SNS 柔性防護(hù)系統(tǒng)在高邊坡地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用

樓莉莉，王洪林

(四川準(zhǔn)達(dá)巖土工程有限責(zé)任公司，四川成都 610072)

1 工程概況

桐雅公路是二灘水電站建設(shè)時(shí)期修建的對(duì)外專線公路，位于雅礱江右岸，從桐子林大橋至攀枝花市雅江橋，全長(zhǎng)14.7 km，設(shè)計(jì)為礦山二級(jí)公路，路基寬度為10 m，路面寬度為9 m，全線通車時(shí)間為1993年1月。橄欖坡位于桐雅公路K4+940～K5+060段，高程為1200～1300 m 左右，公路至橄欖坡坡頂最大高差約270 m，路面至雅礱江水面高差40 m 左右。高陡邊坡的崩塌落石(尤其在雨季)給公路運(yùn)行維護(hù)、車輛、行人的安全造成了很大的影響，也對(duì)公路路面造成了一定的損壞，對(duì)其進(jìn)行防護(hù)至關(guān)重要。

2 防護(hù)設(shè)計(jì)方案

橄欖坡坡高壁陡，尤其是高程1150 m 以上，坡度達(dá)65°以上，形成陡壁，崩塌塊石主要產(chǎn)生于此處。針對(duì)橄欖坡地形地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)采用被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)為主，主動(dòng)防護(hù)為輔的防護(hù)措施。筆者在文中僅介紹了被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及安裝方法。

SNS 系統(tǒng)是我國(guó)從瑞士引入的一種以熱鍍鋅高強(qiáng)度鋼絲繩網(wǎng)為主要構(gòu)成的柔性防護(hù)系統(tǒng)，其主要采用主動(dòng)覆蓋和被動(dòng)攔截兩大基本形式實(shí)現(xiàn)對(duì)崩塌落石、坡面風(fēng)化剝落等地質(zhì)災(zāi)害的防治，以落石所具有的沖擊動(dòng)能這一綜合參數(shù)作為最主要的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)地形地貌有較廣泛的適應(yīng)性，可實(shí)現(xiàn)部件的工廠化生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化安裝，為崩塌落石的整治提供了一種非常可行的方法。

2.1 危石沖擊動(dòng)能計(jì)算

計(jì)算公式:

單一坡度的山坡危石運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算公式:

式中 H 為危石墜落高度，m;g 為重力加速度，m/s2;α為山坡坡度角，(°);K 為阻力特性系數(shù)，m，其計(jì)算公式見表1;ε為速度系數(shù);μ為系數(shù);η為系數(shù)，取1.1。

以樁號(hào)DK5+015～DK5+064段為計(jì)算示例，取上部高處質(zhì)量為800 kg 為代表的危石作為研究對(duì)象，取H=200 m，α=65°，計(jì)算可求得Vj=51.96 m/s，E=1296 kJ。據(jù)此，在1100 m 高程處選擇能級(jí)為1500 kJ 的RXI-150型防護(hù)網(wǎng)能滿足要求。

表1 阻力特性系數(shù)K 值表

2.2 被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)布置

根據(jù)橄欖坡的地質(zhì)條件及落石特征，依據(jù)具體計(jì)算，在高程108～1082 m、樁號(hào)DK5+015～DK5+064;高程1098～1100 m、樁號(hào)DK5+070～DK5+120;高程1085～1090 m、樁號(hào)DK5+197～DK5+325布置三段RXI-150型SNS 被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，柱高4 m、柱間距10 m。在高程1085～1090 m、樁號(hào)DK5+140～DK5+197段布置RXI-200型SNS 被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，柱高4 m，柱間距10 m。考慮到危石騰越、地形等因素，在邊坡下部DK4+957～DK5+017、DK5+150～DK5+306兩段擋墻上，以及高程1063 m，樁號(hào)DK5+169～DK5+235段;高程1067 m，樁號(hào)DK5+140～DK5+163段;高程1065 m，樁號(hào)DK5+076～DK5+104段布置RXI-100型SNS 被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，柱高3 m，柱間距10 m，用以攔截騰越過(guò)第一道防護(hù)網(wǎng)的危石。

3 SNS 被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的安裝方法

被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)是一種能攔截和堆存落石的柔性攔石網(wǎng)，能在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力范圍內(nèi)完全吸收落石的動(dòng)能并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)的變形能而加以消散，它由鋼絲繩網(wǎng)、固定系統(tǒng)(基座、錨桿、拉錨繩、支撐繩)、減壓環(huán)和鋼柱構(gòu)成(圖1)。系統(tǒng)的柔性主要來(lái)自鋼絲繩網(wǎng)、支撐繩和減壓環(huán)等結(jié)構(gòu)，鋼柱與基座間采用可動(dòng)鉸連接以確保整個(gè)系統(tǒng)的柔性匹配。

圖1 SNS 被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1 基座錨固安裝

高邊坡落石產(chǎn)生的沖擊力通過(guò)鋼絲繩網(wǎng)傳遞給鋼柱，因此，鋼柱的穩(wěn)定性是SNS 防護(hù)系統(tǒng)有效攔截落石的保證。鋼柱的固定采用混凝土基座或錨桿(在漿砌石擋墻上的基座)。

首先，對(duì)鋼柱和錨桿基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)量定位，開挖至基巖并鉆鑿錨桿孔，插入錨桿錨固后進(jìn)行基礎(chǔ)混凝土澆筑，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到50%后，將基座套入地腳螺栓并將螺帽擰緊。

3.2 鋼柱及拉錨繩的安裝

將鋼柱順坡向上放置，使鋼柱底部位于基座處，把上拉錨繩的掛環(huán)掛于鋼柱頂端掛座上，然后將上拉錨繩的另一端與對(duì)應(yīng)的拉錨桿環(huán)套連接并用繩卡固定，將鋼柱緩慢抬起并對(duì)準(zhǔn)基座，將鋼柱底部插入基座，最后插入連接螺桿并擰緊。通過(guò)上拉錨繩按設(shè)計(jì)方位調(diào)整好鋼柱方位，拉緊錨繩并用繩卡固定。側(cè)拉錨繩及下拉錨繩的安裝方法同上拉錨繩，只是在上拉錨繩安裝好后進(jìn)行。

3.3 上、下支撐繩的安裝

(1)上支撐繩的安裝方法。

將第一根上支撐繩的掛環(huán)端暫時(shí)固定于端柱(分段安裝時(shí)為每一段的起始鋼柱)的底部，然后沿平行于系統(tǒng)走向的方向上調(diào)支撐繩并放置于基座的下側(cè)，將減壓環(huán)調(diào)節(jié)就位(距鋼柱50 cm，同一根支撐繩上每一跨的減壓環(huán)相對(duì)于鋼柱對(duì)稱布置)，將該支撐繩掛環(huán)于端柱的頂部掛座上。在第二根鋼柱處，用繩卡將支撐繩固定于掛座的外側(cè)(僅用30%標(biāo)準(zhǔn)緊固力)。在第三根鋼柱處，將支撐繩放在掛座的內(nèi)側(cè)，如此相間安裝支撐繩在基座掛座的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，直到本段最后一根鋼柱并向下繞至該鋼柱基座的掛座上，再用繩卡暫時(shí)固定。調(diào)整減壓環(huán)位置，當(dāng)確定減壓環(huán)全部正確就位后拉緊支撐繩并用繩卡固定。第二根上支撐繩和第一根的安裝方法相同，只不過(guò)是從第一根支撐繩子的最后一根鋼柱向第一根鋼柱的方向后向安裝而已，且減壓環(huán)位于同一跨的另一側(cè);在距減壓環(huán)40 cm 處用一個(gè)繩卡將兩根上支撐繩相互連接(僅用30%標(biāo)準(zhǔn)緊固力)。

(2)下支撐繩的安裝。

將第一根下支撐繩的掛環(huán)掛于端柱基座的掛座上，然后沿平行于系統(tǒng)走向的方向調(diào)直支撐繩并將其放置于基座的外側(cè)，將減壓環(huán)調(diào)節(jié)就位(距鋼柱約50 cm，同一根支撐繩上每一跨的減壓環(huán)相對(duì)于鋼柱對(duì)稱布置);在第二個(gè)基座處，用繩卡將支撐繩固定于掛座的外側(cè)(僅用30%的標(biāo)準(zhǔn)緊固力);在第三個(gè)基座處，將支撐繩放在掛座內(nèi)下側(cè)。如此相間安裝支撐繩在基座掛座的內(nèi)下側(cè)，直到本段最后一個(gè)基座并將支撐繩纏繞在該基座的掛座上，再用繩卡暫時(shí)固定。檢查確定減壓環(huán)全部正確就位后拉緊支撐繩卡固定。按上述步驟安裝第二根下支撐繩，但需反向安裝且減壓環(huán)位于同一跨的另一側(cè)。在距減壓環(huán)約40 cm 處用一個(gè)繩卡將兩根底部支撐繩相互連接(僅用30%標(biāo)準(zhǔn)緊固力)，如此在同一掛座處形成內(nèi)下側(cè)和外側(cè)兩根交錯(cuò)的雙支撐繩結(jié)構(gòu)。

3.4 鋼絲繩網(wǎng)的安裝

將鋼絲繩網(wǎng)按組編號(hào)，并在鋼柱之間按照對(duì)應(yīng)的位置展開，用一根多余的起吊鋼繩穿過(guò)鋼絲繩網(wǎng)上的圓網(wǎng)孔(同一跨內(nèi)兩張網(wǎng)同時(shí)起吊)，一端固定在一根臨近鋼柱的頂端，另一端通過(guò)另一根鋼柱掛座繞到其基座并暫時(shí)固定。用緊繩器將起吊繩拉緊，直到鋼絲繩網(wǎng)上升到上支撐繩的水平為止，再用多余的繩卡將網(wǎng)與上支撐繩暫時(shí)進(jìn)行松動(dòng)連接，同時(shí)也可將網(wǎng)與下支撐繩暫時(shí)連接以確保縫合時(shí)更為安全，此后，起吊繩可以松開抽出。重復(fù)上述步驟，直到全部鋼絲繩暫時(shí)掛到上支撐繩上為止，并側(cè)向移動(dòng)鋼絲繩網(wǎng)使其位于正確位置。將縫合繩按單張網(wǎng)周邊長(zhǎng)的1.3倍截?cái)啵⒃谄渲悬c(diǎn)作標(biāo)記。鋼絲繩網(wǎng)的縫合從系統(tǒng)的一端開始，先將縫合繩中點(diǎn)固定在每一張網(wǎng)的上緣中點(diǎn)處的支撐繩上，從中點(diǎn)開始用一半縫合繩向左逐步將網(wǎng)與兩根支撐繩纏繞在一起。最后，用繩卡將縫合繩與鋼絲繩網(wǎng)固定在一起，繩卡應(yīng)放在離縫合繩末端約0.5 m 的地方，縫合繩的另一半從網(wǎng)上緣中點(diǎn)開始向右縫合，直到與另一張網(wǎng)交界的地方轉(zhuǎn)而向下將兩張網(wǎng)縫合在一起，當(dāng)其到達(dá)下支撐繩時(shí)轉(zhuǎn)向該張網(wǎng)并與兩根支撐繩纏繞在一起，最后使左右側(cè)的縫合繩端頭重疊1 m。

3.5 格柵的安裝

將格柵鋪掛在鋼絲繩網(wǎng)的內(nèi)側(cè)，上側(cè)緊貼上支撐繩，用扎絲與上支撐繩縫合，格柵底部沿斜坡向上鋪設(shè)0.5 m 左右，并為使下支撐繩與地面間不留縫隙，用一些石塊將格柵底部壓住，每張格柵間疊蓋約5 cm，用扎絲將格柵固定到網(wǎng)上，扎結(jié)間距不大于1 m。

4 結(jié)語(yǔ)

桐雅公路橄欖坡邊坡SNS 防護(hù)系統(tǒng)自2009年5月施工完畢，兩年多時(shí)間，有效攔截了邊坡上部山體的崩塌塊石，保證了邊坡下部桐雅公路的正常運(yùn)行和車輛、行人的安全。

對(duì)于被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)邊坡內(nèi)側(cè)堆積的所攔截落石需要定期或不定期派人清理，以保證被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)一直發(fā)揮有效的攔截作用。

SNS 被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)尤其適用于主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、錨噴支護(hù)等難以施工的高陡邊坡，其施工工期短，攔截性能安全、可靠，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、水利水電、地質(zhì)災(zāi)害治理等工程的邊坡防護(hù)施工中。

［1］張力.長(zhǎng)河壩電站右岸高邊坡安全防護(hù)網(wǎng)的設(shè)計(jì)與施工［J］.山西建筑，2009，35(21):361～362;

［2］鐵路沿線斜坡柔情安全防護(hù)網(wǎng)，TB/T3089-2004［S］.