引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)在邊坡生態(tài)防護(hù)中的應(yīng)用

雷凡 趙軍 郭景昆 許滸 肖杭

（1.江西省公路科研設(shè)計(jì)院有限公司，江西 南昌 330006；2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都 610031）

一、引言

當(dāng)前，常見的巖石邊坡防護(hù)工程措施主要有主動(dòng)固坡和被動(dòng)攔擋兩種形式，前者包括噴漿、噴射混凝土、砌石、主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等，而后者包括擋土墻、攔石壩、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等。其中，大量的混凝土圬工對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不利影響，此外隨著時(shí)間的推移，鋼筋銹蝕、混凝土老化、巖石風(fēng)化等現(xiàn)象，使得防護(hù)效果越來越差，維護(hù)成本大幅增加。以主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)為代表的傳統(tǒng)柔性防護(hù)系統(tǒng)因具有地形適應(yīng)性強(qiáng)、施工周期短等優(yōu)勢(shì)[1]，得到了快速的推廣。然而，由于防護(hù)邊界和防護(hù)能級(jí)的限制，其應(yīng)用范圍也受到一定局限，尤其是攔截物易在防護(hù)網(wǎng)內(nèi)部形成堆積，難以清理維護(hù)，為二次災(zāi)害埋下了風(fēng)險(xiǎn)隱患。

引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)是一種新型的柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)，除了兼具主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)之外，還具備防護(hù)范圍大、防護(hù)能級(jí)高和易清理、易維護(hù)等特點(diǎn)。本文通過介紹引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)的工作原理和技術(shù)特征，將其與傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)工程措施進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步闡述了引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)在施工性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等方面的優(yōu)勢(shì)，以期將引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)推廣應(yīng)用至山區(qū)公路邊坡生態(tài)防護(hù)中。

二、引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)工作原理

引導(dǎo)式防護(hù)網(wǎng)最早于20世紀(jì)90年代在北美地區(qū)公路行業(yè)開始使用[2]，后經(jīng)不斷改進(jìn)在歐洲和日本等地區(qū)獲得應(yīng)用。交通運(yùn)輸部于2020年7月發(fā)布的《邊坡柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)JT/T 1328-2020》首次將引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)納入我國(guó)公路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[3]。引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)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(dǎo)部分兩部分組成，盡管上述兩種類型的引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景和結(jié)構(gòu)形式有所不同，但其工作機(jī)理均為先將崩落的巖石捕捉收集在柔性網(wǎng)片內(nèi)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(dǎo)至防護(hù)網(wǎng)末端指定區(qū)域。崩塌體下落過程中會(huì)與網(wǎng)片和邊坡反復(fù)發(fā)生碰撞和摩擦，從而消耗大量動(dòng)能[4]。同時(shí)，堆積在底部的崩塌體極易清理，便于維護(hù)。

圖1 引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)組成

三、引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)工程措施多以安全性為設(shè)計(jì)原則和施工原則，經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、施工效率等方面優(yōu)勢(shì)不足。與之相比，引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)在施工性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和后期維護(hù)方面都有明顯優(yōu)勢(shì)。

（一）施工性

引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)的各組成部件在工廠進(jìn)行加工制造，然后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，其施工效率高、工程量小、施工進(jìn)度快且對(duì)原有的地形地貌破環(huán)小。而傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)工程措施，如錨桿防護(hù)、抗滑樁防護(hù)、擋土墻防護(hù)，會(huì)對(duì)已有的地形地貌進(jìn)行大改動(dòng)和大擾動(dòng)，而且在現(xiàn)場(chǎng)直接施工，工程量、工程周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)工程。在相同的防護(hù)量和防護(hù)能級(jí)下，引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間約為一周，而傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)工程施工時(shí)間短則十天半月，長(zhǎng)則幾個(gè)月。

（二）經(jīng)濟(jì)性

相比傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)工程措施，引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)工程量小、施工周期短，所以耗費(fèi)的勞動(dòng)力少、工程造價(jià)低，更經(jīng)濟(jì)節(jié)約。傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)工程措施屬于勞動(dòng)密集型的防護(hù)方式，而引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)屬于技術(shù)性的防護(hù)措施。因此這種創(chuàng)新性的防護(hù)措施必將具有更高的經(jīng)濟(jì)性，推動(dòng)邊坡防護(hù)朝著經(jīng)濟(jì)節(jié)約的方向發(fā)展。

（三）環(huán)保性

傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)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(huì)產(chǎn)生大量灰塵。而引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)本身是由鋼材制成，且為工廠預(yù)制，在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中不會(huì)造成太多污染問題。此外，傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)工程措施對(duì)原有地形地貌會(huì)進(jìn)行較大改動(dòng)，同時(shí)較大的混凝土圬工量會(huì)限制植被的自然生長(zhǎng)，如噴射水泥砂漿及漿砌片石防護(hù)封閉了植物生長(zhǎng)的環(huán)境，自然植被幾乎永久無法得到恢復(fù)，如圖2所示。裸露的混凝土和石料不僅會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，而且單調(diào)的顏色會(huì)帶給人們較差的視覺效果，影響駕駛?cè)藛T的視線。

圖2 噴漿及噴射混凝土防護(hù)措施

引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)不會(huì)破壞原有的地形地貌，對(duì)坡體施工前的穩(wěn)定性也不會(huì)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(hù)系統(tǒng)與坡面之間種植植被。金屬構(gòu)件能為植物的藤葉提供可攀附的支架，植物則能夠有效調(diào)節(jié)防護(hù)結(jié)構(gòu)周圍局域的溫度和濕度等環(huán)境影響，有益于防護(hù)結(jié)構(gòu)的耐久性，兩者能夠很好地纏繞融合從而產(chǎn)生綠色邊坡的視覺效果，如圖3所示。

圖3 引導(dǎo)式柔性防護(hù)系統(tǒng)與坡面綠植的融合

（四）后期維護(hù)

傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)工程措施后期隨著混凝土老化、鋼筋銹蝕、巖石風(fēng)化，原有的工程結(jié)構(gòu)容易發(fā)生破壞，且二次動(dòng)工將會(huì)拆除原有的結(jié)構(gòu)，容易造成水土流失。而引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)在保證結(jié)構(gòu)耐久性的情況下，不會(huì)發(fā)生較大的損害。而且對(duì)具體構(gòu)件的維修和更換也比較容易，二次動(dòng)工影響小，拆除的結(jié)構(gòu)部件還可以重復(fù)利用。當(dāng)發(fā)生落石災(zāi)害時(shí)，引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)可以有效地將落石控制在指定區(qū)域形成堆積，不會(huì)影響公路交通的正常運(yùn)營(yíng)，并且能通過有序的組織和簡(jiǎn)單的工法將堆積落石清理完畢[6]。

四、引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)的工程應(yīng)用

目前，引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)已在我國(guó)部分地區(qū)推廣應(yīng)用，在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的生態(tài)邊坡防護(hù)和治理中取得了不錯(cuò)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(yuǎn)市境內(nèi)，路線全長(zhǎng)213.75km，由于早期施工開挖、工程爆破、后期物理化學(xué)風(fēng)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(zāi)害。采用引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)進(jìn)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(cè)輔道。

由于工程為高速公路邊坡，施工設(shè)備可以輕松到達(dá)，采用吊車吊裝防護(hù)網(wǎng)構(gòu)件，大大縮短了施工周期，用時(shí)僅一個(gè)半月便完成了覆蓋面積超8萬m2的引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)安裝。該工程于2018年2月上旬完工，在2月份春運(yùn)期間，成功引導(dǎo)防護(hù)了多處落石，為春運(yùn)期間經(jīng)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(fù)原有攔截效果。當(dāng)年3月中下旬，坡面植被已經(jīng)開始復(fù)蘇，對(duì)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(chǎng)邊坡治理

該邊坡治理工程位于廣州地鐵南沙停車場(chǎng)，高邊坡位于南沙停車場(chǎng)主體段北側(cè)，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(hù)。坡體上部由花崗巖殘積土及土狀強(qiáng)風(fēng)化組成，結(jié)構(gòu)松散，具有遇水軟化、崩解、強(qiáng)度迅速降低的特性，在強(qiáng)降雨作用下沿中風(fēng)化及軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑塌。坡體下部由混合花崗巖中、微風(fēng)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(xué)校及住宅區(qū)，建筑較為密集，對(duì)潛在危巖體的滾落范圍有嚴(yán)格限制。因此，采用引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行加固防護(hù)[7]。

設(shè)計(jì)與施工方案遵循減少山體挖方與擾動(dòng)、減少環(huán)境影響、降低施工難度、減少后期養(yǎng)護(hù)的原則。在施工完成時(shí)，工程未對(duì)坡面植物造成破壞，如圖4(a)所示，尤其在經(jīng)過一段時(shí)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(chǎng)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(nèi)熊貓海景點(diǎn)遭到嚴(yán)重破壞。在對(duì)崩塌危巖的治理工程中，對(duì)景區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)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(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)，如圖5所示，以最大限度地保護(hù)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(jīng)治理后，九寨溝景區(qū)經(jīng)受了余震和暴雨的影響，引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)多次有效攔截崩塌落石，實(shí)現(xiàn)了震后景區(qū)無一起因地災(zāi)導(dǎo)致人員傷亡的事件發(fā)生，確保了景區(qū)內(nèi)村寨和道路的安全。同時(shí)，中國(guó)科學(xué)院空天信息研究院通過多源遙感監(jiān)測(cè)和實(shí)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(fù)至震前水平。由此可見，引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)兼顧了生態(tài)景觀和防護(hù)安全，為2021年9月九寨溝景區(qū)全域恢復(fù)開放提供了有力保障。

五、結(jié)語

綜上所述，引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)是一種新型的柔性防護(hù)工程結(jié)構(gòu)，兼具傳統(tǒng)主動(dòng)網(wǎng)和被動(dòng)網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，具有防護(hù)能力強(qiáng)、防護(hù)范圍廣、施工周期短、經(jīng)濟(jì)成本低、易維護(hù)、易清理等諸多優(yōu)勢(shì)。特別是在生態(tài)環(huán)保方面，引導(dǎo)式柔性防護(hù)網(wǎng)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(shì)，甚至在外觀和功能上均能與邊坡植被結(jié)合形成有機(jī)整體，屬于典型的環(huán)境友好型工程結(jié)構(gòu)，契合我國(guó)關(guān)于“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”的政策要求，極具推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。