SNS柔性防護系統(tǒng)在某公路土質邊坡維護中的應用研究

(1.成都理工大學 工程技術學院資源勘查與土木工程系，四川 樂山 614000； 2.成都理工大學 工程技術學院基礎教學部，四川 樂山 614000 )

1 概述

當前，我國公路邊坡防護工程采用柔性防護技術常用的有3類措施[1]：一類是采用生物防護，比如種草、種樹等；另一類是綜合防護技術，即采用生物與三維植被網；還有一類是采用鋼絲繩網為關鍵組成部分進行防護。這三類柔性防護技術在防護方面、景觀方面以及經濟方面都有較好的效果，但是生物防護技術存在較大的缺點，一是生物生長早期其根系發(fā)展較慢，不能快速和表層土壤連接充沛，構成抵擋雨水沖擊的防護面；二是生物防護邊坡容易在降雨及冰雪融水的影響下在地表流動產生凹溝，所以在生物柔性防護技術之后逐步創(chuàng)新出綜合防護技術和鋼繩網防護。這兩類防護措施在技術方面已經很成熟。

SNS柔性網防護系統(tǒng)采用鋼絲繩網為關鍵組成部分對坡面地質災害進行預防治理，該系統(tǒng)是瑞士布魯克公司研發(fā)出來，引進我國后運用到公路邊坡防護工程[2]。和剛性防護系統(tǒng)相比較，SNS柔性網防護系統(tǒng)擁有特有的技術革新優(yōu)點，和山區(qū)公路設計新思想相符。本文結合某公路建設情況，對SNS柔性防護系統(tǒng)在某公路土質邊坡維護中的應用進行了研究。

2 工程概況

某高速公路起點樁號是K26+000，終點樁號是K81+485.45，路線全長55.527 km，屬于重丘山區(qū)高速公路。巖土質邊坡整體較為穩(wěn)固，其表層巖土體出現(xiàn)破裂，主要是爆破開挖完成以后沒有清理坡面，而且遭受應力作用和雨水沖擊，造成邊坡部分地方表層土成塊掉落。

按照巖土質的范圍和路線的關系等狀況，設計施工上使用清除、支撐、嵌補等方法。SNS柔性防護系統(tǒng)被普遍運用到此高速公路的土質邊坡維護中，增強了邊坡的穩(wěn)定性。

3 SNS柔性防護網分類和工作原理分析

3.1 SNS柔性防護網分類

根據(jù)工作原理、目標，SNS柔性防護網分成主動防護和被動防護[3]。

主動防護是把SNS柔性防護網遮蓋或者裹住路基邊坡坡面，對坡面疏松、坍塌、滑落的巖石體、土體進行約束，防止進一步毀壞，或者把落石限定在固定的活動范圍，不使其滾落。主動防護大多在陡崖、陡坡等坡面防護中使用，如圖1所示[4]。

被動防護是在公路兩側的斜坡上設置一張或者多張鋼絲繩網與菱形格網構成的綜合防護網，像護欄一樣放置在邊坡的某個地方，用于攔住滾落的巖石，為公路的安全行駛提供保障。被動防護大多在坡度不大的山崖、斜坡等坡面防護中使用，如圖2所示[5]。

圖1 SNS主動防護示意圖Figure 1 SNS active protection diagram

圖2 SNS被動防護示意圖Figure 2 SNS passive protection diagram

3.2 SNS柔性防護網工作原理分析

疏松、坍塌、滑落的巖石體、土體沖撞SNS柔性防護網時，柔性防護網使沖擊力減速，經由錨繩傳輸，最后傳至錨固基礎及穩(wěn)定地層。按照能量定律，SNS柔性防護網能夠承擔的能量和能量作用時間有關，剛性結構系統(tǒng)不易變形，沖撞相接時間少，形成的沖擊力比較大；柔性結構系統(tǒng)和落石、落土沖撞相接時間多，在同樣的沖撞情況下，形成的沖擊力小，而且SNS柔性防護系統(tǒng)把局部聚集力往周圍均等傳輸，使得沖擊力分散，如圖3所示。

圖3 抗沖擊能力對比示意圖Figure 3 Comparison of impact resistance

4 SNS柔性防護系統(tǒng)與其他防護措施對比分析

山區(qū)公路修建容易使較多的土質邊坡暴露在外，原來的地貌以及邊坡的應力狀態(tài)發(fā)生變化，原來的生態(tài)環(huán)境遭受損壞，造成水土流失，生態(tài)平衡被打破，為保障邊坡的穩(wěn)定性，維護生態(tài)環(huán)境，人們使用了多種多樣的邊坡防護措施[2]。傳統(tǒng)的護坡工程多用水泥、混凝土、碎石等，設計方面以力學為出發(fā)點來考慮邊坡的穩(wěn)定性，多以安全性作為評判指標，很少考量施工是否快捷、實惠以及環(huán)保。柔性防護網防護系統(tǒng)與其他防護措施比較，同樣的條件下，在設計上、施工上、經濟性和環(huán)保性等方面存在很大優(yōu)勢，接下來分別進行剖析。

4.1 設計方面

主動防護系統(tǒng)多用在巖體破裂、崩落、風化程度處于強風化或者全風化階段的邊坡面，而且施工便捷，使用年限長，維護原來的生態(tài)系統(tǒng)；被動防護系統(tǒng)多用在巖體交互發(fā)展、整個坡面穩(wěn)定性不好、或許會發(fā)生巖體崩塌的高路塹邊坡，和容易出現(xiàn)泥石流、雪體崩塌的山谷，具有安裝便利、抵抗沖撞能力強的優(yōu)勢[11]。

在傳統(tǒng)防護措施中，漿砌片石防護多用在坡度低的土質邊坡，存在原來的生態(tài)環(huán)境被毀壞而不能復原的缺陷；噴漿或者噴射混凝土防護措施施工便捷，而實際使用混凝土比較少，原來的生態(tài)環(huán)境被毀壞，不能復原；擋土墻防護多用在支擋工程中，但是圬工體積大，不能種植樹木；錨固類防護可以用于各種類型邊坡防護工程，防護成效良好，但是施工工期久，資金投入高。

4.2 施工方面

漿砌片石護坡經常出現(xiàn)局部坍塌，噴混凝土護坡出現(xiàn)局部脫落等現(xiàn)象證實了傳統(tǒng)防護措施有不足之處[12]。另外，漿砌片石護坡需要坡面比較平坦，且邊坡不能過高，因此，通常為符合邊坡的穩(wěn)定性利用開挖措施以減少單機邊坡坡高，進而工程量增大。

a.案例一。

某高速公路K36+215～K36+339左邊土質高邊坡，存在坡面局部破裂、塵土飛揚等現(xiàn)象，因此防護采用主動防護，并與錨桿加固防護措施進行對比分析，該處寬為118 m，高為20.18 m，如表1所示。

表1 主動防護和錨桿加固施工對比表Table1 Comparisontableofactiveprotectionandpolereinforcementconstruction項目主動防護措施錨桿加固措施生產所需主要人工鉆孔工8人、注漿工4人、架子工8人、掛網工10人、雜工4人、安全員2人、技術員1人,共37人鉆孔工8人、注漿工4人、鋼筋工8人、模板工8人、電焊工4人、架子工8人、雜工8人、安全員2人、技術員1人,共51人施工需要的機械設備錨桿鉆機4臺、空壓機4臺、便攜式注漿泵2臺、砂漿攪拌機2臺、卷揚機4臺錨桿鉆機4臺、空壓機4臺、便攜式注漿泵2臺、砂漿攪拌機2臺、卷揚機4臺、電焊機4臺、鋼筋切割機1臺、鋼筋彎曲機1臺、振搗棒2臺施工用材料腳手架、鋼繩錨桿、鋼絲繩網、格柵網等腳手架、壓力注漿錨桿、鋼筋、砂漿、混凝土、模板等完成所需工期/d6090

從表1中可以看出，相同的邊坡防護工程，既可以使用主動防護措施又可以使用錨桿加固措施的條件下，使用主動防護措施在人工、設備、施工材料和工期方面都比錨桿加固措施小。

b.案例二。

某高速公路K47+915～K48+150，工程寬為65 m，高為8.5 m，坡面清理后，存在局部破裂、塵土飛揚等現(xiàn)象，但是坡腳為橋梁結構，為了保護橋墩，采用被動防護，并和砌石防護進行對比分析，見表2。

表2 被動防護與砌石防護施工對比表Table2 Passiveprotectionandmasonryprotectionconstructioncomparisontable項目被動防護方式砌石防護生產所需主要人工鉆孔工4人、注漿工2人、掛網工6人、雜工8人、安全員2人、技術員1人,共23人石匠12人、雜工8人、安全員2人、技術員1人,共23人施工需要的機械設備錨桿鉆機2臺、空壓機2臺、注漿泵2臺、砂漿攪拌機2臺手推車4臺施工用材料腳手架、鋼繩錨桿、鋼絲繩網、格柵網、立柱、拉繩、支撐繩砂漿、片石、塊石、預制混凝土塊完成所需工期/d2040

從表2可以看出，相同的邊坡防護工程，既可以使用被動防護措施又可以使用砌石防護措施的條件下，被動防護措施在設備和施工材料用量上都比砌石防護大，但是施工工期是砌石防護的一半，是一個很大的優(yōu)點。

4.3 其他方面

a.經濟性。從上文柔性防護措施與其他防護措施的比較中得出結論，使用柔性防護技術在施工花費方面大約是砌石防護這類傳統(tǒng)防護措施施工花費的60%，很大程度上降低了邊坡防護工程所需的費用。

b.環(huán)保性。錨噴防護邊坡、擋土墻防護邊坡以及漿砌片石防護邊坡將坡面全覆蓋，造成坡面植被生存環(huán)境毀壞，生態(tài)系統(tǒng)平衡被打破，且顏色比較單一，灰色帶給人們的視覺體驗非常差。柔性防護系統(tǒng)不擾亂駕駛員視線，不對坡體施工前的穩(wěn)定性造成損害，能夠將絕大部分原來的植被存活下來，開挖的路塹邊坡也可以種植植被。使用主動柔性防護網同時種植植被的防護措施，和錨桿加固同時使用正六邊形空心磚種植植被的防護措施比較，前者施工工期短且經濟[13]。

在特定的施工環(huán)境下，和其他防護措施相比，SNS柔性防護系統(tǒng)存在施工快捷、地形地貌符合度高、經濟效益好等優(yōu)勢，而且SNS柔性防護系統(tǒng)和高速公路兩側邊坡生態(tài)防護以及綠化聯(lián)系在一起，使得公路景色和沿途自然風光更為協(xié)調、秀美。

5 結論

SNS柔性防護系統(tǒng)在重丘山區(qū)高速公路土質邊坡維護中使用，彌補了傳統(tǒng)防護措施存在的缺陷，SNS柔性防護系統(tǒng)對公路安全有保障，且施工快捷規(guī)范、能保護生態(tài)環(huán)境，其防護理念以及設計思想得到了業(yè)界的認可。與傳統(tǒng)的漿砌片石、錨桿加固、擋土墻等剛性防護措施比較，SNS柔性防護系統(tǒng)不但擁有傳統(tǒng)防護技術的預防治理作用，而且可以預防治理坡面常見地質災害。SNS柔性防護系統(tǒng)秉承“以柔制剛”的理念達到“事倍功半”效益，是一種施工便捷、資金投入相對少、對已有公路以及周邊建筑物擾動相對小，對危險落石落土有阻攔作用的新方法。