保護地生態(tài)敏感區(qū)域懸挑棧道設計探究

劉鵬程

（國家林業(yè)和草原局西南調(diào)查規(guī)劃院，昆明 650031）

1 引言

棧道是保護地內(nèi)巡護管理人員的主要通道，連接著各保護對象和管理設施，影響保護地內(nèi)的管理成效，因此，其規(guī)劃設計對保護地的視覺美觀性和管理人員的巡護感受都十分重要。目前，我國在很多景區(qū)修建了供游客體驗的懸挑棧道，而在各類自然保護地內(nèi)卻很少建設，有待進一步探究。

歷史上最早的懸挑棧道是通過鑿洞插木的方式進行建造，其使用年限很短，需要常年進行維護。隨著新材料的出現(xiàn)及建造工藝的發(fā)展，后來出現(xiàn)的高空懸臂棧道梁是仿照房屋建筑懸挑梁的設計方案，將懸挑梁水平澆筑埋入巖壁1.5 倍外挑梁長度深處，這種做法主要存在以下幾點不足：

1）由于需要在巖壁的水平方向鑿出梁根同截面大小且足夠?qū)⒘郝袢肷疃鹊目锥矗滂弾r作業(yè)難度大，費用高；

2）由于在澆筑混凝土前已在水平孔洞中置入鋼筋籠，水平澆筑混凝土灌入和振搗困難，施工質(zhì)量往往達不到設計要求，且澆筑混凝土的工作量大，會浪費大量的混凝土；

3）隨著人流超載情況的加劇，造成懸挑梁疲勞應力幅大，使這些高空懸臂棧道的使用年限遠低于設計年限。

本文所涉懸挑棧道擬建設于生態(tài)地位較高的自然保護地內(nèi)，設計更應充分尊重保護地內(nèi)既有的自然環(huán)境，最大限度地避免對自然生境的干擾，與原生環(huán)境充分融合，體現(xiàn)“相地合宜”。因此，在保護地內(nèi)實施懸挑棧道工程，設計時不能照搬現(xiàn)有的做法，需要在此基礎上進行優(yōu)化。

2 懸挑棧道的設計原則

懸挑棧道作為棧道中的一種特殊構(gòu)筑形式，其設計及建造必須遵循以下原則。

1）安全性：安全性是懸挑棧道設計的首要原則[1]。棧道設計前必須對地形及地質(zhì)災害情況、地質(zhì)條件等進行詳細勘察，為設計提供可靠的依據(jù)。

2）生態(tài)性：懸挑棧道選線要遵循對生態(tài)、資源環(huán)境影響最小的原則，應避免通過環(huán)境敏感地帶[2]，如動物棲息地、珍稀植物生長地段等，減小對周邊生態(tài)環(huán)境的影響。同時，良好的棧道建設不應該入侵和破壞自然景觀，其設計路徑應該符合地形構(gòu)造，建造材料應盡可能與自然融為一體[3]。

3）舒適性：懸挑棧道宜設計為水平步道或平緩梯步，表面平整、防滑，易于行走，充分結(jié)合自然地形，能緩則緩。

3 工程概況

某保護地某一區(qū)域內(nèi)生物資源豐富，植被類型較為典型，由于常年受當?shù)啬撩穹拍劣绊懀脖黄茐谋容^嚴重。目前，僅有1 條狹窄的便道通往此區(qū)域，平均寬度約30 cm，局部路段由于年久失修破損比較嚴重，且該路段沒有任何防護設施，存在較大的安全隱患，本通道繞行距離超過20 km，上坡下坡路段較多，給日常巡護工作帶來了不便。保護地管理單位為了提高巡護人員的舒適度和安全性，計劃重新選線修建巡護通道。擬建巡護通道路段為某河岸邊，其地勢陡峭，一側(cè)為懸崖，另一側(cè)是河床，因此，受擬建巡護通道路段地形條件限制，無法修建常規(guī)的地面巡護步道，擬修建懸挑巡護棧道。

由于受資金投入及項目計劃的制約，本項目懸挑棧道需分兩期進行建設。為了積累施工經(jīng)驗，為后期的懸挑棧道建設做好鋪墊，一期建設規(guī)模相對較小，總長度約為100 m。二期建設規(guī)模約為1 000 m。

4 設計方案

4.1 一期懸挑棧道設計方案

一期懸挑棧道（以下稱方案1）主要懸挑受力構(gòu)件采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其懸挑梁結(jié)構(gòu)設計如圖1 所示（其余次要構(gòu)件，如連梁、防腐木板、護欄等在本文中不做討論）。懸挑梁的截面尺寸為寬300 mm、高400 mm，混凝土采用C25，鋼筋采用HRB400 級；上部鋼筋直徑為22 mm，共3 根；下部鋼筋直徑為18 mm，共2 根，上下部鋼筋均應錨入巖體內(nèi)不小于3 m；鉆孔回灌材料采用水泥砂漿，其強度不得低于30 MPa，灌漿前，應將鉆孔清理干凈。為了保證懸挑梁在巖體內(nèi)的可靠錨固，設計梁混凝土應進入巖體內(nèi)不小于300 mm。本設計方案在原鋼筋混凝土懸挑梁的設計基礎上進行了以下優(yōu)化設計。

圖1 懸挑梁結(jié)構(gòu)設計詳圖（單位：mm）

1）設計汲取公路工程中錨桿護坡的施工技術(shù)，將鋼筋混凝土懸挑梁的受力縱筋可靠錨入穩(wěn)定的巖層中，保證了懸挑棧道的安全性。

2）鋼筋錨入巖體較整根混凝土梁伸入巖體內(nèi)，其巖土的開挖量大大減少，最大限度地降低了對保護地內(nèi)的山體破壞。

3）參考建筑地基基礎中錨桿基礎的設計參數(shù)，可準確計算懸挑梁中受力鋼筋的抗拔力等主要力學指標，使設計更科學。

方案1 結(jié)構(gòu)計算采用TSSD2017 結(jié)構(gòu)計算軟件，經(jīng)計算，各項指標（強度、變形等）均能滿足現(xiàn)行結(jié)構(gòu)規(guī)范的要求[4]，設計具有足夠的安全性。

4.2 二期懸挑棧道設計方案

二期懸挑棧道（下文稱方案2）原設計采用方案1，但由于二期建設規(guī)模較一期有了很大的增加，且工期受投資計劃的影響僅為1 a。建設方依據(jù)方案1 的施工工期進行推算，若繼續(xù)采用方案1，將無法按期完工，需重新考慮設計方案。

設計方依據(jù)現(xiàn)場條件及建設單位的主要訴求，方案2 主要懸挑受力構(gòu)件采用鋼結(jié)構(gòu)，該鋼結(jié)構(gòu)懸挑梁結(jié)構(gòu)設計如圖2所示：懸挑梁設計為熱軋普通工字鋼32a，其截面尺寸為高320 mm、翼緣高度為130 mm、腹板及翼緣厚度分別為9.5 mm及15 mm。為了保證鋼懸挑梁在巖體內(nèi)的可靠錨固，依據(jù)巖體級別，工字鋼需整體深入巖體內(nèi)1 000～2 000 mm，并用強度不低于30 MPa 的水泥砂漿進行灌漿處理。為增加對懸挑構(gòu)件的約束，在其下方設置一道鋼支撐，支撐采用等肢角鋼，其截面尺寸為肢長160 mm、截面厚為10 mm。支撐與懸挑梁之間采用焊縫連接，且嵌入巖體內(nèi)不小于50 mm。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)懸挑梁結(jié)構(gòu)設計詳圖（單位：mm）

方案2 結(jié)構(gòu)計算采用PKPM-STS 模塊計算軟件，經(jīng)計算，各項指標（強度、變形、穩(wěn)定性等）均能滿足現(xiàn)行結(jié)構(gòu)規(guī)范的要求[5]，設計具有足夠的安全性。

5 比較分析

本項目一、二期懸挑棧道目前均已建設完成，在總結(jié)設計成果及建成效果的基礎上，對已建成的兩種懸挑棧道從施工技術(shù)和后期運營等方面進行比較研究，為自然保護地內(nèi)懸挑棧道的建設提供參考。

5.1 施工技術(shù)比較分析

1）施工工期：方案1 中混凝土構(gòu)件依據(jù)相關規(guī)范，均需要在進行一定工期的養(yǎng)護后才能進行下一道工序，并且在澆筑混凝土之前安裝模板，導致方案1 的施工工期較長；方案2 的鋼構(gòu)件均可在鋼結(jié)構(gòu)加工廠制作完成后運輸至工地進行現(xiàn)場安裝即可，各鋼構(gòu)件之間的拼接也可通過現(xiàn)場焊接，施工速度較快。因此，在施工工期方面，方案2 具有較大的優(yōu)勢。

2）施工質(zhì)量：受交通條件的制約，方案1 中混凝土只能采取現(xiàn)場攪拌的方式進行制作，無法使用商品混凝土，因此，混凝土的質(zhì)量得不到保證，需要現(xiàn)場監(jiān)理、施工人員具有極高的責任心與安全意識；方案2 中鋼構(gòu)件的制作在車間進行，采取統(tǒng)一制作標準及統(tǒng)一檢驗水平，其質(zhì)量能很好地得到控制。當然，在現(xiàn)場安裝時，也存在安裝技術(shù)水平不高，施工人員不夠細心等不利因素，導致施工質(zhì)量得不到保證。

3）施工對環(huán)境的影響：方案1 中錨筋的施工可借用公路工程邊坡防護中錨筋的施工技術(shù)，依靠專門的施工機械將鋼筋植入巖體內(nèi)同時完成灌漿，懸挑梁的施工僅需將巖體鑿進0.3 m 即可，因此，對保護地內(nèi)巖體的破壞非常小；方案2 需要將懸挑梁深入巖體內(nèi)1.0～2.0 m，并且梁高達0.32 m、梁寬達0.13 m，因此，需要在巖體內(nèi)鑿開截面為0.4 m×0.2 m，深1.0～2.0 m 的腔體，待鋼梁就位后，再進行水泥砂漿的澆筑。因此，比較可知，方案2 對保護地內(nèi)的巖體具有較大的破壞性，且開挖出來的破碎巖石很難外運，導致施工對周邊環(huán)境會造成一定程度的影響。

5.2 后期運營維護比較分析

由于懸挑棧道修建于河道邊緣，臨近水面，受力構(gòu)件容易受潮；且在運行期間，偶爾會有落石等突發(fā)情況的發(fā)生，因此，棧道的后期維護極其重要。

方案1 懸挑梁的設計及施工，在保證受力鋼筋具有足夠的保護層厚度的情況下，其在潮濕環(huán)境中的耐久性會非常好。由于鋼筋混凝土懸挑梁具有較大的剛度及耐壓、耐沖擊的強度，在遇到有限的落石時，對其破壞不會造成構(gòu)件失效。一旦由于某種偶然外力導致鋼筋混凝土構(gòu)件失效，其后期的修復將非常困難，給巡護棧道的正常使用帶來不便。

方案2 的鋼結(jié)構(gòu)懸挑梁在長期的潮濕環(huán)境中，很容易慢慢腐蝕，為了避免這一情況，需要定期對鋼構(gòu)件進行防腐處理，且維護頻率要求較高[6]。鋼構(gòu)件在受外力沖擊下，極易變形，產(chǎn)生塑性變形后，很難恢復，因此，方案2 抵御偶然外力的能力比較欠缺。但鋼構(gòu)件受損后，其置換比較方便，且維修工期很短，對棧道的使用影響較小。

5.3 與環(huán)境融合性比較分析

方案1 中混凝土的色彩與周邊巖體的顏色比較接近，與周邊環(huán)境非常協(xié)調(diào)。由于混凝土構(gòu)件長期處于潮濕環(huán)境中，若干年后，其表面長滿青苔，將與自然環(huán)境將融為一體。

方案2 中鋼構(gòu)件表面需要刷防腐涂料，其色彩很難與周邊環(huán)境相宜。由于鋼懸挑梁下需要設置鋼支撐，其斜撐在巖體上，導致保護地內(nèi)巖體壁上比較凌亂，對保護地的景觀影響較大。

6 結(jié)論及建議

保護地是我國生態(tài)建設的核心載體，在維護國家生態(tài)安全中居于首要地位，在此區(qū)域內(nèi)進行懸挑棧道的建設，不同于一般景區(qū)，應以保護為主，充分尊重自然及周邊環(huán)境。基于此，通過對方案1 與方案2 的對比分析研究，認為方案1 更適合在保護地內(nèi)實施，在設計建設過程中需注意以下幾點：

1）懸挑棧道的設計應在對現(xiàn)場進行充分踏勘、對所選線路的地質(zhì)條件充分掌握的基礎上進行，并合理確定懸挑棧道的臨空高度；

2）懸挑棧道設計還應包含護欄、休憩設施、標志解說系統(tǒng)及環(huán)衛(wèi)設施等附屬設施的設計；

3）提前謀劃，保證充足的施工工期，施工過程務必注重對周邊生態(tài)的保護。