SNS柔性防護(hù)技術(shù)在公路邊坡防護(hù)中的應(yīng)用與展望

馮根裕

(臨海市公路管理段)

1 SNS柔性防護(hù)作用原理

1.1 SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)

主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)主要由錨桿、支撐繩、格柵網(wǎng)、鋼繩網(wǎng)組成，通過(guò)固定在錨桿或支撐繩上施以一定預(yù)緊力的鋼絲繩網(wǎng)對(duì)整個(gè)邊坡形成連續(xù)支撐，其預(yù)緊力作業(yè)使系統(tǒng)緊貼坡面并形成阻止局部巖土體移動(dòng)或在發(fā)生較小移動(dòng)后，將其裹縛于原位附近，從而實(shí)現(xiàn)其主動(dòng)防護(hù)功能，該系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是對(duì)坡面形態(tài)無(wú)特殊要求，不破壞或改變?cè)械牡孛残螒B(tài)和植被生長(zhǎng)條件。能廣泛用于非開(kāi)挖自然邊坡和人工邊坡，對(duì)破碎坡體淺表層防護(hù)效果良好。系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖1。

圖1 SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)示意圖

1.2 SNS被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)

被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)是一種能攔截和堆存落石的柔性攔石網(wǎng)，其顯著特點(diǎn)是系統(tǒng)的柔性和強(qiáng)度足以吸收和分散所承受的落石沖擊動(dòng)能并使系統(tǒng)受到的損傷趨于最小，改變傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)為高強(qiáng)度柔性結(jié)構(gòu)。它以落石所具有沖擊動(dòng)能這一綜合參數(shù)作為最主要設(shè)計(jì)參數(shù)，能對(duì)高達(dá)5000 kJ的高能級(jí)沖擊動(dòng)能進(jìn)行有效防護(hù)，能在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)彈性范圍內(nèi)安全的吸收落石的沖擊動(dòng)能并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)的變形能而加以消散，與落石在防護(hù)網(wǎng)上的沖擊點(diǎn)位無(wú)關(guān)。該系統(tǒng)由鋼絲繩網(wǎng)(和鐵絲格柵)、固定系統(tǒng)(由拉錨、基座、支撐繩組成)、減壓環(huán)、鋼柱4個(gè)主要部分組成。系統(tǒng)的柔性主要來(lái)自鋼絲繩網(wǎng)、支撐繩、減壓環(huán)等結(jié)構(gòu)。減壓環(huán)是迄今為止所能實(shí)現(xiàn)的最簡(jiǎn)單而有效的消能元件。系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖2。

圖2 SNS被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)示意圖

2 SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)分類與選型布置

2.1 SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)分類

主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)按其防護(hù)功能、防護(hù)能力和結(jié)構(gòu)形式的不同分為2類9種形式(見(jiàn)表1)。該系統(tǒng)以坡面錨固形式和固定方式作為基本的選型設(shè)計(jì)。

2.2 SNS被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)分類

被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)根據(jù)其防護(hù)能量和結(jié)構(gòu)形式的不同分為4類11個(gè)級(jí)別(詳見(jiàn)圖3)。

表1 SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)分類

圖3 SNS被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)分類橫斷面示意及其標(biāo)準(zhǔn)能級(jí)

2.3 SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的選型與布置

當(dāng)通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較確定采用主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)后，進(jìn)一步的設(shè)計(jì)工作就是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和防護(hù)要求設(shè)計(jì)確定不同的系統(tǒng)型號(hào)和布置參數(shù)，并由此進(jìn)行相應(yīng)的材料配置。其具體的選型可根據(jù)表1進(jìn)行。其基本原則是:當(dāng)危石塊徑較大(一般超過(guò)30cm)或落石塊徑小于30cm但數(shù)量較多時(shí)，應(yīng)采用帶鋼絲繩網(wǎng)的主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，若坡面還存在小粒徑危石或有抑制水土流失要求時(shí)，還應(yīng)增加一層格柵網(wǎng);而對(duì)危石塊徑較小或目的在于抑制水土流失的坡面，則宜采用格柵網(wǎng)系統(tǒng)。當(dāng)對(duì)坡面有加固要求即需要抑制崩塌落石的發(fā)生時(shí)，應(yīng)采用系統(tǒng)錨固的具有加固作用的主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和防護(hù)及環(huán)境要求，設(shè)計(jì)考慮綠化措施;而在允許崩塌落石發(fā)生但需限制其運(yùn)動(dòng)范圍時(shí)，則可采用不具加固作用的主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)(主-被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng))。柔性網(wǎng)與危石或坡面間依靠錨桿來(lái)實(shí)現(xiàn)力的傳遞，因此錨固設(shè)計(jì)極為重要。

2.4 SNS被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的選型與布置

不同型號(hào)被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)是:落石彈跳高度和落石動(dòng)能。這些參數(shù)可根據(jù)條件通過(guò)理論模擬計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定，并由此選擇系統(tǒng)的防護(hù)能級(jí)和高度。由于崩塌落石的復(fù)雜性和隨機(jī)性，所有方法確定的落石運(yùn)動(dòng)參數(shù)都不可能是精確的，因此設(shè)計(jì)選型存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，要降低這種風(fēng)險(xiǎn)，就必須通過(guò)增加投資來(lái)提高防護(hù)水平，這就存在一個(gè)既節(jié)省投資又能將風(fēng)險(xiǎn)降至最低的經(jīng)驗(yàn)確定問(wèn)題，即尋求一個(gè)最佳平衡點(diǎn)的問(wèn)題。

3 SNS柔性防護(hù)施工要點(diǎn)

3.1 SNS主動(dòng)防護(hù)施工工序

坡面清理→搭設(shè)坡面腳手架→定錨孔→鉆鑿錨孔→錨桿安裝與注漿→鋪掛格柵網(wǎng)→錨桿漿體養(yǎng)護(hù)→支撐繩安裝與張拉→鋼繩網(wǎng)鋪掛與縫合

3.2 SNS被動(dòng)防護(hù)施工工序

錨桿及基座定位→基坑開(kāi)挖與混凝土灌注→錨桿造孔與安裝注漿→鋼柱、拉錨繩、減壓環(huán)安裝與調(diào)試→支撐繩、減壓環(huán)安裝與調(diào)試→鋼繩網(wǎng)的鋪掛與縫合→格柵網(wǎng)的鋪掛。

4 SNS柔性防護(hù)技術(shù)若干問(wèn)題的實(shí)踐與討論

4.1 SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)的有效壽命

SNS柔性防護(hù)的有效壽命是所有業(yè)主和工程技術(shù)人員最為關(guān)心的問(wèn)題，因此在SNS柔性防護(hù)的主要構(gòu)件——鋼絲繩錨桿、縱橫向支撐繩、鋼絲繩網(wǎng)和縫合繩均采用鋼絲強(qiáng)度不小于1 770MPa的高強(qiáng)度繩，并采用(含SNS所有產(chǎn)品和構(gòu)件)不低于AB級(jí)的熱鍍鋅進(jìn)行防腐處理，從而確保防護(hù)系統(tǒng)的有效壽命達(dá)50年。

4.2 SNS防護(hù)系統(tǒng)邊坡防排水問(wèn)題

(1)護(hù)面結(jié)構(gòu)與坡面的粘結(jié)強(qiáng)度難以保證;

(2)即使完工初期防護(hù)體與坡面能實(shí)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”，從而可能因局部荷載或位移而破壞，逐漸削弱或喪失防護(hù)功能;

(3)在隔離地表水下滲方面，封閉體系的作用只是相對(duì)的。地表水完全可以從未封閉的臨近區(qū)域以地下水的形式進(jìn)入封閉防護(hù)區(qū)域。而且由于地下水的原始自然排泄通道被封隔破壞，一旦封閉結(jié)構(gòu)中預(yù)設(shè)的排水孔存在施工質(zhì)量問(wèn)題或被地下水?dāng)y帶物所堵塞，將導(dǎo)致坡體內(nèi)地下水壓力增高從而惡化邊坡穩(wěn)定性或?qū)е路忾]式護(hù)坡結(jié)構(gòu)的破壞。

5 SNS柔性防護(hù)工程的成功應(yīng)用與展望

(1)充分利用柔性材料的易鋪展性和高防沖擊能力，通過(guò)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)形成了適應(yīng)各類坡面地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化和最優(yōu)化，并便于工程質(zhì)量控制和工程量的準(zhǔn)確計(jì)量;

(2)充分利用高強(qiáng)金屬材料的質(zhì)輕和易加工的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輕型化、部件的工廠化生產(chǎn)和積木式部件安裝，以最短的工期和較少的勞動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)施工安裝和維護(hù)的簡(jiǎn)單快捷化，并最大限度地適應(yīng)各種復(fù)雜的地形地貌環(huán)境，避免或盡可能降低因開(kāi)挖所造成的環(huán)境破壞和對(duì)邊坡穩(wěn)定性的危害，以及其他作業(yè)和周邊交通設(shè)施及構(gòu)建筑物的正常運(yùn)營(yíng)的干擾，可以同步或超前于土石方主體開(kāi)挖工程的施工，既能實(shí)現(xiàn)逆作法施工或平行作業(yè);

(3)充分利用系統(tǒng)的開(kāi)放性來(lái)減少系統(tǒng)的視覺(jué)干擾和保護(hù)原有植被及其生長(zhǎng)條件，并給實(shí)施人工綠化提供了可能，以利用植物根系的護(hù)坡加固作用和綠色植物的環(huán)境綠化美化功能，將工程治理與環(huán)境保護(hù)和改造融為一體;可以實(shí)現(xiàn)該技術(shù)與厚層基材(TBS)植被護(hù)坡、液力噴播等邊坡綠化技術(shù)完美結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡的防護(hù)和美化;

(4)該技術(shù)與預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)錨桿、錨索等加固技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，對(duì)各類人工和非人工高陡邊坡的加固作用顯著，并具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

綜上所述，SNS柔性防護(hù)技術(shù)正在悄悄地引導(dǎo)著邊坡防護(hù)技術(shù)的革新和轉(zhuǎn)變，并必將在邊坡防護(hù)中占有重要位置。