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        邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用與研究

        2013-08-29 10:41:28周思全
        交通科技 2013年4期
        關(guān)鍵詞:錨桿施工

        胡 超 阮 昆 周思全 張 恒

        (1.湖北武警水電第六支隊(duì) 宜昌 443133;2.中國(guó)人民解放軍95338部隊(duì) 衡陽(yáng) 421009;3.武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 武漢 430063)

        目前,柔性防護(hù)體系(safety netting system SNS)[1]已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)和市政工程坡面防護(hù),特別適應(yīng)于整體穩(wěn)定性較好但有落石或小型坍落可能存在的高、陡、碎石坡面的防護(hù)加固,可以在不破壞環(huán)境坡面的條件下進(jìn)行防治。

        結(jié)合廣陜高速公路中邊坡防護(hù)工程,根據(jù)國(guó)內(nèi)邊坡治理的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)SNS的設(shè)計(jì)機(jī)理和與其他邊坡防護(hù)措施進(jìn)行對(duì)比分析。

        1 工程概況

        廣陜高速公路位于四川盆地北部邊緣山地與四川盆地交界位置,行政區(qū)劃上屬四川省廣元市利州區(qū)及朝天區(qū),路線起點(diǎn)位于川陜交界處的棋盤關(guān),止于廣元市陵江。由北向南,依次為構(gòu)造侵蝕溶蝕中山、低山區(qū)及構(gòu)造侵蝕丘陵區(qū)。

        沿線危巖主要分布在樓房溝至瓷窯鋪沿嘉陵江的陡斜坡段,受既有二專路開(kāi)挖擾動(dòng),部分表層巖塊已經(jīng)發(fā)生卸荷松動(dòng),特別是雨季,二專路路面上時(shí)有崩落石塊堆積,該段危巖處治工程已納入二專路邊坡防護(hù)項(xiàng)目。另外K19+450~K22+050段陡坡上也有危石零星分布。

        根據(jù)危巖的規(guī)模、類型及與路線關(guān)系等情況,設(shè)計(jì)施工上采取清除、支撐、嵌補(bǔ)等措施。柔性防護(hù)體系作為一種新方法,被廣泛應(yīng)用于廣陜高速公路的邊坡防護(hù)中,對(duì)邊坡的穩(wěn)定性起了巨大的作用。

        2 邊坡柔性防護(hù)體系概述

        2.1 邊坡柔性防護(hù)體系的工作機(jī)理

        柔性防護(hù)系統(tǒng)SNS分為主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)2種方式。

        (1)主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。它是利用高強(qiáng)度鋼絲繩網(wǎng)系統(tǒng)和柔性錨桿對(duì)山體進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加固,通過(guò)錨桿和支撐繩以固定方式將鋼繩網(wǎng)蓋在坡面上。其柔性特征能使系統(tǒng)將局部體中下滑力向四周均勻傳遞以充分發(fā)揮整個(gè)系統(tǒng)的防護(hù)能力,從而使系統(tǒng)能承受較大的下滑力,同時(shí)它與三維植被網(wǎng)一樣與植物配套實(shí)現(xiàn)植物防護(hù),使植物根系的固土作用與坡面防護(hù)系統(tǒng)結(jié)為一體,實(shí)現(xiàn)最佳邊坡防護(hù)和環(huán)保。見(jiàn)圖1。

        圖1 主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)

        (2)被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。它是利用高強(qiáng)度鋼絲繩柔性網(wǎng)墻,對(duì)山體滑坡產(chǎn)生的石塊、土體等進(jìn)行攔截和堆存。由鋼繩網(wǎng)、固定系統(tǒng)、減壓環(huán)和鋼柱4部分組成。適用于巖體交互發(fā)育、坡面整體性差,有巖崩可能的高路塹邊坡。當(dāng)落石沖擊攔石網(wǎng)時(shí),其沖擊力通過(guò)網(wǎng)的柔性得以首先消散,并將剩余荷載從沖擊點(diǎn)向繩網(wǎng)系統(tǒng)周邊逐級(jí)加載,最終傳到錨固基巖和地層,且由錨桿及其基礎(chǔ)承受的最終剩余荷載已達(dá)很小的程度。見(jiàn)圖2。

        圖2 被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)

        2.2 邊坡柔性防護(hù)體系的應(yīng)用及控制要點(diǎn)

        以鋼絲繩網(wǎng)為主要構(gòu)成特征的柔性防護(hù)系統(tǒng),主要用于巖體交互發(fā)育、坡面整體性差,有巖崩可能的高路塹邊坡。也可以用于一般邊坡的崩坍、坍塌、落石、坍滑、風(fēng)化剝落、碎落和泥石流等以坡面或淺層破壞為特征的坡面地質(zhì)災(zāi)害,以及雪崩、岸坡沖刷、爆破飛石、墜物等危害防護(hù)中。

        在國(guó)外這些用途都有應(yīng)用,比如日本的富士山旅游公路邊坡大量使用了邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)來(lái)控制邊坡表面火山堆的松散殘跡物的塌落、運(yùn)動(dòng)和保護(hù)游人的安全。但是在國(guó)內(nèi)迄今為止邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)還主要用作危巖和崩坍落石地質(zhì)災(zāi)害的防護(hù)。

        柔性防護(hù)體系屬于工廠化生產(chǎn),模塊化安裝??刂埔c(diǎn)主要有:做好地質(zhì)調(diào)研工作,施工前做好技術(shù)交底和安全交底,施工中控制鉆孔位置、鉆孔深度、錨固作業(yè)、張拉施工等質(zhì)量要點(diǎn),確保產(chǎn)品質(zhì)量。

        3 邊坡柔性防護(hù)與其他防護(hù)措施對(duì)比分析

        山區(qū)公路建設(shè)會(huì)造成大量的裸露土質(zhì)邊坡和巖石邊坡,改變了原有的地貌和應(yīng)力狀態(tài),使得一些邊坡的穩(wěn)定性發(fā)生了改變,原有的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞,導(dǎo)致了嚴(yán)重的水土流失和環(huán)境失衡問(wèn)題,為了保證邊坡的穩(wěn)定和保護(hù)生態(tài)環(huán)境,人們采用了各種各樣的邊坡防護(hù)方法[2]。傳統(tǒng)的護(hù)坡工程一般以水泥、石料、混凝土等硬性材料為主要建材,在設(shè)計(jì)上從力學(xué)的角度去思考邊坡穩(wěn)定,通常都以安全為優(yōu)先考慮,對(duì)施工便捷性、經(jīng)濟(jì)性,及對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)考慮較少。主(被)動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)作為新型邊坡防護(hù)的方法之一,在國(guó)內(nèi)的公路、鐵路、礦山、水電站和旅游景區(qū)應(yīng)用廣泛。主(被)動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)和其他防護(hù)方式相比,在特定環(huán)境下設(shè)計(jì)、施工、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益方面也具有很多優(yōu)點(diǎn),下面從設(shè)計(jì)施工等方面進(jìn)行對(duì)比分析。

        3.1 設(shè)計(jì)方面

        主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)適用于巖體嚴(yán)重破碎經(jīng)常出現(xiàn)崩塌、落石、風(fēng)化剝落和碎落的邊坡面,優(yōu)點(diǎn)是施工快捷,壽命耐久,能最大限度地保護(hù)原生態(tài)環(huán)境;被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)適用于巖體交互發(fā)育、坡面整體性差,有巖崩可能的高路塹邊坡,以及泥石流、雪崩易發(fā)生的山谷,其優(yōu)點(diǎn)是安裝方便,抗沖擊性強(qiáng)[3]。

        而傳統(tǒng)的防護(hù)方式中,漿砌片石防護(hù)主要適用于坡度不高的土質(zhì)邊坡,缺點(diǎn)是施工后無(wú)法修復(fù)邊坡的生態(tài),使邊坡的原有生態(tài)被完全破壞;噴混類防護(hù)施工方便,但混凝土適用率低,原有生態(tài)環(huán)境完全破壞;擋土墻防護(hù)適用于一般地區(qū)、浸水地區(qū)和路肩、路堤和路塹等支擋工程,但圬工體積較大,完全無(wú)法綠化;錨固類防護(hù)主要適用范圍廣,效果較好,但工期較長(zhǎng),造價(jià)較高。

        3.2 施工方面

        在坡面破碎,有大量的浮土浮石或水敏性較高的巖石存在時(shí),護(hù)面結(jié)構(gòu)與坡面的粘結(jié)強(qiáng)度難以保證,即使完工初期能實(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,從而可能因局部載荷或位移產(chǎn)生二次破壞。大量可見(jiàn)的漿砌片石護(hù)坡的局部垮塌、噴混凝土的局部剝落以及業(yè)界對(duì)噴混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)壽命的重新認(rèn)識(shí),都證明了傳統(tǒng)的護(hù)面防護(hù)體系存在的上述技術(shù)缺陷[4]。

        此外漿砌片石護(hù)坡,對(duì)坡面平整條件要求較高并對(duì)邊坡高度有所限制,為此常常需要采取開(kāi)挖或清理的方式來(lái)平整邊坡,并采取分臺(tái)階開(kāi)挖方式來(lái)降低單級(jí)護(hù)坡結(jié)構(gòu)的高度以滿足自身穩(wěn)定的需要,從而必將帶來(lái)開(kāi)挖工程量的增加。

        例一 廣陜高速K21+912~K22+036左側(cè)陡坡防護(hù)主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工與錨桿框架加固施工對(duì)比,此處寬124m,高21.75m,見(jiàn)表1。

        表1 主動(dòng)防護(hù)與錨桿加固施工對(duì)比表

        由表1可見(jiàn),對(duì)于同一邊坡防護(hù)工程,在采用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和錨桿加固都適用的情況下,采用主動(dòng)防護(hù)方式所需要的人工、機(jī)械設(shè)備、材料均少于錨桿加固方式,在施工工期上,主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工也體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)。

        傳統(tǒng)的攔石結(jié)構(gòu)常見(jiàn)于鐵路系統(tǒng),常采用漿砌片石攔石墻和廢舊鋼軌或型鋼柵欄形式,前者能實(shí)現(xiàn)較高的防沖擊能力,后者雖較經(jīng)濟(jì)但防護(hù)能力很小,效果較差。落石危害的主要特征是具有強(qiáng)大的動(dòng)力沖擊破壞作用,以剛性結(jié)構(gòu)去抵抗動(dòng)力沖擊,從原理上就存在事倍功半的弊端,其結(jié)果是必須在落石危害的陡坡上建立龐大的攔石結(jié)構(gòu),為此要尋找并開(kāi)挖龐大的基礎(chǔ),要搬運(yùn)大量的建筑材料,工程進(jìn)度緩慢,勞動(dòng)力巨大,施工安全程度低,施工干擾大,甚至可能因此而使防護(hù)結(jié)構(gòu)成為人為的落石來(lái)源。

        例二 廣陜高速K21+160~K21+220左側(cè)被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工與砌石防護(hù)相對(duì)比,工程寬60 m,高8m。見(jiàn)表2。

        表2 被動(dòng)防護(hù)與砌石防護(hù)施工對(duì)比表

        由表2可見(jiàn),對(duì)于同類防護(hù)工程,在采用被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和砌石防護(hù)都適用的情況下,采用被動(dòng)防護(hù)方式所需要的機(jī)械設(shè)備、材料均多于其他形式方式,但在施工工期上,被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)。

        例三 廣陜高速K15+263~K15+350段被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工與泥石流攔阻壩擋墻施工對(duì)比,工程每組寬12m,高5.5m,共6組,間距15m,交錯(cuò)布置,見(jiàn)表3。

        表3 被動(dòng)防護(hù)與擋土墻施工對(duì)比表

        由表3可見(jiàn),對(duì)于同類防護(hù)工程,在采用被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和攔阻壩都適用的情況下,采用被動(dòng)防護(hù)方式所需要的人工、機(jī)械設(shè)備、材料均多于片石混凝土擋墻,但在施工工期上,被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)。

        3.3 其他方面

        (1)經(jīng)濟(jì)效益。按照上述條件及環(huán)境施工,通過(guò)對(duì)比邊坡在采用柔性防護(hù)系統(tǒng)施工和其他防護(hù)施工的費(fèi)用可以看出,采用柔性防護(hù)系統(tǒng)施工費(fèi)用僅為砌石防護(hù)、擋土墻等傳統(tǒng)防護(hù)方式施工的60%左右,邊坡防護(hù)施工費(fèi)用將大大減少。

        (2)環(huán)保效果。錨噴護(hù)坡、漿砌片石和擋土墻其封閉特征導(dǎo)致坡面植被和植物生長(zhǎng)條件破壞,個(gè)別工程甚至?xí)绊憛^(qū)域的生態(tài)平衡,而且其灰色單調(diào)的冷面孔所帶來(lái)的視覺(jué)效果極差。柔性防護(hù)系統(tǒng)對(duì)行車視覺(jué)干擾少,不破壞坡體原有的穩(wěn)定性,能最大限度地保留原來(lái)的植被,開(kāi)挖的路塹邊坡也較容易實(shí)施綠化。采用主動(dòng)網(wǎng)與綠化配置方式展開(kāi)施工,與錨固防護(hù)+正六邊形空心磚相結(jié)合的綠化方式相比,施工快捷,經(jīng)濟(jì)[5]。

        通過(guò)研究可以得出柔性防護(hù)體系在一定條件下相比其他防護(hù)方式有施工快速、地形匹配度高、經(jīng)濟(jì)效果好等諸多優(yōu)點(diǎn),同時(shí)柔性防護(hù)體系與高速公路沿線生態(tài)防護(hù)及綠化結(jié)合起來(lái),可達(dá)到公路景觀與沿線自然環(huán)境和諧、美觀的效果。

        4 結(jié)語(yǔ)

        在一般情況下,對(duì)于同一邊坡,使用柔性防護(hù)系統(tǒng)在施工、后期維護(hù)、成本控制和生態(tài)保護(hù)方面比使用其他防護(hù)形式具有較大的優(yōu)勢(shì),有效性和實(shí)用性高,可以廣泛應(yīng)用,并且可以與高速公路沿線生態(tài)防護(hù)及綠化結(jié)合起來(lái),達(dá)到公路景觀與沿線自然環(huán)境和諧、美觀的效果。

        [1]鄭智能,凌天清,董 強(qiáng).邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)與技術(shù)[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),2005(5):78-81.

        [2]陽(yáng)友奎,周迎慶,姜瑞琪,等.坡面地質(zhì)災(zāi)害柔性防護(hù)技術(shù)的理論與實(shí)踐[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

        [3]李學(xué)榮.SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)在危巖邊坡中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào),2007(2):50-53.

        [4]賀詠梅,陽(yáng)友奎.崩塌落石SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型與布置[J].公路,2001(11):14-19.

        [5]交通部科技教育司.公路邊坡及其環(huán)境工程技術(shù)交流會(huì)論文集[M].北京:人民交通出版社,2005.

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