边坡治理工程中材料运输方式探讨*

2022-09-14叶建军王冠海周鑫隆

现代矿业 2022年8期

叶建军刘迪李虎王冠海王鑫周鑫隆

（1.湖北工业大学土木建筑与环境学院；2.中铁十六局集团第一工程有限公司）

由于边坡类型、所处环境和护坡目的不同，以及人们生态环保意识的不断发展，导致边坡治理技术不断演进和发展。到目前为止，衍生出种类繁多的边坡治理技术和边坡工程材料。在确定边坡治理技术（工法）后，如何结合边坡具体情况，确定合适的材料运输方案，将边坡工程材料安全、高效且经济地从堆场运送至坡面是边坡治理工程中的关键。

边坡工程中材料从堆场运送至坡面的运输距离虽然较短，但受边坡条件、材料类型等因素影响，选择最优运输方案是个难题，对整个边坡工程有较大影响，如施工进度、施工安全性、施工成本等。何玉［1］根据向家坝水电站高陡边坡的特点设计了简易滑道运输系统；谭文俊等［2］根据长河坝水电站边坡设计了一种材料运输滑道；中铁十七局发明了高边坡小车运输系统［3］。显然，从施工安全、施工效率、工程经济因素等方面考虑，单一的运输方式不能解决所有边坡治理工程中边坡材料运输问题。对于一个具体的边坡工程，如何在种类繁多的运输方式中选择并制定方案是一个难题。因此，有必要对材料从堆场运送至坡面的运输方式进行系统性地分析整理，并提出运输方案优选方法。

1 边坡治理工程常见材料及运输模式

1.1 治理技术及材料

目前边坡治理工程主要分为2类：传统护坡和生态护坡。传统护坡一般以水泥、钢筋、混凝土等硬性材料为主要建材，通过构筑特定护坡结构，实现边坡防护目的。传统护坡可分为坡面防护和支挡结构防护两大类，其中支挡结构防护较常见［4］。传统支挡结构有锚杆挡墙、双排桩与悬臂式挡墙、土钉墙等［5］。近年来有许多新开发的支护技术在实际工程中得到运用，如桩—梁—锚复合式边坡支护结构.、组合式弯曲钢筋土钉墙、框架结构式挡土墙、椅式门架支护结构等［6］。传统的护坡工程只注重边坡的稳定性和安全性，忽略了对生态环境、景观的影响，已经越来越不能满足人们对工程建设的生态环保要求。

近年来随着人们环保意识的增强，技术研究人员研发了许多既能起到边坡支护效果，又能改善工程环境、恢复工程周边生态环境的生态护坡技术，如蜂巢格室技术、湿喷植被混凝土生态护坡技术、水平篱笆拦土生态护坡结构、植生毯护坡技术、框格梁生态护坡技术、生态袋和植生袋防护技术、三维植被固土网垫护坡等，针对河岸两边边坡的治理还有水上湿喷技术，如船上湿喷植被混凝土技术等［7-8］。

上述边坡治理技术中，传统护坡常用的材料有钢筋、锚杆、块石、混凝土、铁丝网等，生态护坡常用的材料有土工格室、植被混凝土、生态砖、装有充填物的植生袋、树苗等。通过对边坡治理技术及材料种类进行分析整理，将边坡工程材料归纳为固体和流体2类。材料分类见图1。

1.2 常见运输模式

在实际工程中，由于工程场地情况各不相同，如材料堆场距离施工坡面远近不同、边坡工程材料种类不同、坡底或边坡上有无道路等，故在施工前应选择合适的运输模式。经过对常见的工程情况进行分析，可归纳出以下几种运输模式。

（1）堆场至坡面一次运输模式（图2）。该类情况材料堆场距离坡面较近，可直接将材料从堆场运送至坡面；可运输线状材料、网片状材料、块状材料和植物类材料。

（2）临时堆场至坡面运输模式（图3）。该类情况材料堆场距离坡面较远，无法直接运输至坡面，需要将材料运输至临时停放点再转运至坡面。可运输线状材料、网片状材料、块状材料、小粒径散粒体类材料和植物类材料，通过吊车、汽车等将材料运送至坡顶或坡面平台等可临时堆放材料的地点，再通过装载机、人工等方式转运至坡面。

（3）结合喷射技术移动运输模式（图4）。该类情况材料堆场距离坡面较远，并且采用喷射护坡技术，通过车载或船载将喷播机运送至坡面下方，将材料喷射至坡面。该模式可运输小粒径的散粒体材料、黏稠（或较稀）的泥浆状材料。若采用车载喷播机方式，先将材料通过装载机等装入喷播机内拌合，然后用汽车将其运送至坡底，再使用高压喷枪将材料喷射至坡面。若采用船载喷播机方式，先将材料通过溜槽、管道等运送至坡底的喷播机内拌合，然后将船行驶至坡底，利用高压喷枪泵送方式将拌合好的材料喷射至坡面。

（4）结合喷射技术的固定运输模式（图5）。该类情况边坡周边不满足行车或行船条件，坡底有放置喷播机的空间，需要将喷播机移动至坡底进行分段喷播。可运输小粒径散粒体材料、黏稠（较稀）泥浆状材料，将材料通过装载机或人工搬运等方式运送至喷播机内拌合，若采用干喷技术，则使用空压机等设备通过管道将材料输送至坡面；若采用湿喷技术，则使用离心泵或柱塞泵利用高压喷枪将材料喷射至坡面，或通过管道输送至坡面。

（5）材料产地至坡面一次运输模式（图6）。该类情况所采用的边坡工程材料无法堆放或无堆放材料的场地，直接将材料从产地运输至坡面。可运输植物类、黏稠（较稀）泥浆状材料（如混凝土、砂浆等），将材料直接通过汽车、泵车等运输方式从产地运送至施工坡面。

2 运输方式梳理

经过对上述运输模式中常用的运输方式进行分析，将其概括归纳为两大类：移动运输和固定运输。边坡施工材料运输方式各不相同，根据不同施工环境采用适宜的运输方式，不仅能提升施工效率，还能降低施工成本。对此总结归纳出了新的边坡运输方式分类，如图7所示。

2.1 汽车运输

在上述运输模式（2）、（3）和（5）中常用到汽车运输方式，其适用于运输线状、网片状、块状、不定型袋装和小粒径散粒体材料。汽车运输有灵活性强、爬坡能力强等优点，常用于工程材料运输，其缺点是易受地形限制（需有行车道）和天气影响［9］。由于汽车类型较多，车身长度、载重、功率等各不相同，在实际工程中需根据现场情况选择合适的汽车类型。

在中大型边坡治理工程中大多都会修建马道，马道不仅能增加边坡的稳定性，还能提升材料运输的效率及施工安全系数。边坡治理工程中常见的马道为S形马道和平直马道，上下马道之间的高差为8～10 m，宽为2～5 m［10］，修建马道时需要考虑车辆的车身长度、转弯半径等因素，以满足汽车运输的条件。

在荆门碑凹山采石场排土场边坡生态修复工程中，边坡没有行车条件，施工人员通过勘察现场后采用自卸式卡车通过项目场地左侧的盘山公路，将客土运输至排土场边坡的坡顶并从坡顶向下倾倒，使客土覆盖在边坡表面。

2.2 吊车运输

在上述运输模式（1）和（2）中常用到吊车运输，其适用于块状、不定型袋装和小粒径散粒体材料。吊车可分为可移动式吊车和固定式吊车，汽车吊等移动式吊车的优势是方便灵活、转场快，但易受地形限制；固定式吊车优点是工作范围较大，但费用较高［11］。吊车最早应用于公路建设、房屋建设和桥梁等工程中，用于运输体积大且重的建筑材料，如上海南浦建设工程中采用吊车施工减少了工期［12］。随着边坡治理技术不断发展，吊车开始在边坡工程运用，徐云鹏在塔贝拉水电站边坡中采用吊车施工，为类似工程提供借鉴［13］。张爱军等提出了一种预制拼装格构梁吊装施工方法［14］，金玲玲等提出了一种装配式锚杆框格梁施工方法［15］，均采用吊车施工，吊车运输在边坡治理工程中越来越常见。

重庆市某高速路工程跨线桥段边坡采用框格梁客土植草技术，施工人员根据现场施工条件，发现边坡周边满足吊车运输条件，便采用吊车运输方式将客土、钢筋等材料运送至坡面，完成坡面施工。

2.3 人工搬运

在上述运输模式（1）、（2）和（3）中常用到人工搬运，其适用于较轻的线状、网片状材料和不定型袋装材料。人工搬运其适用于无法使用大型机械或运输车辆的工程。人工搬运常与其他运输方式组合运用，如与吊车运输、汽车运输等组合使用。人工搬运存在效率低、费用高、安全性低等缺点，建议多采用机械运输材料。

2.4 管道运输

在上述运输模式（3）、（4）和（5）中常用到管道运输，适用于运输小粒径散粒体材料和黏稠（或较稀）的泥浆状材料。管道运输最早于1957年在美国固本煤炭公司得到正式应用，我国研究人员于20 世纪80年代进行研究，并逐渐应用于矿山运输、边坡治理工程中［16］。其优点是简单方便、运输距离远、效率高等，受地形影响较小，适用于泥浆状流体或直径小于30 mm 的散体材料。但也存在以下缺点：①运输材料种类少；②管道运输配套设备移动不方便；③运输散粒体材料时会产生大量粉尘，施工环境较差；④运输泥浆状流体材料时容易出现堵管的情况。

管道运输常与喷射护坡绿化技术结合使用，喷射护坡绿化技术最早产生于英国和美国，20 世纪60年代传入日本并开始大规模开发应用，国内一些科研和施工单位于2000 年开始大规模开发专利技术，并应用于工程中。常见的管道运输方式有3种：①借助重力作用下（无动力）通过管道自上而下运输，应用较少；②利用空气压缩机等机械设备产生的脉冲气流将材料通过管道运输至坡面，在喷嘴处与水混合喷射至坡面，有干喷技术和潮喷技术［17］；③在离心泵、柱塞泵或活塞泵的作用下将材料通过管道运输至坡面，在湿喷技术中应用较多［18］。目前施工中常见的管道运输主要是后2种。

鄂州市某边坡生态修复工程由于边坡较低，修复面积较小，使用客土喷播干喷料均为粒径较小的散粒体，故施工人员根据现场条件，采用管道运输方式（利用空气压缩机等设备）运输材料，所使用具体流程为将各种施工材料混合后，利用GCY-12/10 型号的空气压缩机产生的风压，经软管将混合材料输送至坡面。

荆门碑凹山采石场排土场边坡生态修复工程中，由于边坡较高且修复面积较大，部分边坡角度较陡，接入管道后施工人员无法在坡面上进行施工作业。为了保证施工进度和工程质量，采用管道运输中的高压枪喷射方法，所用设备为YLKP-145型客土喷播机，将材料混合后通过高压喷枪喷射至坡面。

2.5 绞车（卷扬机）钢丝绳运输

在上述运输模式（1）和（2）中常用到绞车钢丝绳运输，适用于运输线状、块状、不定型袋装和小粒径散粒体材料。绞车钢丝绳优点是操作简单、移置方便，使用要求低，可与运输小车等可装载材料的容器结合运输材料，其缺点是不适合运输质量较大的物品，运输量较少且安全系数低［19］。轿车钢丝绳运输逐渐应用于陡峭边坡治理工程中，与新型护坡技术结合使用，如V形槽边坡修复技术，钻孔绿化技术等。近些年国内研究人员开发了许多新技术，如唐勇［20］以绞车钢丝绳为牵引结合料斗和轨道系统研发了一种新型运输技术，李彪等开发了一种滚筒式滑道运输技术［21］，史可欣发明了一种边坡施工用材料运输装置［22］。

荆门某边坡治理工程由于边坡高陡，且无法使用汽车或吊车运输。根据现场情况，施工人员采用绞车钢丝绳运输方式，不仅提升了运输效率，还提升了施工安全性。

范县至清丰县公路边坡治理项目使用浆砌石护坡技术，无法使用吊车等机械设备运输。由于块石质量较大，人工搬运效率低，存在安全隐患，故施工人员采用绞车钢丝绳牵引运输小车通过轨道将块石运输至坡面，在提升工作效率的同时也大大降低了运输中的安全隐患。

2.6 溜槽运输

在上述运输模式（3）和（5）中常用到溜槽运输，常用于材料的转运，适用于运输小粒径散粒体材料。溜槽通常指在地面上的从高处向低处运东西的槽，内面光滑，物料能自动溜下。其优点是操作简单、运输量大、花费较少，通常用于转运材料，与铲车、汽车等机械设备结合使用，其缺点是噪音较大、物料流动性较差。

鄂州花马湖水渠边坡生态修复一期工程使用植被混凝土技术对河岸两侧边坡进行治理，其所用材料为水泥等散体材料。材料堆放平台位于坡顶，边坡较陡且范围较大。施工人员采用溜槽运输，在坡面设置了一个U形输料槽，输料槽顶端与筛土设备连接，下游与客土喷播机连接，使材料靠重力作用从坡顶运输至坡底客土喷播机内。

2.7 皮带输送

在上述运输模式（1）和（2）中常用到皮带运输，适用于运输小粒径散粒体材料。皮带输送是一种利用皮带运输机将材料在一定输送线上运输的方式，其优点是输送量大、结构简单，缺点是受倾角约束大，存在皮带跑偏等问题［23］。国内学者对皮带运输中的常见问题进行了研究并提出解决措施，如加盼盼根据实际情况分析原因并提出了解决措施［24］。

鄂州花马湖水渠边坡生态修复一期工程使用植被混凝土技术对河岸两侧边坡进行治理，因所用客土颗粒不均匀，需要筛选出粒径符合要求的土颗粒后将再筛选后的客土放入溜槽口运送。由于溜槽口高度约为3 m，将土筛选后使用装载机运送效率慢且施工费高，所以采用皮带输送方式将客土运送至溜槽口，使用下部带有皮带输送装置的筛土机筛选过后经筛笼直接落在输送皮带上，再由皮带运输机向上运送至溜槽口，该方法大大提高了施工效率。

2.8 云梯上料车运输

在上述运输模式（1）和（2）中常用到云梯上料车运输，适用于运输块状、不定型袋装和小粒径散粒体材料。云梯上料车是一种可以向高空运输设备及工作材料的工具车，有着操作简单、方便快捷等优点，但运输量较小，运输高度有限（20 m 左右），常用于低边坡治理工程、低层建筑工程中的材料运输。使用云梯上料车运输材料时，边坡周围需有行车道路且有满足伸缩云梯展开的空间。

台前县某公路边坡治理工程采用土工布防护技术，边坡为低边坡且坡度较陡，工人不易在边坡上进行施工，故采用云梯上料车运输方式，将土工布和工人一同运送至坡面上，大大提高了施工效率和施工安全性。

3 运输方案选择

边坡治理工程中大多采用2 种以上运输方式运输基材，如何在众多运输方式中选择最优运输方案是目前需要解决的难题。运输模式指针对具体项目，组合多种运输方式形成的运输方案。在选择运输方式时，应遵循以下几个原则。

（1）安全性原则。选择护坡工程的材料运输方式，保证运输安全是首要原则，包括人身安全、工程材料的安全和机械设备的安全。在选择运输方式时，需要了解工程周边环境以及工程材料的类型，然后筛选出安全合理的运输方式。

（2）灵活性原则。运输方式灵活性主要体现在运输条件方面，运输方式的灵活性决定了运输效率。在选择运输方式时应尽可能选择灵活性好的运输方式，能够有效缩短工期。如汽车运输方式对线路要求不高，满足行车条件即可，受自然条件影响较小；溜槽运输主要通过重力运输材料，对坡度、材料类型有要求，灵活性较差。

（3）适用性原则。运输方式的适用性指运输方式适合运输材料类型的多少。生态护坡工程中采用的材料类型较多，需要根据实际情况选择适用于运输多种材料类型的运输方式，可有效提升运输效率。

（4）经济性原则。运输费用是影响整个生态护坡工程费用的一项重要因素，所以经济性原则是选择运输方式时需要遵循的主要原则。

为了选择合适的运输方案，提出了一种2阶段优选方法。第一阶段遵循运输方式选择原则，并考虑材料类型、运输条件（如边坡坡度，边坡高度，道路坡度、宽度、弯道半径、路面状况，运输距离，运输质量，运输成本，运输安全风险等因素），剔除明显不合适的运输方式（如管道运输方式明显不适用于固体材料、线状材料），剩下的运输方式为可用运输方式；第二阶段，对筛选出的运输方式采用加权评分法选出最优运输方案。

加权评分法的优点在于准确、定量且综合地比较不同方案之间的差别，是一种简单并且有效的方案优选方法。加权平分法主要有3个步骤。

（1）确定评价指标及重要度权数。评价指标的选取要能够准确、全面地反映方案的实用经济意义。评价指标的选取数量应适宜，太多或者太少不利于方案评选。评价指标的重要度权数可以邀请相关领域的多个专家进行集中评定，以确保其准确公正。

（2）对不同方案进行评分。在多方案的比较、评选中，对方案根据评价指标进行打分有利于对方案进行综合比较选优，可采用比例推算法、标准档级评分或相互比较评分法。

（3）计算各方案的评分权数和，选出最优方案。