硯平高速公路邊坡柔性防護(hù)新技術(shù)

申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

1、引言 
    硯山～平遠(yuǎn)街高速公路是國(guó)道主干線GZ75云南境內(nèi)的一段，是云南省建設(shè)三縱三橫，九大通道框架網(wǎng)中連接廣西，出海通邊的主要通道，是滇中與滇東南的運(yùn)輸大動(dòng)脈，對(duì)云南的政治經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。
    硯平高速公路全長(zhǎng)67.133千米，比原老公路國(guó)道323線縮短了18千米。該段公路設(shè)計(jì)行車速度為80千米/小時(shí)，路基寬度為24.5米。路線呈北東～南西向延伸，經(jīng)過(guò)區(qū)域高程為1400～1680米。路線所在區(qū)域多為碳酸鹽巖溶喀斯特地貌，構(gòu)造剝蝕低中山地貌，巖溶洼地，石芽殘丘眾多，在路線經(jīng)過(guò)的局部地段，地形坡度較大，山坡坡度達(dá)250～450。公路所經(jīng)地段，有的自然高陡邊坡存在危巖、崩塌外，同時(shí)公路開(kāi)挖形成的人工邊坡也有大量的崩塌與落石。對(duì)公路的安全存在嚴(yán)重危害,須采取有效防護(hù)措施,針對(duì)硯平高速公路邊坡的特點(diǎn),在邊坡防護(hù)方案的選擇方上，指揮部經(jīng)多方考察論證,并在試驗(yàn)工程的基礎(chǔ)上，最后經(jīng)招標(biāo)確定采用瑞士布魯克成都工程公司的SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)。
    2、場(chǎng)地環(huán)境特征和邊坡危害性分析 
    2.1 地形地貌地質(zhì)特征簡(jiǎn)況 
    硯平高速公路采用SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)的段落主要集中在K11～K13和K29～K37高邊坡路段。這兩段都為碳酸鹽巖溶地貌，屬構(gòu)造剝蝕中山地貌，地形起伏較大，有的位置自然邊坡較陡。如K32+100的北側(cè)地形坡度300～320，K33+600北側(cè)地形坡度達(dá)430。
    K11～K13和K29～K37這兩段巖石為三疊系中統(tǒng)個(gè)舊組（T2g）的灰白色、灰褐色灰?guī)r及白云巖，一般呈厚層狀。由于該地區(qū)斷層和禢皺等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，致使巖體破碎，節(jié)理裂縫發(fā)育，而且?guī)r溶發(fā)育?；趶?fù)雜的地形地貌和地質(zhì)條件，因而在高速公路路基開(kāi)挖后沿線邊坡存在經(jīng)常發(fā)生崩塌落石的危險(xiǎn)。
    2.2 邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及危害性分析
    K10+300～+480段右側(cè)邊坡，坡度560～590，邊坡高92m，為灰?guī)r，呈厚層狀，個(gè)別位置呈薄層狀，有數(shù)條小型斷層和巨型節(jié)理。K32+410～+600，K32+680～+940、K32+880～K33+060等三段，邊坡高40～63m，邊坡坡度為530～580，巖性都是灰?guī)r，由于斷層節(jié)理裂縫極為發(fā)育，巖體松散破碎,路基經(jīng)人工爆破開(kāi)挖后，邊坡上碎石、塊石較多，易產(chǎn)生崩塌落石，危及行車安全和人們的生命安全。再如K36+070～+301左側(cè)邊坡，邊坡高度為58m，該段巖性為三疊系的灰?guī)r，巖體呈厚層狀，巖層產(chǎn)狀傾向1780，傾角330。巖體中發(fā)育2組節(jié)理，路基經(jīng)爆破開(kāi)挖后，也將導(dǎo)致邊坡上的巖體易發(fā)生崩塌落石等不良地質(zhì)現(xiàn)象。
    由于K11～K13和K29～K37兩段灰?guī)r地段的多個(gè)邊坡都屬于高陡邊坡，而且受人為爆破的影響，巖體破碎，邊坡的崩塌落石比較嚴(yán)重，若不作防護(hù)，將嚴(yán)重危及行車安全，故必須對(duì)這些邊坡進(jìn)行徹底整治。
    3、防護(hù)措施及方案的比較 
    為確保硯平高速公路運(yùn)營(yíng)的安全, 對(duì)邊坡存在崩塌落石的工程隱患做了下面幾種防護(hù)方案進(jìn)行比較分析。
    3.1 護(hù)面墻和漿砌片石護(hù)坡 
    由于K11～K13和K29～K37兩段的數(shù)十個(gè)邊坡都是屬于高陡邊坡，如果全部采用通常的防護(hù)方法，即護(hù)面墻和漿砌片石護(hù)坡，從工程結(jié)構(gòu)和工程量上都很大，且施工工期長(zhǎng)。這些高邊坡地段危巖分布高，采用漿砌片石護(hù)坡，自身重量砌得太高后，不能保證自身的穩(wěn)定性，而且嚴(yán)重破壞了自然景觀，從防護(hù)效果和綠化方面，這兩種防護(hù)方法都不是一種理想的方案。
    3.2 掛網(wǎng)噴漿 
    這種方法主要是用來(lái)防護(hù)邊坡巖體的風(fēng)化剝蝕，以及防止小巖塊和碎石的松動(dòng)滾落，而對(duì)于防止危巖落石并不理想。這種方法將導(dǎo)致硯平公路的這兩段高邊坡全部寸草不生的邊坡，將嚴(yán)重破壞自然景觀，而且由于云南地處高原，陽(yáng)光充足，陽(yáng)光反射，還可能造成行車安全問(wèn)題。該方法造價(jià)也較高，施工工期長(zhǎng)，同時(shí)，若某點(diǎn)發(fā)生崩塌落石，可能引起大片掛網(wǎng)噴漿邊坡的破壞，所以，這種方法對(duì)落石防護(hù)效果極不理想，而且，隨著人們生態(tài)意識(shí)的提高，該方法已逐漸淘汰。 
    3.3 SNS柔性防護(hù)系統(tǒng) 
    3.3.1 SNS柔性防護(hù)的概念、類型和特點(diǎn)
    SNS（safety nettingSystem）柔性防護(hù)系統(tǒng)是利用鋼繩網(wǎng)作為主要構(gòu)成部分來(lái)防止崩塌落石危害的柔性安全防護(hù)系統(tǒng)，其與以圬工結(jié)構(gòu)為代表的傳統(tǒng)方法的主要差別在于系統(tǒng)本身具有的柔性和高強(qiáng)度，更能適應(yīng)于抗擊集中荷載和高沖擊荷載，且在大量的室內(nèi)外試驗(yàn)和理論分析計(jì)算基礎(chǔ)上建立的標(biāo)準(zhǔn)化部件形式，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算原理趨于科學(xué)化和標(biāo)準(zhǔn)化。此外，系統(tǒng)設(shè)置后的較小視覺(jué)干擾和最大限度的維持原始地貌和植被，同時(shí)可進(jìn)行人工綠化，在美化環(huán)境方面的社會(huì)效益是其他方法無(wú)法比擬的。
    該系統(tǒng)包括主動(dòng)系統(tǒng)和被動(dòng)系統(tǒng)兩個(gè)類型，主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)通過(guò)錨桿和支撐繩固定方式將鋼繩網(wǎng)覆蓋在有潛在崩塌落石災(zāi)害的坡面上，從而通過(guò)阻止崩塌落石發(fā)生或限制崩巖運(yùn)動(dòng)范圍來(lái)實(shí)現(xiàn)防止崩塌落石危害的目的。根據(jù)硯平高速公路邊坡的地質(zhì)條件和潛在落石特征，選用SNS主動(dòng)系統(tǒng)對(duì)邊坡進(jìn)行了防護(hù)。 
    崩塌落石邊坡的一些傳統(tǒng)防護(hù)方法，已不能適應(yīng)我們安全的防護(hù)要求。而崩塌與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)果是必須在存在落石危害的陡峭山坡上建立龐大的攔石結(jié)構(gòu)，為此要尋找開(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)強(qiáng)度大，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。因此，我們借用以柔克剛的思想，建立柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)事半功倍的防護(hù)效果。 
    不難看出，不論是從現(xiàn)有坡面地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)本身的不足，還是從各類與巖土工程有關(guān)的基礎(chǔ)建設(shè)步伐的加快、規(guī)模和等級(jí)的提高以及相關(guān)施工技術(shù)水平的提高上，都迫切要求深入開(kāi)展坡面地質(zhì)災(zāi)害的研究防治工作，尋求一種施工簡(jiǎn)單易行、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、環(huán)保效果好、經(jīng)濟(jì)合理的防治新技術(shù)，SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)可解決這種矛盾。 
    3.3.2 SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的原理
    SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)按主要構(gòu)成分為鋼絲繩網(wǎng)、普通鋼絲格柵（常稱鐵絲格柵）和TECCO 高強(qiáng)度鋼絲格柵三類，前兩者通過(guò)鋼絲繩錨桿或支撐繩固定方式，后者通過(guò)鋼筋（可施加預(yù)應(yīng)力）或鋼絲繩錨桿（有邊沿支撐繩時(shí)采用）、專用錨墊板以及必要時(shí)的邊沿支撐繩等固定方式，將作為系統(tǒng)主要構(gòu)成的柔性網(wǎng)覆蓋在有潛在地質(zhì)災(zāi)害的坡面上，從而實(shí)現(xiàn)其防護(hù)目的。
    SNS標(biāo)準(zhǔn)主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)常用于坡面崩塌、危巖、落石、風(fēng)化剝落、溜坍、溜滑或塌落類地質(zhì)災(zāi)害加固防護(hù)，其明顯特征是采用系統(tǒng)錨桿固定，并根據(jù)柔性網(wǎng)的不同，分別通過(guò)支撐繩和縫合張拉（鋼絲繩網(wǎng)和鐵絲格柵）或預(yù)應(yīng)力錨桿（TECCO-65格柵）來(lái)對(duì)柔性網(wǎng)部分實(shí)現(xiàn)預(yù)張，從而對(duì)整個(gè)邊坡形成連續(xù)支撐，其預(yù)張拉作業(yè)使系統(tǒng)盡可能緊貼坡面并形成了抑制局部巖土體移動(dòng)或在發(fā)生局部位移或破壞后將其裹縛（滯留）原位附近的預(yù)應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)其主動(dòng)防護(hù)（加固）功能。該系統(tǒng)在施工工藝上為確保其盡可能緊貼坡面，錨桿孔口應(yīng)開(kāi)鑿孔口凹坑（由于系統(tǒng)布置的靈活性，?？稍谠试S范圍內(nèi)利用天然低凹位置設(shè)置錨桿，從而適當(dāng)減少孔口凹坑的開(kāi)鑿）。
    該系統(tǒng)在作用原理上類似于噴錨和土釘墻等面層護(hù)坡體系，但因其柔性特征能使系統(tǒng)將局部集中荷載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，即局部受載，整體作用，從而使系統(tǒng)能承受較大的荷載并降低單根錨桿的錨固力要求。此外，由于系統(tǒng)的開(kāi)放性，地下水可以自由排泄，避免了由于地下水壓力的升高而引起的邊坡失穩(wěn)問(wèn)題；該系統(tǒng)除對(duì)穩(wěn)定邊坡有一定貢獻(xiàn)外，同時(shí)還能抑制邊坡遭受進(jìn)一步的風(fēng)化剝蝕，且對(duì)坡面形態(tài)特征無(wú)特殊要求，不破壞和改變坡面原有地貌形態(tài)和植被生長(zhǎng)條件，其開(kāi)放特征給隨后或今后有條件并需要時(shí)實(shí)施人工坡面綠化保留了必要的條件，綠色植物能夠在其開(kāi)放的空間上自由生長(zhǎng)，植物根系的固土作用與坡面防護(hù)系統(tǒng)結(jié)為一體，從而抑制坡面破壞和水土流失，反過(guò)來(lái)又保護(hù)了地貌和坡面植被，實(shí)現(xiàn)最佳的邊坡防護(hù)和環(huán)境保護(hù)目的。 
    4、邊坡防護(hù)方案設(shè)計(jì)和施工 
    4.1 防護(hù)方案的設(shè)計(jì) 
    SNS主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)是通過(guò)錨桿和支撐繩對(duì)各網(wǎng)塊施加的預(yù)張力使各網(wǎng)塊在坡面上張緊后對(duì)坡面危巖落石施以一定的預(yù)緊壓力，從而提高危巖穩(wěn)定性，阻止危巖落石的發(fā)生。
    該系統(tǒng)主要有柔性鋼繩錨桿、支撐繩和鋼繩網(wǎng)構(gòu)成。縱橫交錯(cuò)并進(jìn)行依次預(yù)張力的ф16支撐繩與4.5m×4.5m正方形標(biāo)準(zhǔn)模式（為節(jié)省材料，局部邊界采用4.5m×2.5m）網(wǎng)格內(nèi)鋪設(shè)一張4m×4m（或4m×2m）的DO/08/300型鋼繩網(wǎng)，每張鋼繩網(wǎng)與四周支撐繩間用ф8縫合繩縫合連接并進(jìn)行第二次預(yù)張拉，該預(yù)張拉工藝能使系統(tǒng)對(duì)坡面施以一定的法向預(yù)緊壓力。從而提高表層土體的穩(wěn)定性，控制危巖體的移動(dòng)。該系統(tǒng)各構(gòu)成部分在每一獨(dú)立的防護(hù)區(qū)域內(nèi)為一互相聯(lián)系的共同作用整體，一旦坡面巖土體發(fā)生局部的變形或位移則系統(tǒng)將不是局部而是以整體的形式發(fā)揮作用。
    在硯平高速公路有K12+300～+480段右側(cè)、K32+410～+600段、K32+680～+940段、K32+880～K32+060段、K35+200～+440段、K36+070～+301段、K36+190～+325段右側(cè)、K36+420～+540左側(cè)等十多段高邊坡均采用SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行護(hù)坡。
    4.2 施工特點(diǎn) 
    這是一種先進(jìn)的危巖落石防護(hù)技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是施工周期短，對(duì)地形的適應(yīng)性比較強(qiáng)，而且施工安裝比較靈活，這種系統(tǒng)可以安裝在坡面的任何需要位置。 
    在硯平高速公路的數(shù)十段邊坡，采用了SNS柔性主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)，總面積在40000余平方米，指揮部要求施工單位在雨季前2個(gè)月內(nèi)完成施工，而且不能影響路基和路面工程的正常施工。施工單位僅投入70多人，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成了所有邊坡的防護(hù)，說(shuō)明該方法施工快，效率高，而且不影響其它工程的施工。經(jīng)過(guò)雨季和暴雨的沖刷，采用SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)防護(hù)的邊坡完好如初，未發(fā)生任何崩塌落石，效果較顯著。
    4.3 施工安裝技術(shù)要求 
    SNS柔性主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的施工安裝技術(shù)要求按以下步驟進(jìn)行。
    ① 對(duì)坡面防護(hù)區(qū)域的松土及落石進(jìn)行清除； 
    ② 從防護(hù)區(qū)域下沿中部開(kāi)始向上和兩側(cè)放線測(cè)量確定錨桿孔位，并在每一孔位處鑿一深度不小于錨桿外露環(huán)套長(zhǎng)度的凹坑，一般直徑20cm深15cm； 
    ③ 按設(shè)計(jì)深度轉(zhuǎn)鑿錨桿孔并清除孔內(nèi)粉塵，孔深應(yīng)比設(shè)計(jì)錨桿長(zhǎng)5 cm以上，孔徑不小于ф45；當(dāng)受鑿巖設(shè)備限制時(shí)，構(gòu)成每根錨桿的兩股鋼繩可分別錨入兩個(gè)孔徑不小于ф35的錨孔內(nèi)，形成人字型錨桿，兩股鋼繩間夾角為150～320，以達(dá)到同樣的錨固效果；
    ④ 注漿并插入錨桿，采用標(biāo)號(hào)不低于M20的水泥砂漿，宜用灰砂比1：1～1：1.2，水灰比0.45～0.50的水泥砂漿，水泥宜用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，優(yōu)先選用粒徑不大于3mm的中細(xì)砂，確保漿液飽滿，在進(jìn)行下一道工序前注漿體養(yǎng)護(hù)不少于3天；
    ⑤ 安裝縱橫向支撐繩，張拉緊后兩端各用兩個(gè)繩卡與錨桿外露環(huán)套固定連接； 
    ⑥ 從上向下鋪掛格柵網(wǎng)，格柵網(wǎng)間重疊寬度不小于5cm，兩張格柵網(wǎng)的縫合，格柵網(wǎng)與支撐繩間用ф1.2鐵絲按1m間距進(jìn)行扎結(jié)； 
    ⑦ 從上向下鋪設(shè)鋼繩網(wǎng)縫合，縫合繩為ф8鋼繩，每張鋼繩網(wǎng)均用一根長(zhǎng)33.5m的縫合繩與四周支撐繩進(jìn)行縫合并預(yù)張拉，縫合繩的兩端各用兩個(gè)繩卡進(jìn)行固定連結(jié)； 
    ⑧ 用ф1.2鐵絲對(duì)鋼繩網(wǎng)和格柵網(wǎng)間進(jìn)行相互扎結(jié)，扎結(jié)點(diǎn)縱橫間距1.0m左右。
    5、結(jié)束語(yǔ) 
    隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在防護(hù)工程中，首先在保證技術(shù)可靠的基礎(chǔ)上，再向經(jīng)濟(jì)的角度去比較，從而選用出經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)方案。在硯平高速公路的邊坡中采用了SNS柔性主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)邊坡防護(hù)技術(shù)具有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)： 
    ① 該系統(tǒng)為工廠化與標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，施工速度快。硯平公路數(shù)萬(wàn)平方米的施工，僅2個(gè)月工期，而且不影響其它同時(shí)進(jìn)行的施工工程。 
    ② 該系統(tǒng)充分利用柔性材料的易鋪展性和高防沖擊能力，通過(guò)系統(tǒng)和大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)形成了適應(yīng)各類邊坡和自然坡面的地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)的系統(tǒng)化技術(shù)，并便于工程質(zhì)量控制和工程量的準(zhǔn)確計(jì)量。 
    ③ 充分利用高強(qiáng)金屬材料的質(zhì)輕和易加工特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輕型、部件生產(chǎn)的工廠化和積木式部件安裝，以盡可能簡(jiǎn)單的機(jī)具、最短的工期和最少的勞動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)施工安裝和維護(hù)的簡(jiǎn)單快速化，從而解決山區(qū)復(fù)雜地形條件下傳統(tǒng)防護(hù)措施施工困難、進(jìn)展緩慢的長(zhǎng)期難題；并充分利用系統(tǒng)的柔性和施工布置的靈活性來(lái)最大限度地適應(yīng)各種復(fù)雜的地形地貌環(huán)境，避免或盡可能降低因開(kāi)挖所造成的環(huán)境破壞和對(duì)邊坡穩(wěn)定性的危害，以及對(duì)其他作業(yè)和周邊建筑物正常運(yùn)營(yíng)的干擾。 
    ④ 充分利用系統(tǒng)的開(kāi)放性來(lái)減小系統(tǒng)的視覺(jué)干擾和保護(hù)原有植被及其生長(zhǎng)條件，并給實(shí)施人工綠化提供了可能，以充分利用植被根系的護(hù)坡加固作用和綠色植物的環(huán)境綠化美化功能，將工程治理與環(huán)境保護(hù)和改造融為一體。 
    ⑤ 充分利用技術(shù)成熟、性價(jià)比良好的金屬涂層防腐技術(shù)，采用熱鍍鋅的鋼絲繩和鋼絲或鋅鋁合金涂層鋼絲來(lái)確保系統(tǒng)較長(zhǎng)的防腐壽命，前者一般可達(dá)30～50年，后者可達(dá)上百年，必要時(shí)只需更換少量部件即可延長(zhǎng)使用壽命。