主动防护网在山区公路边坡灾害防治中的应用研究

2018-01-23 08:14,

湖南交通科技 2017年4期

(1.蓟州区交通局,天津蓟州 301900; 2.天津市公路处，天津 300040)

主动防护网是利用钢丝绳网包覆山体和钢筋(钢丝绳)锚杆锚固山体联合作用的方法，对具有滑塌、落石风险的山区斜坡进行坡面加固，减缓滚石滑落力度并缩小危活岩石滑落区间的围岩防护技术。我国自1995年引入该技术应用于山坡灾害防治以来，目前其以自身优良的包络稳固能力、便捷的施工工艺、高效的防护效果、物美价廉的成本优势而备受公路、铁路、电力、水利、市政建设者们所青睐，在山体防护、围岩处治、防灾减灾等领域广为应用，收到了良好的防护整治效果，得到了业界的广泛推崇和赞誉。科研人员通过对山区公路斜坡防护工程实践和摸索，探索出主动防护网在山区公路边坡水毁防治施工中的控制措施及质量评价标准，为主动防护网在山区公路防灾工程中的推广应用提供了技术支撑。

1 主动防护网的技术特点

SNS(Flexible Safety Netting System for Protection)主动防护网与支挡防护、喷锚防护等传统工艺相比，具有如下不可比拟的优势和特点：

1) 该技术为柔性防护技术，其钢丝绳网结构具有弯曲韧性高、绳网抗顶破强度大、覆裹铺展性好等优点，这些特性使其避免了传统刚性防护设施裂变发现迟缓的弊端，将应力聚变风险降到最低，提高了防护设施的安全保障系数。

2) 利于环境保护：主动防护网设置后较好地保留了受防护山体的原始地貌和植被情况，同时也便于客土喷播等绿化技术的同步实施，使主动防护网工艺收到了稳固岩体和美化山体的双赢效果，使山区生态环境得到有效的保护。

3) 防护寿命长：SNS主动防护网采用AB级以上(8 μm厚以上)热浸镀锌工艺(镀锌量大于150 g/m2)进行防腐处理，使其具有了耐酸、耐碱、抗氧化还原反应等地质、气候环境侵蚀的能力，铝制接头套管编网闭合压接工艺使柔性网系统具有较大的抗顶破能力，较好地适应了山体自然条件的不利环境变化，使其抗老化、抗锈蚀腐化能力明显优于传统工艺，大大延长了工艺的防护寿命。经试验论证表明其有效防护寿命往往可达到30～50 a。

4) 适应地质范围广：主动防护网的柔韧弯曲性和装配式作业方式，使其具备了对不同山体地况条件的适应性。既不需要对山体原貌进行大幅度的削坡开挖清整，也不需要对围岩体进行人工挪移清除，而只需根据原有坡体地形用钢丝网和锚杆扣件进行包覆锚固即可。随坡就势的柔性装配特点降低了外界环境条件的干扰性，极大地维护了山体自然原貌和生态自然环境，具有较强的自然适应性。

5) 施工便捷性：主动防护网作业无需大型机械设备进行开挖移运作业，只需操作人员在山坡完成钻眼覆网锚固作业即可，其设备的轻便化、人员的精简化、装配及固定材料的成品化都使整个安装包覆过程显得简便快捷，工程效率高，充分体现了其工艺的便捷性特点。

2 技术机理及流程

主动防护网在锚杆的锚固作用、钢绳的预张拉伸作用及绳网的包络作用下给山体施加了多方面的固位全应力，对整个边坡形成连续支撑。其预张拉作业增大了绳网对坡面的包裹应力，使坡面松散岩块被牢牢限定在绳网与坡面相贴的空隙范围内，阻止其下滑塌落的运动趋向，从而达到预防性防护的治理作用。松散石块的下滑作用力在绳网张拉应力、锚固应力的综合作用下得到消解、分化，并通过力在系统中的传递降低了单点应力达到极限状态的临界风险，从而增大了整个系统的承受能力，进而使系统的防护能力大大增强。同时其柔性开放的系统构造使坡面水可以自由泄流，规避了雨水存积下渗导致的坡体软化现象的发生，有效降低了边坡受水侵蚀失稳滑塌的机率。开放的网眼构造为植物防护的实施提供了应用空间，坡面植物生根固土效果进一步加固了整个防护体系的稳定性，达到防灾、环保的双赢效果。

具体工艺步骤主要包含如下环节：清除需防护坡面上影响安装施工的覆土及活石；依图实地测定锚杆安设的具体孔位，并在满足孔间距条件下尽量优先选在低凹处；完成锚孔钻进及孔洞清理工作，并确保孔深符合设计要求；注浆并插入锚杆；进行支撑绳安装、预张拉伸作业，并以绳卡将其固定联结在环套上；从上而下铺挂钢丝网；同步完成缝合绳安装、拉伸及系统紧固作业。其工艺流程为：施工准备→清除坡面危石→钻孔→锚孔灌浆并插入锚杆→安装钢丝网及格栅网→锁边并拉紧锚杆。

3 试验段工程概况

梨木台景观路位于蓟州下营镇船仓峪低山丘陵区，分属黄崖关-常州村-赤霞峪崩滑流亚区范围，公路东侧山体多为IV-V类围岩，山势陡峻，地形切割强烈，山体坡度在40°～45°之间，区域稳定性较差。岩性以长城系石英砂岩和泥质页岩为主，下伏太古界变质岩，岩石节理发育。东山山坡需防护坡形图如图1所示。

图1 梨木台东山需防护坡段原状地貌图

4 主动防护网质量控制体系

为确保主动防护网施工质量得到有效保障，使柔性防护性能达到最佳状态，研究人员从材料、工艺、过程三方面控制源入手，建立起严密科学的质量控制体系。

4.1 防护网原材质量控制

柔性防护网主要施工原材包括钢丝绳网、锚杆、砂浆3种原材，只有所用原材达到标准规定的质量要求，才能从源头上确保施工质量达到优良。各项原材质量控制标准如表1。

表1 主动防护网各项主材质量要求所用原材抗拉(压)强度要求/MPa极限受力荷载/kN钢丝绳网≥1770≥40锚杆≥440≥180砂浆≥30≥130

同时要求编制成网的钢丝绳不得有断丝、脱丝现象，机械压接的扣压件及搭接件不得有破裂和明显损伤；锚杆表面质量不应有裂纹、轧折、离层和锈斑，锚固段不应有影响锚固性能的油污等；砂浆中水泥与砂的重量比控制为1∶(1～1.2)，水灰比控制为0.38～0.5，砂浆用砂采用粒径不大于2.5 mm的中细砂，且砂浆拌和做到均匀适度，随拌随用，确保初凝前将新拌的砂浆及时用完，并不允许砂浆中存有石块、污物等异物破坏级配。

4.2 防护网工艺质量控制

根据梨木台景观路东山坡体地貌条件，研究人员选用GPS2型主动防护网进行边坡围护。该工艺技术控制要点如表2所示。

为确保工艺质量可靠有保证，技术人员主要从以下方面加以控制：

1) 对山坡上的浮土及浮石以及存有潜在滑塌下落风险的危活孤石进行清除，增加防护网施工的安全系数及柔性网铺挂的稳定性。

2) 放线确定锚孔位时应确保80%以上的锚杆间距不小于相应钢丝绳网边长，且满足充分利用原坡体形貌特征的原则；同时确保凿岩钻机钻出的孔径、孔深及孔位与设计要求完全吻合。如图2。

表2 GPS2主动防护网技术配置功能表网型结构配置功能作用钢丝绳网+钢丝格栅边沿(或上沿)钢丝绳锚杆+支撑绳+缝合绳围护作用，限制落石运动范围，部分抑制崩塌的发生，有小块危石或土质边坡时选用注：①锚杆采用8 2m长ϕ16钢绳对折绑制，锚固长度4m，锚孔深4 3m，孔径≥ϕ42mm；②凹坑口径20cm，深15cm；③格栅网间重叠宽度不小于5cm，两张格栅网间以及必要时格栅与支撑绳间用1 5号镀锌铁丝进行扎结。当坡度小于45°时，扎结点间距1 5m；当坡度大于45°时，扎结点间距0 8m；④缝合绳为ϕ8钢绳，每张钢绳网均用一根长约31m(中部网间)或27m(边缘网间)的缝合绳与四周支撑绳进行缝合并预张拉，缝合绳两端各用绳卡与网绳进行固定联结，紧固整个系统。

图2主动防护网施工工艺操作图

3) 柔性防护网锚绳锚杆体插入锚孔内后随即进行锚孔注浆作业，且要确保注浆连续进行；注浆管起始伸入锚孔位置应以距孔底5～10 cm为宜，浆体注入后上拔注浆管要保证匀速缓慢，上拔中若发现孔口不再有浆液外溢时，要及时加注浆体。

4) 支撑绳安设张拉必须确保网线上各锚杆环套均由其穿过，并由线路一端锚杆起始固定，然后以紧绳器施加以不低于10 kN的拉紧力张拉紧固。

在坡面地形与系统存在较大摩阻力而无法一次张紧时，可采取逐次分段张紧的方法，最后用绳卡固定住线路末端。

5) 将柔性网以挂网单元为序依次排放，并以钢丝绳和支撑绳顺次铺挂成网，以缝合绳予以缝合串结。缝合时绳端重叠距离要求在5 cm以上，并以绳卡对支撑绳与钢绳网的相交端点进行连接固定。当缝合绳长度大于网眼单元长度时，可把富余长度顺延伸展至下一挂网单元；若单元内缝合长度不足也可通过补加长度实现全线缝合。如图3。

图3 主动防护网铺挂工艺控制图

6) 对于在钢绳锚杆孔口设置的凹坑，无论锥形或是柱形，都要求其尺寸符合设计要求，并在锚杆安装完毕后要确保鸡心环内上缘处于孔口地面位置以下。

7) 钢丝绳网网眼边缘至绳杆的间距应保持基本相等，其允许偏差以小于等于150 mm为宜，偏差过大则需作相应调整。

4.3 主动防护网施工质量评价体系

在施工过程中，研究人员对灌浆、锚固、铺网、缝合张拉等关键工序进行权重分析，确定各质量控制环节对质量水平的影响权重，并建立起科学、客观、有效的质量评价体系如表3所示。

表3 柔性主动防护网质量评价体系表项次检查项目规定值或允许偏差权重系数检查方法1砂浆强度在合格标准内2用JTGF80/1-2004附录F检查2锚杆间距+10mm1尺量，抽查2%3锚杆长度不小于设计2直尺或超声波检查，每20m2检查1点4锚杆抗拔力不小于设计(≥50kN)2按锚杆数1%，且不少于3根5支撑绳张拉力不小于设计(≥40kN)26格栅网搭接宽度不小于设计(≥5mm)1抽查2%7钢丝绳网缝合间距每个网孔1抽查2%8钢丝绳网与格栅网扎结间距不小于设计1抽查2%

5 主动防护网施工质量效果分析

通过采取上述质量控制措施和质量管控系统进行施工质量管理，梨木台东山主动防护网施工质量水平得到可靠的保障。研究人员在对防护网试验段进行严格试验检测并获取重要权值项目检测数据如表4。

表4 主动防护网分项指标检测数据表项次砂浆强度/MPa锚杆间距/mm锚杆长度/m锚杆抗拔力/kN130．2+53．3053．2231．2+83．4052．7331．4+63．3551．6430．6+93．4252．4531．3+73．4751．5630．8+53．3952．2731．6+43．3751．9832．1+63．3951．7931．7+83．3852．01031．3+73．3652．3支撑绳张拉力/kN格栅网搭接宽度/mm钢丝绳网缝合间距/mm钢丝绳网与格栅网扎结间距/mm42．66+3+344．38+5+443．37+4+342．66+3+541．98+5+443．26+4+342．77+3+344．68+2+443．56+4+341．87+3+2

通过对检测数据进行数理统计分析，对砂浆强度和锚杆抗拔力数据绘出直方图分析如图4、图5。