结合工程实例探析边坡主动防护设计

周成文

(贵州省水利投资有限责任公司，贵阳550002)

湄潭县新南乡角口村角口电站边坡工程位于湄潭县高台镇与遵义县团溪镇、虾子镇三镇接壤的湘江与湄江交汇口处，距湄潭县城约40 km，有公路直达电站，交通较便利。在电站职工生活区至发电厂房段公路西侧为斜坡地貌，斜坡的坡向总体倾向东侧，斜坡坡度为25°～90°，斜坡上存在一陡崖;坡脚至厂区公路水平距离0～45 m，垂直高度36～58 m，破坏后果严重，为一级边坡。陡崖边坡为岩质边坡，边坡高9.7 ～12 m，坡度为约90°，边坡坡向为 73°～81°，根据场地的地形、基岩出露情况及边坡与厂区公路的关系，将该边坡分为两段(AB段、BC段)。岩层倾向坡体内侧，为切向坡，故边坡整体稳定性较好，但由于边坡基岩受角口断层影响，断层破碎带的岩体极易发生崩塌、落石，对角口电站职工上下班造成安全隐患。

1 地质状况

1.1 地形地貌

该工程地处贵州高原黔北山地向四川盆地过渡地带，地势西高东低，山峦起伏，场地高661～740 m，相对高差79 m。其地貌类型受地层岩性及地质构造控制，属侵蚀—溶蚀类型岩溶低山沟谷地貌，局部为悬崖或陡壁，自然坡度25°～90°。

1.2 地层岩性

场地为寒武系中上统娄山关群第一至第三段(∈2-3ls1-3):岩层的倾向44°～65°，倾角 71°～85°，上部灰、灰白色中至厚层含燧石团块及硅质条带白云岩;中部中厚层、厚层微肉红色白云岩夹少量白云岩;下部灰色中至厚层块状白云岩，总厚度约450 m。中部及中下部岩层普遍微硅化。岩石强度较高，属于硬质岩，岩溶弱发育，但隐节理发育，局部见晶洞。

1.3 地质构造、地震与不良地质现象

1.3.1 地质构造

场区大地构造单元属扬子准地台——黔北台隆——遵义断拱——凤冈北北东向构造变形区。区内主要构造形迹呈NE—NW向展布，主要有角口向斜、角口断层、数条压扭性断裂及次生构造，与工程有关主要构造简述如下:

角口向斜:长度大于300 m，宽30～80 m。位于场地内，轴线呈北西—南东向，地层为寒武系娄山关群第一段(∈2-3ls1)中至厚层及厚层块状灰色、微肉红色白云岩。

角口断层:逆断层，产状为倾向72°、倾角85°，位于场地内。断层长度 ＞20 km，断距 ＞1 000 m，断层破碎带宽约20 m，结构致密，胶结好，具阻水性质，使寒武系娄山关群(∈2-3ls3)白云岩与三迭系下统茅草铺组(T1m)灰岩接触。断裂挽近期无明显活动迹象。

1.3.2 地震

根据国家质量技术监督局颁布的《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)，调查区地震基本烈度小于Ⅵ度，区域稳定性较好，不考虑地震作用。

1.3.3 不良地质现象

1)由于角口断层沿该边坡纵向串通，断层破碎带上的白云岩、灰岩，沿边坡顶出现崩塌，落石和掉块现象。

2)已产生的崩塌体重325～17 290 kg，未对周边的建筑及生命财产造成危害。

3)已产生的崩塌体向下滚动距离约10～50 m，50 m外未发现崩塌落石，体积最大约为6.65 m3(即17 290 kg)，崩塌落石主要发生在下大雨后。

根据已发生的崩塌特征，预测可能产生的崩塌危岩体影响范围距陡崖脚约50 m，沿节理裂隙面及断层破碎带破坏，体积在0.13～6.65 m3

2 边坡主动防护设计

2.1 落石运动模式分析

根据场地的地形地貌和崩塌落石特征分析，防护区崩塌落石的运动形式为:自由坠落地带(坡度在60～90°)——加速运动地带(坡度在 30～60°)——减速运动地带(＜30°)。本次防护区，AB段基本具备以上三种运动形式，BC具备前上两种运动形式。

2.2 BC段主动防护网设计计算

根据现场调查，BC段边坡下存在崩塌体重325～2 016 kg之间，崩塌体向下滚动碎裂、散体，滚动水平距离约10 m，50 m外未发现崩塌滚石。该边坡植被差，对崩塌体向下滚动不具防护作。

2.3 主动防护网型号的选择

根据AB边坡下存在崩塌体重325～2 016 kg，计算时按最大块体考虑，故不稳定岩体自重为G=rV=1.5m×0.9m×0.6m×26KN/m3=21.06 kN，故主动防护网所需抗拔力为21.06 kN，根据《铁路沿线斜坡柔性安全防护网》(TB/T3089—2004)选择GPS2主动防护网。GPS2主动防网配置及防护功能、构成要求分别见表1、表2。

表1 GPS2主动防护网配置及防护功

表2 GPS2主动防护网构成要求

2.4 GPS2主动防护系统施工安装方法说明

1)清除坡面防护区域内威胁施工安全的浮土及浮石，对不利于施工安装和影响系统安装后正常功能发挥的局部地形(局部堆积体和凸起体等)进行适当修整。

2)放线测量确定锚杆孔位(根据地形条件，孔间距可有0.3 m的调整量)，在孔间距允许的调整量范围内，尽可能在低凹处选定锚杆孔位;对非低凹处或系统安装后不能使网格紧贴坡面的锚杆孔(一般连续悬空面积≤5 m2，否则宜增设长度≥0.5 m的局部锚杆，该锚杆可采用直径≥φ12的带弯钩的钢绳锚杆或直径≥2φ12的双股钢绳锚杆)，应在每一孔位处凿一深度不小于锚杆外露环套长度的凹坑，一般口径20 cm，深20 cm。

3)按设计深度钻凿锚杆孔并清孔，孔深应大于设计锚杆长度5～10 cm，孔径≥φ55;当受凿岩设备限制时，构成每根锚杆的两股钢绳可分别锚入两个孔径≥φ35的锚孔内，形成人字形锚杆，两股钢绳间夹角为15°～30°，以达到同样的锚固效果;当局部孔位处因地层松散或破碎而不能成孔时，可以采用断面尺寸≥0.4×0.4m的C15混凝土基础置换不能成孔的岩土段。

4)注浆并插入锚杆，采用标号≥M20的水泥砂浆，宜用灰砂比1∶1～1.2、水灰比0.45～0.50的水泥砂浆，水泥宜用P.O32.5水泥，优先选用粒径≥3 mm的中细砂，确保浆液饱满，在进行下一道工序前注浆体养护≥3 d。

5)安装纵横向支撑绳，张拉紧后两端各用2～4个(支撑绳长度＜15 m时为2个，＞30 m时为4个，其间为3个)绳卡与锚杆外露环套固定连接。

6)从上向下铺挂格栅网，格栅网间重叠宽度≥5 cm，两张格栅网间以及必要时格栅网与支撑绳间用φ1.5铁丝进行扎结，当坡度＜45°时，扎结点间距一般≤2 m，当坡度＞45°时，扎结点间距一般≤1 m(有条件时本工序可在前一工序前完成即将格栅网置于支撑绳之下)。

7)从上向下铺设钢绳网并缝合，缝合绳为φ8钢绳，每张钢绳网均用一根长约31 m(或27 m)的缝合绳与四周支撑绳进行缝合并预张拉，缝合绳两端各用两个绳卡与网绳进行固定联结。

边坡主动防护技术在山坡、公路、隧道等地区有着很广泛的应用。在边坡防护的设计中，要根据地区的地质状况，边坡的倾斜度、高度等方面的因素选择合适的设计方案，选用合适的防护网，在确保工程质量的同时降低施工的成本。

3 结语

边坡主动防护技术在山坡、公路、铁路等区域有着十分重要的应用，能够较好的防止落石对来往行人造成的伤害。在实际的边坡主动防护设计中，要运用科学的方法计算落石的下落方向以及落石速度的变化情况，采用定性和定量相结合的方法分析计算柔性防护网的高度及宽度，设计科学合理的主动防护方案，并对防护方案进行分析，从而确保设计的可靠。当然，在设计中我们要将主动防护技术与被动防护技术结合使用，不能局限于理论知识，只有这样才能真正的做好边坡防护工作。

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