅网等脚手架、压力注浆锚杆、钢筋、砂浆、混凝土、模板等完成所需工期/d6090

从表1中可以看出，相同的边坡防护工程，既可以使用主动防护措施又可以使用锚杆加固措施的条件下，使用主动防护措施在人工、设备、施工材料和工期方面都比锚杆加固措施小。

b.案例二。

某高速公路K47+915～K48+150，工程宽为65 m，高为8.5 m，坡面清理后，存在局部破裂、尘土飞扬等现象，但是坡脚为桥梁结构，为了保护桥墩，采用被动防护，并和砌石防护进行对比分析，见表2。

表2 被动防护与砌石防护施工对比表Table2 Passiveprotectionandmasonryprotectionconstructioncomparisontable项目被动防护方式砌石防护生产所需主要人工钻孔工4人、注浆工2人、挂网工6人、杂工8人、安全员2人、技术员1人,共23人石匠12人、杂工8人、安全员2人、技术员1人,共23人施工需要的机械设备锚杆钻机2台、空压机2台、注浆泵2台、砂浆搅拌机2台手推车4台施工用材料脚手架、钢绳锚杆、钢丝绳网、格栅网、立柱、拉绳、支撑绳砂浆、片石、块石、预制混凝土块完成所需工期/d2040

从表2可以看出，相同的边坡防护工程，既可以使用被动防护措施又可以使用砌石防护措施的条件下，被动防护措施在设备和施工材料用量上都比砌石防护大，但是施工工期是砌石防护的一半，是一个很大的优点。

4.3 其他方面

a.经济性。从上文柔性防护措施与其他防护措施的比较中得出结论，使用柔性防护技术在施工花费方面大约是砌石防护这类传统防护措施施工花费的60%，很大程度上降低了边坡防护工程所需的费用。

b.环保性。锚喷防护边坡、挡土墙防护边坡以及浆砌片石防护边坡将坡面全覆盖，造成坡面植被生存环境毁坏，生态系统平衡被打破，且颜色比较单一，灰色带给人们的视觉体验非常差。柔性防护系统不扰乱驾驶员视线，不对坡体施工前的稳定性造成损害，能够将绝大部分原来的植被存活下来，开挖的路堑边坡也可以种植植被。使用主动柔性防护网同时种植植被的防护措施，和锚杆加固同时使用正六边形空心砖种植植被的防护措施比较，前者施工工期短且经济[13]。

在特定的施工环境下，和其他防护措施相比，SNS柔性防护系统存在施工快捷、地形地貌符合度高、经济效益好等优势，而且SNS柔性防护系统和高速公路两侧边坡生态防护以及绿化联系在一起，使得公路景色和沿途自然风光更为协调、秀美。

5 结论

SNS柔性防护系统在重丘山区高速公路土质边坡维护中使用，弥补了传统防护措施存在的缺陷，SNS柔性防护系统对公路安全有保障，且施工快捷规范、能保护生态环境，其防护理念以及设计思想得到了业界的认可。与传统的浆砌片石、锚杆加固、挡土墙等刚性防护措施比较，SNS柔性防护系统不但拥有传统防护技术的预防治理作用，而且可以预防治理坡面常见地质灾害。SNS柔性防护系统秉承“以柔制刚”的理念达到“事倍功半”效益，是一种施工便捷、资金投入相对少、对已有公路以及周边建筑物扰动相对小，对危险落石落土有阻拦作用的新方法。