主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)在山區(qū)公路邊坡災(zāi)害防治中的應(yīng)用研究

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(1.薊州區(qū)交通局,天津 薊州 301900; 2.天津市公路處，天津 300040)

主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)是利用鋼絲繩網(wǎng)包覆山體和鋼筋(鋼絲繩)錨桿錨固山體聯(lián)合作用的方法，對(duì)具有滑塌、落石風(fēng)險(xiǎn)的山區(qū)斜坡進(jìn)行坡面加固，減緩滾石滑落力度并縮小危活巖石滑落區(qū)間的圍巖防護(hù)技術(shù)。我國自1995年引入該技術(shù)應(yīng)用于山坡災(zāi)害防治以來，目前其以自身優(yōu)良的包絡(luò)穩(wěn)固能力、便捷的施工工藝、高效的防護(hù)效果、物美價(jià)廉的成本優(yōu)勢(shì)而備受公路、鐵路、電力、水利、市政建設(shè)者們所青睞，在山體防護(hù)、圍巖處治、防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域廣為應(yīng)用，收到了良好的防護(hù)整治效果，得到了業(yè)界的廣泛推崇和贊譽(yù)?？蒲腥藛T通過對(duì)山區(qū)公路斜坡防護(hù)工程實(shí)踐和摸索，探索出主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)在山區(qū)公路邊坡水毀防治施工中的控制措施及質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)在山區(qū)公路防災(zāi)工程中的推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

1 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)

SNS(Flexible Safety Netting System for Protection)主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)與支擋防護(hù)、噴錨防護(hù)等傳統(tǒng)工藝相比，具有如下不可比擬的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：

1) 該技術(shù)為柔性防護(hù)技術(shù)，其鋼絲繩網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有彎曲韌性高、繩網(wǎng)抗頂破強(qiáng)度大、覆裹鋪展性好等優(yōu)點(diǎn)，這些特性使其避免了傳統(tǒng)剛性防護(hù)設(shè)施裂變發(fā)現(xiàn)遲緩的弊端，將應(yīng)力聚變風(fēng)險(xiǎn)降到最低，提高了防護(hù)設(shè)施的安全保障系數(shù)。

2) 利于環(huán)境保護(hù)：主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)設(shè)置后較好地保留了受防護(hù)山體的原始地貌和植被情況，同時(shí)也便于客土噴播等綠化技術(shù)的同步實(shí)施，使主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)工藝收到了穩(wěn)固巖體和美化山體的雙贏效果，使山區(qū)生態(tài)環(huán)境得到有效的保護(hù)。

3) 防護(hù)壽命長(zhǎng)：SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)采用AB級(jí)以上(8 μm厚以上)熱浸鍍鋅工藝(鍍鋅量大于150 g/m2)進(jìn)行防腐處理，使其具有了耐酸、耐堿、抗氧化還原反應(yīng)等地質(zhì)、氣候環(huán)境侵蝕的能力，鋁制接頭套管編網(wǎng)閉合壓接工藝使柔性網(wǎng)系統(tǒng)具有較大的抗頂破能力，較好地適應(yīng)了山體自然條件的不利環(huán)境變化，使其抗老化、抗銹蝕腐化能力明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，大大延長(zhǎng)了工藝的防護(hù)壽命。經(jīng)試驗(yàn)論證表明其有效防護(hù)壽命往往可達(dá)到30～50 a。

4) 適應(yīng)地質(zhì)范圍廣：主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的柔韌彎曲性和裝配式作業(yè)方式，使其具備了對(duì)不同山體地況條件的適應(yīng)性。既不需要對(duì)山體原貌進(jìn)行大幅度的削坡開挖清整，也不需要對(duì)圍巖體進(jìn)行人工挪移清除，而只需根據(jù)原有坡體地形用鋼絲網(wǎng)和錨桿扣件進(jìn)行包覆錨固即可。隨坡就勢(shì)的柔性裝配特點(diǎn)降低了外界環(huán)境條件的干擾性，極大地維護(hù)了山體自然原貌和生態(tài)自然環(huán)境，具有較強(qiáng)的自然適應(yīng)性。

5) 施工便捷性：主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)作業(yè)無需大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行開挖移運(yùn)作業(yè)，只需操作人員在山坡完成鉆眼覆網(wǎng)錨固作業(yè)即可，其設(shè)備的輕便化、人員的精簡(jiǎn)化、裝配及固定材料的成品化都使整個(gè)安裝包覆過程顯得簡(jiǎn)便快捷，工程效率高，充分體現(xiàn)了其工藝的便捷性特點(diǎn)。

2 技術(shù)機(jī)理及流程

主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)在錨桿的錨固作用、鋼繩的預(yù)張拉伸作用及繩網(wǎng)的包絡(luò)作用下給山體施加了多方面的固位全應(yīng)力，對(duì)整個(gè)邊坡形成連續(xù)支撐。其預(yù)張拉作業(yè)增大了繩網(wǎng)對(duì)坡面的包裹應(yīng)力，使坡面松散巖塊被牢牢限定在繩網(wǎng)與坡面相貼的空隙范圍內(nèi)，阻止其下滑塌落的運(yùn)動(dòng)趨向，從而達(dá)到預(yù)防性防護(hù)的治理作用。松散石塊的下滑作用力在繩網(wǎng)張拉應(yīng)力、錨固應(yīng)力的綜合作用下得到消解、分化，并通過力在系統(tǒng)中的傳遞降低了單點(diǎn)應(yīng)力達(dá)到極限狀態(tài)的臨界風(fēng)險(xiǎn)，從而增大了整個(gè)系統(tǒng)的承受能力，進(jìn)而使系統(tǒng)的防護(hù)能力大大增強(qiáng)。同時(shí)其柔性開放的系統(tǒng)構(gòu)造使坡面水可以自由泄流，規(guī)避了雨水存積下滲導(dǎo)致的坡體軟化現(xiàn)象的發(fā)生，有效降低了邊坡受水侵蝕失穩(wěn)滑塌的機(jī)率。開放的網(wǎng)眼構(gòu)造為植物防護(hù)的實(shí)施提供了應(yīng)用空間，坡面植物生根固土效果進(jìn)一步加固了整個(gè)防護(hù)體系的穩(wěn)定性，達(dá)到防災(zāi)、環(huán)保的雙贏效果。

具體工藝步驟主要包含如下環(huán)節(jié)：清除需防護(hù)坡面上影響安裝施工的覆土及活石；依圖實(shí)地測(cè)定錨桿安設(shè)的具體孔位，并在滿足孔間距條件下盡量?jī)?yōu)先選在低凹處；完成錨孔鉆進(jìn)及孔洞清理工作，并確?？咨罘显O(shè)計(jì)要求；注漿并插入錨桿；進(jìn)行支撐繩安裝、預(yù)張拉伸作業(yè)，并以繩卡將其固定聯(lián)結(jié)在環(huán)套上；從上而下鋪掛鋼絲網(wǎng)；同步完成縫合繩安裝、拉伸及系統(tǒng)緊固作業(yè)。其工藝流程為：施工準(zhǔn)備→清除坡面危石→鉆孔→錨孔灌漿并插入錨桿→安裝鋼絲網(wǎng)及格柵網(wǎng)→鎖邊并拉緊錨桿。

3 試驗(yàn)段工程概況

梨木臺(tái)景觀路位于薊州下營(yíng)鎮(zhèn)船倉峪低山丘陵區(qū)，分屬黃崖關(guān)-常州村-赤霞峪崩滑流亞區(qū)范圍，公路東側(cè)山體多為IV-V類圍巖，山勢(shì)陡峻，地形切割強(qiáng)烈，山體坡度在40°～45°之間，區(qū)域穩(wěn)定性較差。巖性以長(zhǎng)城系石英砂巖和泥質(zhì)頁巖為主，下伏太古界變質(zhì)巖，巖石節(jié)理發(fā)育。東山山坡需防護(hù)坡形圖如圖1所示。

圖1 梨木臺(tái)東山需防護(hù)坡段原狀地貌圖

4 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)質(zhì)量控制體系

為確保主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工質(zhì)量得到有效保障，使柔性防護(hù)性能達(dá)到最佳狀態(tài)，研究人員從材料、工藝、過程三方面控制源入手，建立起嚴(yán)密科學(xué)的質(zhì)量控制體系。

4.1 防護(hù)網(wǎng)原材質(zhì)量控制

柔性防護(hù)網(wǎng)主要施工原材包括鋼絲繩網(wǎng)、錨桿、砂漿3種原材，只有所用原材達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的質(zhì)量要求，才能從源頭上確保施工質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良。各項(xiàng)原材質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)各項(xiàng)主材質(zhì)量要求所用原材抗拉(壓)強(qiáng)度要求/MPa極限受力荷載/kN鋼絲繩網(wǎng)≥1770≥40錨桿≥440≥180砂漿≥30≥130

同時(shí)要求編制成網(wǎng)的鋼絲繩不得有斷絲、脫絲現(xiàn)象，機(jī)械壓接的扣壓件及搭接件不得有破裂和明顯損傷；錨桿表面質(zhì)量不應(yīng)有裂紋、軋折、離層和銹斑，錨固段不應(yīng)有影響錨固性能的油污等；砂漿中水泥與砂的重量比控制為1∶(1～1.2)，水灰比控制為0.38～0.5，砂漿用砂采用粒徑不大于2.5 mm的中細(xì)砂，且砂漿拌和做到均勻適度，隨拌隨用，確保初凝前將新拌的砂漿及時(shí)用完，并不允許砂漿中存有石塊、污物等異物破壞級(jí)配。

4.2 防護(hù)網(wǎng)工藝質(zhì)量控制

根據(jù)梨木臺(tái)景觀路東山坡體地貌條件，研究人員選用GPS2型主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行邊坡圍護(hù)。該工藝技術(shù)控制要點(diǎn)如表2所示。

為確保工藝質(zhì)量可靠有保證，技術(shù)人員主要從以下方面加以控制：

1) 對(duì)山坡上的浮土及浮石以及存有潛在滑塌下落風(fēng)險(xiǎn)的?；罟率M(jìn)行清除，增加防護(hù)網(wǎng)施工的安全系數(shù)及柔性網(wǎng)鋪掛的穩(wěn)定性。

2) 放線確定錨孔位時(shí)應(yīng)確保80%以上的錨桿間距不小于相應(yīng)鋼絲繩網(wǎng)邊長(zhǎng)，且滿足充分利用原坡體形貌特征的原則；同時(shí)確保鑿巖鉆機(jī)鉆出的孔徑、孔深及孔位與設(shè)計(jì)要求完全吻合。如圖2。

表2 GPS2主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)技術(shù)配置功能表網(wǎng)型結(jié)構(gòu)配置功能作用鋼絲繩網(wǎng)+鋼絲格柵邊沿(或上沿)鋼絲繩錨桿+支撐繩+縫合繩圍護(hù)作用，限制落石運(yùn)動(dòng)范圍，部分抑制崩塌的發(fā)生，有小塊危石或土質(zhì)邊坡時(shí)選用 注：①錨桿采用8 2m長(zhǎng)?16鋼繩對(duì)折綁制，錨固長(zhǎng)度4m，錨孔深4 3m，孔徑≥?42mm；②凹坑口徑20cm，深15cm；③格柵網(wǎng)間重疊寬度不小于5cm，兩張格柵網(wǎng)間以及必要時(shí)格柵與支撐繩間用1 5號(hào)鍍鋅鐵絲進(jìn)行扎結(jié)。當(dāng)坡度小于45°時(shí)，扎結(jié)點(diǎn)間距1 5m；當(dāng)坡度大于45°時(shí)，扎結(jié)點(diǎn)間距0 8m；④縫合繩為?8鋼繩，每張鋼繩網(wǎng)均用一根長(zhǎng)約31m(中部網(wǎng)間)或27m(邊緣網(wǎng)間)的縫合繩與四周支撐繩進(jìn)行縫合并預(yù)張拉，縫合繩兩端各用繩卡與網(wǎng)繩進(jìn)行固定聯(lián)結(jié)，緊固整個(gè)系統(tǒng)。

圖2主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工工藝操作圖

3) 柔性防護(hù)網(wǎng)錨繩錨桿體插入錨孔內(nèi)后隨即進(jìn)行錨孔注漿作業(yè)，且要確保注漿連續(xù)進(jìn)行；注漿管起始伸入錨孔位置應(yīng)以距孔底5～10 cm為宜，漿體注入后上拔注漿管要保證勻速緩慢，上拔中若發(fā)現(xiàn)孔口不再有漿液外溢時(shí)，要及時(shí)加注漿體。

4) 支撐繩安設(shè)張拉必須確保網(wǎng)線上各錨桿環(huán)套均由其穿過，并由線路一端錨桿起始固定，然后以緊繩器施加以不低于10 kN的拉緊力張拉緊固。

在坡面地形與系統(tǒng)存在較大摩阻力而無法一次張緊時(shí)，可采取逐次分段張緊的方法，最后用繩卡固定住線路末端。

5) 將柔性網(wǎng)以掛網(wǎng)單元為序依次排放，并以鋼絲繩和支撐繩順次鋪掛成網(wǎng)，以縫合繩予以縫合串結(jié)?？p合時(shí)繩端重疊距離要求在5 cm以上，并以繩卡對(duì)支撐繩與鋼繩網(wǎng)的相交端點(diǎn)進(jìn)行連接固定。當(dāng)縫合繩長(zhǎng)度大于網(wǎng)眼單元長(zhǎng)度時(shí)，可把富余長(zhǎng)度順延伸展至下一掛網(wǎng)單元；若單元內(nèi)縫合長(zhǎng)度不足也可通過補(bǔ)加長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)全線縫合。如圖3。

圖3 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)鋪掛工藝控制圖

6) 對(duì)于在鋼繩錨桿孔口設(shè)置的凹坑，無論錐形或是柱形，都要求其尺寸符合設(shè)計(jì)要求，并在錨桿安裝完畢后要確保雞心環(huán)內(nèi)上緣處于孔口地面位置以下。

7) 鋼絲繩網(wǎng)網(wǎng)眼邊緣至繩桿的間距應(yīng)保持基本相等，其允許偏差以小于等于150 mm為宜，偏差過大則需作相應(yīng)調(diào)整。

4.3 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

在施工過程中，研究人員對(duì)灌漿、錨固、鋪網(wǎng)、縫合張拉等關(guān)鍵工序進(jìn)行權(quán)重分析，確定各質(zhì)量控制環(huán)節(jié)對(duì)質(zhì)量水平的影響權(quán)重，并建立起科學(xué)、客觀、有效的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系如表3所示。

表3 柔性主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系表項(xiàng)次檢查項(xiàng)目規(guī)定值或允許偏差權(quán)重系數(shù)檢查方法1砂漿強(qiáng)度在合格標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)2用JTGF80/1-2004附錄F檢查2錨桿間距+10mm1尺量，抽查2%3錨桿長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)2直尺或超聲波檢查，每20m2檢查1點(diǎn)4錨桿抗拔力不小于設(shè)計(jì)(≥50kN)2按錨桿數(shù)1%，且不少于3根5支撐繩張拉力不小于設(shè)計(jì)(≥40kN)26格柵網(wǎng)搭接寬度不小于設(shè)計(jì)(≥5mm)1抽查2%7鋼絲繩網(wǎng)縫合間距每個(gè)網(wǎng)孔1抽查2%8鋼絲繩網(wǎng)與格柵網(wǎng)扎結(jié)間距不小于設(shè)計(jì)1抽查2%

5 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工質(zhì)量效果分析

通過采取上述質(zhì)量控制措施和質(zhì)量管控系統(tǒng)進(jìn)行施工質(zhì)量管理，梨木臺(tái)東山主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工質(zhì)量水平得到可靠的保障。研究人員在對(duì)防護(hù)網(wǎng)試驗(yàn)段進(jìn)行嚴(yán)格試驗(yàn)檢測(cè)并獲取重要權(quán)值項(xiàng)目檢測(cè)數(shù)據(jù)如表4。

表4 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)分項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)表項(xiàng)次砂漿強(qiáng)度/MPa錨桿間距/mm錨桿長(zhǎng)度/m錨桿抗拔力/kN130．2+53．3053．2231．2+83．4052．7331．4+63．3551．6430．6+93．4252．4531．3+73．4751．5630．8+53．3952．2731．6+43．3751．9832．1+63．3951．7931．7+83．3852．01031．3+73．3652．3支撐繩張拉力/kN格柵網(wǎng)搭接寬度/mm鋼絲繩網(wǎng)縫合間距/mm鋼絲繩網(wǎng)與格柵網(wǎng)扎結(jié)間距/mm42．66+3+344．38+5+443．37+4+342．66+3+541．98+5+443．26+4+342．77+3+344．68+2+443．56+4+341．87+3+2

通過對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)砂漿強(qiáng)度和錨桿抗拔力數(shù)據(jù)繪出直方圖分析如圖4、圖5。

圖4 錨桿抗拔力直方圖

同時(shí)對(duì)支撐繩張拉力數(shù)據(jù)繪出過程質(zhì)量3σ控制水平圖如圖6。

由以上圖表可知,防護(hù)網(wǎng)質(zhì)量數(shù)據(jù)均在控制標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi),無異常隱患點(diǎn),綜合質(zhì)量水平優(yōu)異,該質(zhì)量控制措施和管控系統(tǒng)是科學(xué)有效的。

圖5 砂漿強(qiáng)度直方圖

圖6 支撐繩張拉力過程質(zhì)量控制圖

6 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)效果分析

通過布設(shè)GPS2型主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，梨木臺(tái)景區(qū)東山邊坡的坡體得到可靠的網(wǎng)固，由雨水沖刷引起的活危石及風(fēng)化石滑落運(yùn)動(dòng)得到有效的攔截組織，極大地增強(qiáng)了公路上邊坡的穩(wěn)固性，降低了山區(qū)公路上邊坡水毀災(zāi)害的發(fā)生幾率。防護(hù)效果見圖7。

圖7 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)效果圖

研究人員對(duì)2015年前后該區(qū)域由上邊坡水毀造成的災(zāi)害損失進(jìn)行了數(shù)據(jù)搜集對(duì)比，得到主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)工藝前后減災(zāi)效果對(duì)比圖如圖8。

圖8 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防災(zāi)效果對(duì)比圖

由防護(hù)效果圖及施工前后水毀損失對(duì)比圖可以看出，GPS2型主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)對(duì)于防護(hù)小塊?；钍巴临|(zhì)邊坡是卓有成效的。

7 結(jié)束語

隨著山體防護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展，主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)在山區(qū)公路上邊坡水毀災(zāi)害防治中的作用將日益增大。只要堅(jiān)持不懈地對(duì)防護(hù)網(wǎng)工藝持續(xù)進(jìn)行研究開發(fā)、工藝改進(jìn)，就一定能夠?qū)⑸絽^(qū)公路上邊坡水毀災(zāi)害造成的損失降低到最低可控的程度，使山區(qū)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全得到切實(shí)的保證。

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