(1.成都理工大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院資源勘查與土木工程系，四川 樂山 614000； 2.成都理工大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院基礎(chǔ)教學(xué)部，四川 樂山 614000 )

1 概述

當(dāng)前，我國(guó)公路邊坡防護(hù)工程采用柔性防護(hù)技術(shù)常用的有3類措施[1]：一類是采用生物防護(hù)，比如種草、種樹等；另一類是綜合防護(hù)技術(shù)，即采用生物與三維植被網(wǎng)；還有一類是采用鋼絲繩網(wǎng)為關(guān)鍵組成部分進(jìn)行防護(hù)。這三類柔性防護(hù)技術(shù)在防護(hù)方面、景觀方面以及經(jīng)濟(jì)方面都有較好的效果，但是生物防護(hù)技術(shù)存在較大的缺點(diǎn)，一是生物生長(zhǎng)早期其根系發(fā)展較慢，不能快速和表層土壤連接充沛，構(gòu)成抵擋雨水沖擊的防護(hù)面；二是生物防護(hù)邊坡容易在降雨及冰雪融水的影響下在地表流動(dòng)產(chǎn)生凹溝，所以在生物柔性防護(hù)技術(shù)之后逐步創(chuàng)新出綜合防護(hù)技術(shù)和鋼繩網(wǎng)防護(hù)。這兩類防護(hù)措施在技術(shù)方面已經(jīng)很成熟。

SNS柔性網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)采用鋼絲繩網(wǎng)為關(guān)鍵組成部分對(duì)坡面地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防治理，該系統(tǒng)是瑞士布魯克公司研發(fā)出來，引進(jìn)我國(guó)后運(yùn)用到公路邊坡防護(hù)工程[2]。和剛性防護(hù)系統(tǒng)相比較，SNS柔性網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)擁有特有的技術(shù)革新優(yōu)點(diǎn)，和山區(qū)公路設(shè)計(jì)新思想相符。本文結(jié)合某公路建設(shè)情況，對(duì)SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)在某公路土質(zhì)邊坡維護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

2 工程概況

某高速公路起點(diǎn)樁號(hào)是K26+000，終點(diǎn)樁號(hào)是K81+485.45，路線全長(zhǎng)55.527 km，屬于重丘山區(qū)高速公路。巖土質(zhì)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(yīng)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(zhì)的范圍和路線的關(guān)系等狀況，設(shè)計(jì)施工上使用清除、支撐、嵌補(bǔ)等方法。SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)被普遍運(yùn)用到此高速公路的土質(zhì)邊坡維護(hù)中，增強(qiáng)了邊坡的穩(wěn)定性。

3 SNS柔性防護(hù)網(wǎng)分類和工作原理分析

3.1 SNS柔性防護(hù)網(wǎng)分類

根據(jù)工作原理、目標(biāo)，SNS柔性防護(hù)網(wǎng)分成主動(dòng)防護(hù)和被動(dòng)防護(hù)[3]。

主動(dòng)防護(hù)是把SNS柔性防護(hù)網(wǎng)遮蓋或者裹住路基邊坡坡面，對(duì)坡面疏松、坍塌、滑落的巖石體、土體進(jìn)行約束，防止進(jìn)一步毀壞，或者把落石限定在固定的活動(dòng)范圍，不使其滾落。主動(dòng)防護(hù)大多在陡崖、陡坡等坡面防護(hù)中使用，如圖1所示[4]。

被動(dòng)防護(hù)是在公路兩側(cè)的斜坡上設(shè)置一張或者多張鋼絲繩網(wǎng)與菱形格網(wǎng)構(gòu)成的綜合防護(hù)網(wǎng)，像護(hù)欄一樣放置在邊坡的某個(gè)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(dòng)防護(hù)大多在坡度不大的山崖、斜坡等坡面防護(hù)中使用，如圖2所示[5]。

圖1 SNS主動(dòng)防護(hù)示意圖Figure 1 SNS active protection diagram

圖2 SNS被動(dòng)防護(hù)示意圖Figure 2 SNS passive protection diagram

3.2 SNS柔性防護(hù)網(wǎng)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(hù)網(wǎng)時(shí)，柔性防護(hù)網(wǎng)使沖擊力減速，經(jīng)由錨繩傳輸，最后傳至錨固基礎(chǔ)及穩(wěn)定地層。按照能量定律，SNS柔性防護(hù)網(wǎng)能夠承擔(dān)的能量和能量作用時(shí)間有關(guān)，剛性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不易變形，沖撞相接時(shí)間少，形成的沖擊力比較大；柔性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和落石、落土沖撞相接時(shí)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(hù)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(duì)比示意圖Figure 3 Comparison of impact resistance

4 SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)與其他防護(hù)措施對(duì)比分析

山區(qū)公路修建容易使較多的土質(zhì)邊坡暴露在外，原來的地貌以及邊坡的應(yīng)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(hù)生態(tài)環(huán)境，人們使用了多種多樣的邊坡防護(hù)措施[2]。傳統(tǒng)的護(hù)坡工程多用水泥、混凝土、碎石等，設(shè)計(jì)方面以力學(xué)為出發(fā)點(diǎn)來考慮邊坡的穩(wěn)定性，多以安全性作為評(píng)判指標(biāo)，很少考量施工是否快捷、實(shí)惠以及環(huán)保。柔性防護(hù)網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)與其他防護(hù)措施比較，同樣的條件下，在設(shè)計(jì)上、施工上、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等方面存在很大優(yōu)勢(shì)，接下來分別進(jìn)行剖析。

4.1 設(shè)計(jì)方面

主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)多用在巖體破裂、崩落、風(fēng)化程度處于強(qiáng)風(fēng)化或者全風(fēng)化階段的邊坡面，而且施工便捷，使用年限長(zhǎng)，維護(hù)原來的生態(tài)系統(tǒng)；被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)多用在巖體交互發(fā)展、整個(gè)坡面穩(wěn)定性不好、或許會(huì)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(qiáng)的優(yōu)勢(shì)[11]。

在傳統(tǒng)防護(hù)措施中，漿砌片石防護(hù)多用在坡度低的土質(zhì)邊坡，存在原來的生態(tài)環(huán)境被毀壞而不能復(fù)原的缺陷；噴漿或者噴射混凝土防護(hù)措施施工便捷，而實(shí)際使用混凝土比較少，原來的生態(tài)環(huán)境被毀壞，不能復(fù)原；擋土墻防護(hù)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(hù)可以用于各種類型邊坡防護(hù)工程，防護(hù)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(hù)坡經(jīng)常出現(xiàn)局部坍塌，噴混凝土護(hù)坡出現(xiàn)局部脫落等現(xiàn)象證實(shí)了傳統(tǒng)防護(hù)措施有不足之處[12]。另外，漿砌片石護(hù)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(jī)邊坡坡高，進(jìn)而工程量增大。

a.案例一。

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

表1 主動(dòng)防護(hù)和錨桿加固施工對(duì)比表Table1 Comparisontableofactiveprotectionandpolereinforcementconstruction項(xiàng)目主動(dòng)防護(hù)措施錨桿加固措施生產(chǎn)所需主要人工鉆孔工8人、注漿工4人、架子工8人、掛網(wǎng)工10人、雜工4人、安全員2人、技術(shù)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(shù)員1人,共51人施工需要的機(jī)械設(shè)備錨桿鉆機(jī)4臺(tái)、空壓機(jī)4臺(tái)、便攜式注漿泵2臺(tái)、砂漿攪拌機(jī)2臺(tái)、卷?yè)P(yáng)機(jī)4臺(tái)錨桿鉆機(jī)4臺(tái)、空壓機(jī)4臺(tái)、便攜式注漿泵2臺(tái)、砂漿攪拌機(jī)2臺(tái)、卷?yè)P(yáng)機(jī)4臺(tái)、電焊機(jī)4臺(tái)、鋼筋切割機(jī)1臺(tái)、鋼筋彎曲機(jī)1臺(tái)、振搗棒2臺(tái)施工用材料腳手架、鋼繩錨桿、鋼絲繩網(wǎng)、格柵網(wǎng)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(hù)工程，既可以使用主動(dòng)防護(hù)措施又可以使用錨桿加固措施的條件下，使用主動(dòng)防護(hù)措施在人工、設(shè)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(yáng)等現(xiàn)象，但是坡腳為橋梁結(jié)構(gòu)，為了保護(hù)橋墩，采用被動(dòng)防護(hù)，并和砌石防護(hù)進(jìn)行對(duì)比分析，見表2。

表2 被動(dòng)防護(hù)與砌石防護(hù)施工對(duì)比表Table2 Passiveprotectionandmasonryprotectionconstructioncomparisontable項(xiàng)目被動(dòng)防護(hù)方式砌石防護(hù)生產(chǎn)所需主要人工鉆孔工4人、注漿工2人、掛網(wǎng)工6人、雜工8人、安全員2人、技術(shù)員1人,共23人石匠12人、雜工8人、安全員2人、技術(shù)員1人,共23人施工需要的機(jī)械設(shè)備錨桿鉆機(jī)2臺(tái)、空壓機(jī)2臺(tái)、注漿泵2臺(tái)、砂漿攪拌機(jī)2臺(tái)手推車4臺(tái)施工用材料腳手架、鋼繩錨桿、鋼絲繩網(wǎng)、格柵網(wǎng)、立柱、拉繩、支撐繩砂漿、片石、塊石、預(yù)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(hù)工程，既可以使用被動(dòng)防護(hù)措施又可以使用砌石防護(hù)措施的條件下，被動(dòng)防護(hù)措施在設(shè)備和施工材料用量上都比砌石防護(hù)大，但是施工工期是砌石防護(hù)的一半，是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。

4.3 其他方面

a.經(jīng)濟(jì)性。從上文柔性防護(hù)措施與其他防護(hù)措施的比較中得出結(jié)論，使用柔性防護(hù)技術(shù)在施工花費(fèi)方面大約是砌石防護(hù)這類傳統(tǒng)防護(hù)措施施工花費(fèi)的60%，很大程度上降低了邊坡防護(hù)工程所需的費(fèi)用。

b.環(huán)保性。錨噴防護(hù)邊坡、擋土墻防護(hù)邊坡以及漿砌片石防護(hù)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(yàn)非常差。柔性防護(hù)系統(tǒng)不擾亂駕駛員視線，不對(duì)坡體施工前的穩(wěn)定性造成損害，能夠?qū)⒔^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(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)同時(shí)種植植被的防護(hù)措施，和錨桿加固同時(shí)使用正六邊形空心磚種植植被的防護(hù)措施比較，前者施工工期短且經(jīng)濟(jì)[13]。

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

5 結(jié)論

SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)在重丘山區(qū)高速公路土質(zhì)邊坡維護(hù)中使用，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)防護(hù)措施存在的缺陷，SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)對(duì)公路安全有保障，且施工快捷規(guī)范、能保護(hù)生態(tài)環(huán)境，其防護(hù)理念以及設(shè)計(jì)思想得到了業(yè)界的認(rèn)可。與傳統(tǒng)的漿砌片石、錨桿加固、擋土墻等剛性防護(hù)措施比較，SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)不但擁有傳統(tǒng)防護(hù)技術(shù)的預(yù)防治理作用，而且可以預(yù)防治理坡面常見地質(zhì)災(zāi)害。SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)秉承“以柔制剛”的理念達(dá)到“事倍功半”效益，是一種施工便捷、資金投入相對(duì)少、對(duì)已有公路以及周邊建筑物擾動(dòng)相對(duì)小，對(duì)危險(xiǎn)落石落土有阻攔作用的新方法。