引導式柔性防護網在邊坡生態(tài)防護中的應用

雷凡 趙軍 郭景昆 許滸 肖杭

（1.江西省公路科研設計院有限公司，江西 南昌 330006；2.西南交通大學土木工程學院，四川 成都 610031）

一、引言

當前，常見的巖石邊坡防護工程措施主要有主動固坡和被動攔擋兩種形式，前者包括噴漿、噴射混凝土、砌石、主動防護網等，而后者包括擋土墻、攔石壩、被動防護網等。其中，大量的混凝土圬工對生態(tài)環(huán)境造成不利影響，此外隨著時間的推移，鋼筋銹蝕、混凝土老化、巖石風化等現(xiàn)象，使得防護效果越來越差，維護成本大幅增加。以主動防護網和被動防護網為代表的傳統(tǒng)柔性防護系統(tǒng)因具有地形適應性強、施工周期短等優(yōu)勢[1]，得到了快速的推廣。然而，由于防護邊界和防護能級的限制，其應用范圍也受到一定局限，尤其是攔截物易在防護網內部形成堆積，難以清理維護，為二次災害埋下了風險隱患。

引導式柔性防護網是一種新型的柔性防護結構，除了兼具主動防護網和被動防護網的優(yōu)勢之外，還具備防護范圍大、防護能級高和易清理、易維護等特點。本文通過介紹引導式柔性防護網的工作原理和技術特征，將其與傳統(tǒng)的邊坡防護工程措施進行對比分析，進一步闡述了引導式柔性防護網在施工性、經濟性和環(huán)保性等方面的優(yōu)勢，以期將引導式柔性防護網推廣應用至山區(qū)公路邊坡生態(tài)防護中。

二、引導式柔性防護網工作原理

引導式防護網最早于20世紀90年代在北美地區(qū)公路行業(yè)開始使用[2]，后經不斷改進在歐洲和日本等地區(qū)獲得應用。交通運輸部于2020年7月發(fā)布的《邊坡柔性防護網系統(tǒng)JT/T 1328-2020》首次將引導式柔性防護網納入我國公路行業(yè)標準[3]。引導式柔性防護網可分為覆蓋式和張口式兩種類型，如圖1所示，其中張口式由有攔截部分和引導部分兩部分組成，盡管上述兩種類型的引導式柔性防護網的應用場景和結構形式有所不同，但其工作機理均為先將崩落的巖石捕捉收集在柔性網片內部，再通過壓制彈跳高度和控制下落軌跡的方式，最終將落石引導至防護網末端指定區(qū)域。崩塌體下落過程中會與網片和邊坡反復發(fā)生碰撞和摩擦，從而消耗大量動能[4]。同時，堆積在底部的崩塌體極易清理，便于維護。

圖1 引導式柔性防護網組成

三、引導式柔性防護網的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的邊坡防護工程措施多以安全性為設計原則和施工原則，經濟性、環(huán)保性、施工效率等方面優(yōu)勢不足。與之相比，引導式柔性防護網在施工性、經濟性、環(huán)保性和后期維護方面都有明顯優(yōu)勢。

（一）施工性

引導式柔性防護網的各組成部件在工廠進行加工制造，然后運輸至現(xiàn)場進行安裝，其施工效率高、工程量小、施工進度快且對原有的地形地貌破環(huán)小。而傳統(tǒng)的邊坡防護工程措施，如錨桿防護、抗滑樁防護、擋土墻防護，會對已有的地形地貌進行大改動和大擾動，而且在現(xiàn)場直接施工，工程量、工程周期遠遠大于引導式柔性防護網工程。在相同的防護量和防護能級下，引導式柔性防護網的現(xiàn)場施工時間約為一周，而傳統(tǒng)的邊坡防護工程施工時間短則十天半月，長則幾個月。

（二）經濟性

相比傳統(tǒng)的邊坡防護工程措施，引導式柔性防護網工程量小、施工周期短，所以耗費的勞動力少、工程造價低，更經濟節(jié)約。傳統(tǒng)的邊坡防護工程措施屬于勞動密集型的防護方式，而引導式柔性防護網屬于技術性的防護措施。因此這種創(chuàng)新性的防護措施必將具有更高的經濟性，推動邊坡防護朝著經濟節(jié)約的方向發(fā)展。

（三）環(huán)保性

傳統(tǒng)的邊坡防護工程措施采用的工程材料多為水泥、混凝土、鋼筋，施工過程中會產生大量灰塵。而引導式柔性防護網本身是由鋼材制成，且為工廠預制，在現(xiàn)場施工過程中不會造成太多污染問題。此外，傳統(tǒng)的邊坡防護工程措施對原有地形地貌會進行較大改動，同時較大的混凝土圬工量會限制植被的自然生長，如噴射水泥砂漿及漿砌片石防護封閉了植物生長的環(huán)境，自然植被幾乎永久無法得到恢復，如圖2所示。裸露的混凝土和石料不僅會破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，而且單調的顏色會帶給人們較差的視覺效果，影響駕駛人員的視線。

圖2 噴漿及噴射混凝土防護措施

引導式柔性防護網不會破壞原有的地形地貌，對坡體施工前的穩(wěn)定性也不會造成損害，而且能夠保留坡面原有的植被群落，甚至能在防護系統(tǒng)與坡面之間種植植被。金屬構件能為植物的藤葉提供可攀附的支架，植物則能夠有效調節(jié)防護結構周圍局域的溫度和濕度等環(huán)境影響，有益于防護結構的耐久性，兩者能夠很好地纏繞融合從而產生綠色邊坡的視覺效果，如圖3所示。

圖3 引導式柔性防護系統(tǒng)與坡面綠植的融合

（四）后期維護

傳統(tǒng)的邊坡防護工程措施后期隨著混凝土老化、鋼筋銹蝕、巖石風化，原有的工程結構容易發(fā)生破壞，且二次動工將會拆除原有的結構，容易造成水土流失。而引導式柔性防護網在保證結構耐久性的情況下，不會發(fā)生較大的損害。而且對具體構件的維修和更換也比較容易，二次動工影響小，拆除的結構部件還可以重復利用。當發(fā)生落石災害時，引導式柔性防護網可以有效地將落石控制在指定區(qū)域形成堆積，不會影響公路交通的正常運營，并且能通過有序的組織和簡單的工法將堆積落石清理完畢[6]。

四、引導式柔性防護網的工程應用

目前，引導式柔性防護網已在我國部分地區(qū)推廣應用，在各個行業(yè)領域的生態(tài)邊坡防護和治理中取得了不錯的效果。

（一）清連高速公路邊坡治理

清連高速公路位于廣東省西北部的清遠市境內，路線全長213.75km，由于早期施工開挖、工程爆破、后期物理化學風化，水文、植被條件改變等原因，公路沿線有多處崩塌、滾石等災害。采用引導式柔性防護網進行治理的邊坡位于清連高速公路k2158+020至k2159+300段落左幅左側輔道。

由于工程為高速公路邊坡，施工設備可以輕松到達，采用吊車吊裝防護網構件，大大縮短了施工周期，用時僅一個半月便完成了覆蓋面積超8萬m2的引導式柔性防護網安裝。該工程于2018年2月上旬完工，在2月份春運期間，成功引導防護了多處落石，為春運期間經過該路段的車輛提供了安全保障，底部堆積的落石兩名工人幾分鐘就可清理完畢，恢復原有攔截效果。當年3月中下旬，坡面植被已經開始復蘇，對公路沿線的綠色生態(tài)環(huán)境未造成破壞。

（二）某地鐵停車場邊坡治理

該邊坡治理工程位于廣州地鐵南沙停車場，高邊坡位于南沙停車場主體段北側，原采石坑北面，由于采石開挖形成約80度的陡坡，局部為直立邊坡，形成高陡臨空面，坡高約65m～100m，呈陡坎狀，無任何支護。坡體上部由花崗巖殘積土及土狀強風化組成，結構松散，具有遇水軟化、崩解、強度迅速降低的特性，在強降雨作用下沿中風化及軟弱結構面發(fā)生滑塌。坡體下部由混合花崗巖中、微風化組成，發(fā)育多組裂隙，此外，由于開采爆破使局部閉合裂隙張開，形成卸荷裂隙，與邊坡面呈不利組合，影響邊坡的穩(wěn)定性，因此現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定較差。距山頂垂直距離約230m的山腳下有學校及住宅區(qū)，建筑較為密集，對潛在危巖體的滾落范圍有嚴格限制。因此，采用引導式柔性防護網對其進行加固防護[7]。

設計與施工方案遵循減少山體挖方與擾動、減少環(huán)境影響、降低施工難度、減少后期養(yǎng)護的原則。在施工完成時，工程未對坡面植物造成破壞，如圖4(a)所示，尤其在經過一段時間的治理后，坡面植物逐漸茂盛，形成了綠色生態(tài)邊坡，如圖4(b)所示。

圖4 某公路停車場邊坡治理

（三）九寨溝熊貓海景區(qū)高邊坡治理

受2017年“8·8”四川九寨溝地震影響，九寨溝景區(qū)內熊貓海景點遭到嚴重破壞。在對崩塌危巖的治理工程中，對景區(qū)內生態(tài)環(huán)境的保護顯得尤為重要，因此采用了土方開挖量小、混凝土圬工少的引導式柔性防護網，如圖5所示，以最大限度地保護原有的地表植被、苔蘚草皮，并在施工階段采用繞避坡面植被的處理方式。

圖5 九寨溝熊貓海景區(qū)高邊坡治理

經治理后，九寨溝景區(qū)經受了余震和暴雨的影響，引導式柔性防護網系統(tǒng)多次有效攔截崩塌落石，實現(xiàn)了震后景區(qū)無一起因地災導致人員傷亡的事件發(fā)生，確保了景區(qū)內村寨和道路的安全。同時，中國科學院空天信息研究院通過多源遙感監(jiān)測和實地科考發(fā)現(xiàn)，九寨溝核心景區(qū)的植被生態(tài)景觀已逐漸恢復至震前水平。由此可見，引導式柔性防護網兼顧了生態(tài)景觀和防護安全，為2021年9月九寨溝景區(qū)全域恢復開放提供了有力保障。

五、結語

綜上所述，引導式柔性防護網是一種新型的柔性防護工程結構，兼具傳統(tǒng)主動網和被動網的優(yōu)點，具有防護能力強、防護范圍廣、施工周期短、經濟成本低、易維護、易清理等諸多優(yōu)勢。特別是在生態(tài)環(huán)保方面，引導式柔性防護網不僅能夠滿足性能需求，還具備工程開挖量小、混凝土圬工工程量小的優(yōu)勢，甚至在外觀和功能上均能與邊坡植被結合形成有機整體，屬于典型的環(huán)境友好型工程結構，契合我國關于“建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的政策要求，極具推廣價值和應用前景。