1、公路邊坡柔性防護系統(tǒng) 交工081班 張強（200800515）一、 研 究 背 景圖一我國是個多山國家，特別是西部和東南部山區(qū)，崩塌落石、泥石流、溜坍、溜滑、塌落和風化剝落等斜坡坡面地質(zhì)災(zāi)害常有發(fā)生，尤其在鐵路、公路這樣的線狀工程沿線最為嚴重。由于這些地質(zhì)災(zāi)害本身的復(fù)雜性、隨機性、區(qū)域差異性和多發(fā)性，以及經(jīng)濟技術(shù)和認識水平等歷史原因，既有山區(qū)工程特別是道路工程留下了很多具有潛在面地質(zhì)災(zāi)害的邊坡，又由于有限的資源（人力、物力、財力）條件，隨著時間的推移，自然驅(qū)動力等可能的誘發(fā)災(zāi)害因素，其災(zāi)害的發(fā)生具有點多、面廣、線長等特點，使得防護治理非常困難甚至防不勝防，成為威脅邊坡工程穩(wěn)定性的主要因素，于是

2、現(xiàn)代工程中不得不重新考慮邊坡的防治問題。長期以來，在斜坡坡面地質(zhì)災(zāi)害防治方面，廣大巖土工程技術(shù)人員積累了大量經(jīng)驗，建立了以護、頂、錨噴、攔為主，以排水、土石體改良、植被綠化等為輔的柔性防護系統(tǒng)工程防治措施，并尤以漿砌片石或噴砼護坡、錨固、漿砌片石攔石墻和簡易鋼結(jié)構(gòu)柵欄等最為常見（見圖一）。新型柔性防護系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)邊坡防護措施難以解決的難題，工程可靠的安全保障性、施工的快速標準化和利于環(huán)保等綜合技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，及其新穎而巧妙的防護觀念和設(shè)計思想使邊坡柔性防護技術(shù)有著很好的推廣應(yīng)用前景。二、 原理作用基礎(chǔ)原理：邊坡柔性防護系統(tǒng)工程是以高強度柔性網(wǎng)（菱形鋼絲繩網(wǎng)-圖二、環(huán)形網(wǎng)、高強度鋼絲網(wǎng)）作為主要

3、特征構(gòu)件，并以覆蓋(主動防護系統(tǒng))和攔截(被動防護系統(tǒng))兩種基本形式來防治各類邊坡坡面地質(zhì)災(zāi)害和雪崩、岸坡沖刷、爆破飛石、墜物等危害的柔性安全防護系統(tǒng)。它是一種集構(gòu)件設(shè)計與加工、系統(tǒng)配置設(shè)計與定型、現(xiàn)場設(shè)計選型、現(xiàn)場布置與施工設(shè)計的系統(tǒng)化技術(shù)。設(shè)計作用：（1）加固山體，阻止危石滾落或泥砂下滑；（2）對滾落的危石和下滑的泥砂進行攔截，把危石泥砂拒之在建筑群體之外，使建筑群體不受沖擊;(3）美觀大方，保護環(huán)境。三、 邊坡柔性防護系統(tǒng)的構(gòu)成與分類1、 術(shù)語和定義1) 邊坡【side slope】指的是為保證路基穩(wěn)定，在路基兩側(cè)做成的具有一定坡度的坡面（巖體、土體在自然重力作用或人為作用而形成一定傾斜

4、度的臨空面）。2) 邊坡柔性防護系統(tǒng)【flexible system for protecting slope】是以鋼絲繩網(wǎng)為主要特征構(gòu)件，以覆蓋(主動防護系統(tǒng))和攔截(被動防護系統(tǒng))兩種基本形式來防治各類坡面地質(zhì)災(zāi)害和爆破飛石、墜物等危害的柔性安全防護系統(tǒng)。3) 主動防護系統(tǒng)【active protecting system】采用錨桿和支撐繩固定方式將鋼絲繩網(wǎng)和鋼絲網(wǎng)覆蓋在具有潛在地質(zhì)災(zāi)害的坡面上，從而實現(xiàn)坡面加固或限制落石運動范圍的一種邊坡柔性防護系統(tǒng)。4) 被動防護系統(tǒng)【passive protctive system】采用錨桿、鋼柱、支撐繩和拉錨繩等固定方式將鋼絲繩網(wǎng)在坡面上形成柵欄形

5、式的攔石網(wǎng)，從而實現(xiàn)攔截落石的一種邊坡柔性防護系統(tǒng)。邊坡柔性防護系統(tǒng)主動防護系統(tǒng)被動防護系統(tǒng)5) 減壓環(huán)【absorb energy loop】穿掛于邊坡柔性被動防護系統(tǒng)支撐繩和上拉錨繩，能通過變形或位移等方式吸收能量，對系統(tǒng)起到過載保護作用的構(gòu)件。2、 分類邊坡柔性防護系統(tǒng)工程從防護原理和目的上可以分為主動防護系統(tǒng)和被動防護系統(tǒng)兩類（見圖三）。圖三1) 主動防護系統(tǒng)主動防護系統(tǒng)是以鋼絲繩網(wǎng)為主的各類柔性網(wǎng)覆蓋包裹在所需防護斜坡或巖石上，以限制坡面巖石土體的風化剝落或破壞以及為巖崩塌（加固作用見圖四），或?qū)⒙涫刂朴谝欢ǚ秶鷥?nèi)運動（圍護作用-見圖五）。A. 主動防護系統(tǒng)的作用機理：立面 平面主

6、動防護系統(tǒng)示意圖通過固定在錨桿或支撐繩上并施以一定預(yù)張拉的鋼繩網(wǎng)，以及在起加固作用的主動防護系統(tǒng)用作風化剝落、溜塌或坍落防護中抑制細小顆粒、灑落或土體流失時鋪以金屬網(wǎng)或土工格柵，對整個邊坡形成連續(xù)支撐。其預(yù)張拉作業(yè)使系統(tǒng)緊貼坡面形成了局部巖坡或土體移動或圖四發(fā)生細小位移后將其裹縛于原位附近的預(yù)應(yīng)力，從而實現(xiàn)其主動防護的功能。其系統(tǒng)作用原理類似噴錨支護等層面防護體系。然其柔性特征能使系統(tǒng)將局部體中下滑力向四周均勻傳遞以充分發(fā)揮整個系統(tǒng)的防護能力，從而使系統(tǒng)能承受較大的下滑力，同時它與三維植被網(wǎng)一樣與植物配套實現(xiàn)植物防護，使植物根系的固土作用與坡面防護系統(tǒng)結(jié)為一體，實現(xiàn)最佳邊坡防護和環(huán)保。B. 主

7、動防護系統(tǒng)的構(gòu)成主動防護系統(tǒng)的常見規(guī)格及其構(gòu)成、功能見表1。各種規(guī)格的主動防護系統(tǒng)也可根據(jù)設(shè)計要求的不同進行構(gòu)成的調(diào)整。C. 主動防護系統(tǒng)的特點：² 具有高柔起圍護作用的主動防護系統(tǒng)性，高防護強度，易鋪展性。適應(yīng)任何坡面地形，安裝 程序標準化、系統(tǒng)化。² 系統(tǒng)材料的特殊制造工藝和高防腐防銹技術(shù)，決定了系統(tǒng)的超高壽命。² 系統(tǒng)采用模切化安裝方式，工期短，施工費用低。圖五² 系統(tǒng)能將工程隊環(huán)境的影響降到最低點，其防護區(qū)域可以充分的保護土體、巖石的穩(wěn)固，便于人工綠化，有利于環(huán)保。D. 主動防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置：鋼絲繩網(wǎng)、鋼絲繩錨桿、支撐繩、縫合繩、鋼絲格柵網(wǎng)。E.

8、 主動防護網(wǎng)主要型號：GAR1、GAR2、GPS1、GPS2。F. 產(chǎn)品用途：系統(tǒng)的開放性，地下水可以自由排泄，避免了由于地下水壓力的升高而引起的邊坡失穩(wěn)問題；該系統(tǒng)除對穩(wěn)定邊坡有一定貢獻外，同時還能抑制邊坡遭受進一步的風化剝蝕，且對坡面形態(tài)特征無特殊要求，不破壞和改變坡面原有地貌形態(tài)和植被生長條件，其開放特征給隨后或今后有條件并需要時實施人工坡面綠化保留了必要的條件，綠色植物能夠在其開放的空間上自由生長，植物根系的固土作用與坡面防護系統(tǒng)結(jié)為一體，從而抑制坡面破壞和水土流失，反過來又保護了地貌和坡面植被，實現(xiàn)最佳的邊坡防護和環(huán)境保護目的。2) 被動防護系統(tǒng)被動防護是由鋼絲繩網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、（需攔截

9、小塊落石時附加一層鐵絲格柵）、固定系統(tǒng)（錨桿、拉錨繩、基座和支撐繩）減壓環(huán)和鋼柱四個主要部分構(gòu)成。鋼柱和鋼絲繩網(wǎng)連接組合構(gòu)成一個整體，對所防護的區(qū)域形成面防護，從而阻止崩塌巖石圖六土體的下墜，起到邊坡防護作用(見圖六)。A. 被動防護系統(tǒng)的作用機理：被動防護系統(tǒng)示意圖采用錨桿、鋼柱、支撐繩和拉錨繩等固定方式將鋼絲繩網(wǎng)在坡面上形成柵欄形式的攔石網(wǎng)，從而實現(xiàn)攔截落石的一種邊坡柔性防護系統(tǒng)。其功能是攔截和堆存坡面落石。當落石沖擊攔石網(wǎng)時，其沖擊力通過網(wǎng)的柔性得以首先消散，并將剩余荷載從沖擊點向繩網(wǎng)系統(tǒng)周邊逐級加載，最終傳到錨固基巖和地層，且由錨桿及其基礎(chǔ)承受的最終剩余荷載以達很小的程度。B. 被動防

10、護系統(tǒng)的構(gòu)成：被動防護系統(tǒng)的一般規(guī)格及其構(gòu)成、功能見表2。各種規(guī)格的被動防護系統(tǒng)也可根據(jù)設(shè)計要求的不同進行構(gòu)成的調(diào)整。C. 被動防護系統(tǒng)材質(zhì)構(gòu)造：材質(zhì)：鋼絲繩網(wǎng)、支撐繩和減壓環(huán) 構(gòu)造：由鋼絲繩網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)（需攔截小塊落石時附加一層鐵絲格柵）、固定系統(tǒng)（錨桿、攔錨繩、基座和支撐繩）、減壓環(huán)和鋼柱四個主要部分構(gòu)成。D. 被動防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置：鋼柱、支撐繩、拉錨繩那、縫合繩、減壓環(huán)E. 被動防護網(wǎng)的型號：RX-025、RX-050、RX-075、RXI-025、RXI-050、RXI-075、RXI-100、RXI-150、RXI-200等。F. 被動防護系統(tǒng)的主要特點：² 系統(tǒng)的柔性防護和

11、攔截強度足以吸收和分散傳遞石的沖擊動能，減壓環(huán)的設(shè)計和采用使系統(tǒng)的沖力得到進一步提高。² 系統(tǒng)的部件全部采用標準化的工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場施工。除小量的以錨桿安裝為主體的基礎(chǔ)施工外，主要為積木式安裝。使施工人員與機器設(shè)備減少，安裝達到簡便易行，從而縮短工期。G. 產(chǎn)品用途：用數(shù)股鋼絲盤結(jié)成環(huán)形相互套接而形成的網(wǎng)。適用于建筑設(shè)施旁有緩沖地帶的高山峻嶺，把巖崩、飛石、雪崩、泥石流攔截在建筑設(shè)施之外，避開災(zāi)害對建筑設(shè)施的毀壞（見圖七）。其作用是攔截落石防護能量一般為150kj-2000kj。 圖 七四、 邊坡柔性防護系統(tǒng)的適用范圍：以鋼絲繩網(wǎng)為主要構(gòu)成特征的柔性防護系統(tǒng)，可以用于邊坡的崩坍、坍塌、

12、落石、坍滑、風化剝落、碎落和泥石流等坡面以坡面或淺層破壞為特征的坡面地質(zhì)災(zāi)害以及雪崩、岸坡沖刷、爆破飛石、墜物等危害防護中。在國外這些用途都有應(yīng)用，比如日本的富士山旅游公路邊坡大量使用了邊坡柔性防護系統(tǒng)來控制邊坡表面火山堆的松散殘跡物的塌落、運動和保護游人的安全。但是在國內(nèi)迄今為止邊坡柔性防護系統(tǒng)還主要用作危巖和崩坍落石地質(zhì)災(zāi)害的防護，如我國內(nèi)昆鐵路鹽津段邊坡落石防護工程等。五、 柔性防護系統(tǒng)主要構(gòu)件的主要技術(shù)指標要求：1. 鋼絲繩網(wǎng)1) 材料與規(guī)格：A. 鋼絲繩的質(zhì)量要求應(yīng)符合制繩用鋼絲（GB/T8919）的要求；其中鋼絲繩的鍍鋅量應(yīng)符合GB/T8919表6中 B類鍍鋅鋼絲繩的要求，其公稱抗

13、拉強度不小于1770MPa，最小斷裂拉力不小于40KN(8mm鋼絲繩)或不小于20KN(6mm鋼絲繩)。圖八B. 根據(jù)用途不同其菱形網(wǎng)孔邊長一般為300，250，200，150，120，100mm。網(wǎng)目邊長誤差不大于20mm。C. 成品網(wǎng)塊規(guī)格一般為4×4/2、5×3/4/5/6m，也可根據(jù)設(shè)計要求調(diào)整網(wǎng)塊尺寸。D. 搭接件一般采用普通軟純鋁管，長度不小于35cm，外徑不大于3cm，壁厚不小于3mm。E. 鋼絲繩網(wǎng)交叉處固定用的扣壓件厚度不小于2mm，并采用鍍鋅處理，鍍鋅層厚度不小于8m。F. 編網(wǎng)用扣壓件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)尺寸和壓接工藝必須保證其拉滑力（抗錯動能力）不小于5kN

14、，拉脫落力不小于10kN。2) 鋼繩網(wǎng)的編制：鋼繩網(wǎng)的編制應(yīng)滿足以下要求：上下交錯編織；編制成網(wǎng)的鋼絲繩不得有斷絲、脫絲現(xiàn)象；交叉節(jié)點處用扣壓件固定，接頭處用搭接件壓接, 不得遺漏，鋼繩露出搭接件長度至少為10mm；編網(wǎng)時扣壓件和搭接件用機械壓接，表面不得有破裂和明顯損傷；網(wǎng)的形狀平整、繩不得有打結(jié)明顯扭曲現(xiàn)象（見圖八）。2. 鋼絲網(wǎng)宜采用由直徑不小于2.2mm的熱鍍鋅鋼絲編制的，網(wǎng)孔為50mm×50mm的鋼絲網(wǎng)。鋼絲應(yīng)滿足一般用途低碳鋼絲（GB/T 343）的要求。3. 鋼 柱鋼柱根據(jù)被動系統(tǒng)的不同高度采用不同規(guī)格的工字鋼(或H型鋼)加工而成。鋼柱的高度與系統(tǒng)高度相同。不同高度工字

15、鋼的最低規(guī)格要求見表3。當采用H型鋼時，可參照表4進行換算。表3 不同高度的鋼柱的型號要求系統(tǒng)高度，m234567工字鋼型號16161820b22b22b工字鋼的尺寸、外型、重量及允許偏差應(yīng)符合熱軋工字鋼尺寸、外型、重量及允許偏差（GB/T706）的各項技術(shù)要求。 對于H型鋼，其抗彎強度指標應(yīng)不低于相應(yīng)的工字鋼。鋼柱表面應(yīng)采用防腐措施。一般采用熱鍍鋅處理，鍍鋅層厚度不小于8m。當采用H型鋼時，標準給出了H型鋼與工字鋼的換算關(guān)系。 圖九4. 基座及連接件基座為鋼柱的定位座，為鋼結(jié)構(gòu)件。連接件用于實現(xiàn)鋼柱和基座間鉸連接的構(gòu)件。鋼柱的基座及連接件的防腐要求應(yīng)不低于與其連接的鋼柱的防腐性能。鋼柱的基座

16、及連接件的結(jié)構(gòu)（見圖九）。5. 減壓環(huán)（消能器）1) 根據(jù)與其相連的鋼絲繩直徑不同和設(shè)計能量分別采用不同型號的減壓環(huán)（消能器），減壓環(huán)（消能器）一般有三種型號，見表5。表5 減壓器（環(huán)）的規(guī)格規(guī) 格ABC吸收能量能力>，KJ30501102) 減壓環(huán)（消能器）的啟動荷載應(yīng)介于與其相連的鋼絲繩斷裂拉力的10%70%，其臨界形變載荷不小于50KN。3) 減壓環(huán)管徑mm，壁厚3mm，環(huán)狀外徑448mm，如圖10。圖104) 消能器采用用熱軋鋼板制作，其質(zhì)量應(yīng)符合碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)熱軋薄鋼板及鋼帶（GB/T 912）的技術(shù)要求，表面鍍鋅防銹，鍍鋅層厚度不小于8m。6. 縫合繩縫合繩宜采用不小

17、于8鋼絲繩。鋼絲繩應(yīng)滿足制繩用鋼絲（GB/T 8919）的要求。（見圖八）7. 支撐繩橫向支撐繩宜采用不小于16鋼絲繩（見圖八）； 縱向支撐繩宜采用不小于12鋼絲繩（見圖八）；設(shè)置雙層鋼絲繩網(wǎng)的區(qū)域縱橫支撐繩均宜采用不小于16鋼絲繩。支撐繩所用鋼絲繩的質(zhì)量要求與鋼絲繩網(wǎng)相同，也應(yīng)符合制繩用鋼絲（GB/T8919）的要求。8. 鋼絲繩錨桿宜采用雙股形式的不小于16鋼絲繩錨桿，其長度應(yīng)不小于2m（見圖11）。圖11六、 質(zhì)量檢驗各種五金和標準件按相關(guān)的標準進行檢驗。主要構(gòu)件質(zhì)量檢測方法可參照公路邊坡柔性防護系統(tǒng)（JT/T528-2004）的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。 七、 邊坡柔性防護的設(shè)計計算1、 邊坡柔性

18、防護技術(shù)的設(shè)計內(nèi)容邊坡柔性防護系統(tǒng)作為一種標準化、定型化的防護系統(tǒng)，其設(shè)計工作主要是根據(jù)現(xiàn)場地形地貌條件、坡面潛在災(zāi)害特征、施工條件、工期要求、臨近建筑物運營狀況、后期維護條件、投資控制、景觀要求等綜合因素，進行合理的選型和現(xiàn)場布置設(shè)計。一般程序為：設(shè)計前的準備工作選定主動還是被動防護系統(tǒng)選定型號現(xiàn)場布置或施工圖設(shè)計。 邊坡柔性防護系統(tǒng)設(shè)計前應(yīng)做好的準備工作包括：收集或測繪防護區(qū)的地形圖，橫斷面圖；在防護區(qū)域進行地質(zhì)勘察；調(diào)查危石的位置、幾何特性及分布范圍；分析落石可能出現(xiàn)的形態(tài)及運動方式；歷史落石情況的調(diào)查等。根據(jù)準備工作收集調(diào)查到的資料和信息，分析防護系統(tǒng)在該防護區(qū)域應(yīng)用的經(jīng)濟性、安全性及

19、施工可能性，在此基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)場條件和計算分析選擇防護類型，進行現(xiàn)場布置或施工圖設(shè)計。2、 邊坡柔性防護技術(shù)的設(shè)計步驟與內(nèi)容1) 主動防護系統(tǒng)的設(shè)計主要包括以下步驟和設(shè)計內(nèi)容：（1）選擇合適的錨桿，通過計算確定錨桿長度和布置方式； （2）確定支撐繩及縫合繩的直徑、長度及其固定方式； （3）選用鋼絲繩網(wǎng)的規(guī)格，確定其層數(shù)； （4）格柵規(guī)格的選定及其聯(lián)結(jié)方式。2) 被動防護系統(tǒng)的設(shè)計主要包括以下步驟和設(shè)計內(nèi)容：（1）根據(jù)落石的計算動能選擇防護系統(tǒng)型號； （2）根據(jù)計算落石的彈跳高度，確定防護系統(tǒng)的高度, （3） 根據(jù)能有效而經(jīng)濟地攔截落石的原則，確定防護系統(tǒng)設(shè)置的位置； （4）確定防護系統(tǒng)的布置方式

20、，即確定防護系統(tǒng)的長度與系統(tǒng)走向；（5） 選擇合適的鋼柱、柔性錨桿、基座、連接件等構(gòu)件，計算確定鋼柱間距；（6） 通過分析確定基座及系統(tǒng)的鉛直方位；必要時應(yīng)采用防傾倒螺桿；（7） 拉錨系統(tǒng)的設(shè)計；（8） 選擇和確定合適的支撐繩、減壓環(huán)、鋼絲繩網(wǎng)、縫合繩、格柵等相應(yīng)配套設(shè)施的型號及規(guī)格。八、 邊坡柔性防護系統(tǒng)的施工與安裝邊坡柔性防護技術(shù)由輕型化的標準金屬部件構(gòu)成，其施工安裝僅需要少量機具和作業(yè)人員進行標準部件的積木式快速裝配，以錨桿作業(yè)為主的前期基礎(chǔ)施工量非常少。1. 主動防護系統(tǒng)的施工與安裝主動防護系統(tǒng)的主要施工步驟為：清除或就地臨時處理坡面防護區(qū)域內(nèi)的浮土及浮石；放線測量確定錨桿孔位，對于標

21、準主動防護系統(tǒng)，需在每一個孔位處鑿一深度不小于錨桿外露環(huán)套長度的凹坑；按設(shè)計深度鉆鑿錨桿孔并清孔；注漿并插入錨桿；安裝縱橫向支撐繩，張拉緊后兩端用繩卡與錨桿外露環(huán)套固定連接；從上而下鋪掛鋼絲網(wǎng)；在鋼絲網(wǎng)鋪設(shè)的同時，從上而下鋪設(shè)鋼繩網(wǎng)并用縫合繩進行縫合。2. 被動防護系統(tǒng)的施工與安裝 被動系統(tǒng)的主要施工步驟為： 清除或就地臨時處理坡面防護區(qū)域內(nèi)的浮土及浮石；放線測量確定錨桿及基座位置；基坑開挖與混凝土灌注(土質(zhì)地層)、鉆鑿錨桿孔并清孔；基座及錨桿安裝；鋼柱及拉錨繩安裝與調(diào)試；支撐繩安裝與調(diào)試；鋼繩網(wǎng)的鋪掛與縫合；格柵網(wǎng)的鋪掛。九、 柔性邊坡技術(shù)的應(yīng)用前景系統(tǒng)經(jīng)過技術(shù)研發(fā)人員的研究和改進，使該技術(shù)得到很好的發(fā)展和應(yīng)用，其成熟的柔性防護新技術(shù)，完善的施工應(yīng)用技術(shù)、標準的模塊化操作，使柔性防護網(wǎng)成為邊坡地質(zhì)災(zāi)害得到大規(guī)模的應(yīng)用。這種技術(shù)的優(yōu)勢在于：1、攻克了傳統(tǒng)邊坡防護工程的技術(shù)難題 柔性防護系統(tǒng)是在采用國際最新坡面防護及巖石攔截標準的基礎(chǔ)上設(shè)計而成。與傳統(tǒng)的施工方法相比，該系統(tǒng)克服了剛性防護施工中諸多弊端，采用模塊化安裝方式、縮短了工期和施工費用，可根據(jù)需要任意施工，景觀效果好，減少副效應(yīng)。可快速建造植被，并與周邊植被快速融合，促進景觀的整體協(xié)調(diào)統(tǒng)一。有利于生態(tài)系統(tǒng)快速恢復(fù)，有利于將邊坡環(huán)境迅速還原成自然狀態(tài)。2、解決傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)無法解決的工