SNS柔性防護技術在公路邊坡防護中的應用與展望

馮根裕

(臨海市公路管理段)

1 SNS柔性防護作用原理

1.1 SNS主動防護系統

主動防護系統主要由錨桿、支撐繩、格柵網、鋼繩網組成，通過固定在錨桿或支撐繩上施以一定預緊力的鋼絲繩網對整個邊坡形成連續支撐，其預緊力作業使系統緊貼坡面并形成阻止局部巖土體移動或在發生較小移動后，將其裹縛于原位附近，從而實現其主動防護功能，該系統的顯著特點是對坡面形態無特殊要求，不破壞或改變原有的地貌形態和植被生長條件。能廣泛用于非開挖自然邊坡和人工邊坡，對破碎坡體淺表層防護效果良好。系統構成見圖1。

圖1 SNS主動防護系統示意圖

1.2 SNS被動防護系統

被動防護系統是一種能攔截和堆存落石的柔性攔石網，其顯著特點是系統的柔性和強度足以吸收和分散所承受的落石沖擊動能并使系統受到的損傷趨于最小，改變傳統的剛性結構為高強度柔性結構。它以落石所具有沖擊動能這一綜合參數作為最主要設計參數，能對高達5000 kJ的高能級沖擊動能進行有效防護，能在系統的設計彈性范圍內安全的吸收落石的沖擊動能并將其轉變為系統的變形能而加以消散，與落石在防護網上的沖擊點位無關。該系統由鋼絲繩網(和鐵絲格柵)、固定系統(由拉錨、基座、支撐繩組成)、減壓環、鋼柱4個主要部分組成。系統的柔性主要來自鋼絲繩網、支撐繩、減壓環等結構。減壓環是迄今為止所能實現的最簡單而有效的消能元件。系統構成見圖2。

圖2 SNS被動防護系統示意圖

2 SNS柔性防護系統分類與選型布置

2.1 SNS主動防護系統分類

主動防護系統按其防護功能、防護能力和結構形式的不同分為2類9種形式(見表1)。該系統以坡面錨固形式和固定方式作為基本的選型設計。

2.2 SNS被動防護系統分類

被動防護系統根據其防護能量和結構形式的不同分為4類11個級別(詳見圖3)。

表1 SNS主動防護系統分類

圖3 SNS被動防護系統分類橫斷面示意及其標準能級

2.3 SNS主動防護系統的選型與布置

當通過經濟技術比較確定采用主動防護系統后，進一步的設計工作就是根據現場條件和防護要求設計確定不同的系統型號和布置參數，并由此進行相應的材料配置。其具體的選型可根據表1進行。其基本原則是:當危石塊徑較大(一般超過30cm)或落石塊徑小于30cm但數量較多時，應采用帶鋼絲繩網的主動防護系統，在此基礎上，若坡面還存在小粒徑危石或有抑制水土流失要求時，還應增加一層格柵網;而對危石塊徑較小或目的在于抑制水土流失的坡面，則宜采用格柵網系統。當對坡面有加固要求即需要抑制崩塌落石的發生時，應采用系統錨固的具有加固作用的主動防護系統，并根據現場條件和防護及環境要求，設計考慮綠化措施;而在允許崩塌落石發生但需限制其運動范圍時，則可采用不具加固作用的主動防護系統(主-被動防護系統)。柔性網與危石或坡面間依靠錨桿來實現力的傳遞，因此錨固設計極為重要。

2.4 SNS被動防護系統的選型與布置

不同型號被動防護系統設計選型的主要依據是:落石彈跳高度和落石動能。這些參數可根據條件通過理論模擬計算、現場試驗或經驗確定，并由此選擇系統的防護能級和高度。由于崩塌落石的復雜性和隨機性，所有方法確定的落石運動參數都不可能是精確的，因此設計選型存在一定的風險，要降低這種風險，就必須通過增加投資來提高防護水平，這就存在一個既節省投資又能將風險降至最低的經驗確定問題，即尋求一個最佳平衡點的問題。

3 SNS柔性防護施工要點

3.1 SNS主動防護施工工序

坡面清理→搭設坡面腳手架→定錨孔→鉆鑿錨孔→錨桿安裝與注漿→鋪掛格柵網→錨桿漿體養護→支撐繩安裝與張拉→鋼繩網鋪掛與縫合

3.2 SNS被動防護施工工序

錨桿及基座定位→基坑開挖與混凝土灌注→錨桿造孔與安裝注漿→鋼柱、拉錨繩、減壓環安裝與調試→支撐繩、減壓環安裝與調試→鋼繩網的鋪掛與縫合→格柵網的鋪掛。

4 SNS柔性防護技術若干問題的實踐與討論

4.1 SNS柔性防護系統的有效壽命

SNS柔性防護的有效壽命是所有業主和工程技術人員最為關心的問題，因此在SNS柔性防護的主要構件——鋼絲繩錨桿、縱橫向支撐繩、鋼絲繩網和縫合繩均采用鋼絲強度不小于1 770MPa的高強度繩，并采用(含SNS所有產品和構件)不低于AB級的熱鍍鋅進行防腐處理，從而確保防護系統的有效壽命達50年。

4.2 SNS防護系統邊坡防排水問題

(1)護面結構與坡面的粘結強度難以保證;

(2)即使完工初期防護體與坡面能實現良好的粘結，但隨著水的滲入和分離作用，護面層最終可能成為與坡面分離的“覆蓋殼”，從而可能因局部荷載或位移而破壞，逐漸削弱或喪失防護功能;

(3)在隔離地表水下滲方面，封閉體系的作用只是相對的。地表水完全可以從未封閉的臨近區域以地下水的形式進入封閉防護區域。而且由于地下水的原始自然排泄通道被封隔破壞，一旦封閉結構中預設的排水孔存在施工質量問題或被地下水攜帶物所堵塞，將導致坡體內地下水壓力增高從而惡化邊坡穩定性或導致封閉式護坡結構的破壞。

5 SNS柔性防護工程的成功應用與展望

(1)充分利用柔性材料的易鋪展性和高防沖擊能力，通過系統的開發和大量的現場試驗形成了適應各類坡面地質災害防護的系統標準化和最優化，并便于工程質量控制和工程量的準確計量;

(2)充分利用高強金屬材料的質輕和易加工的特點來實現系統的輕型化、部件的工廠化生產和積木式部件安裝，以最短的工期和較少的勞動力來實現施工安裝和維護的簡單快捷化，并最大限度地適應各種復雜的地形地貌環境，避免或盡可能降低因開挖所造成的環境破壞和對邊坡穩定性的危害，以及其他作業和周邊交通設施及構建筑物的正常運營的干擾，可以同步或超前于土石方主體開挖工程的施工，既能實現逆作法施工或平行作業;

(3)充分利用系統的開放性來減少系統的視覺干擾和保護原有植被及其生長條件，并給實施人工綠化提供了可能，以利用植物根系的護坡加固作用和綠色植物的環境綠化美化功能，將工程治理與環境保護和改造融為一體;可以實現該技術與厚層基材(TBS)植被護坡、液力噴播等邊坡綠化技術完美結合，從而實現對邊坡的防護和美化;

(4)該技術與預應力長錨桿、錨索等加固技術的聯合應用，對各類人工和非人工高陡邊坡的加固作用顯著，并具有較好的經濟性。

綜上所述，SNS柔性防護技術正在悄悄地引導著邊坡防護技術的革新和轉變，并必將在邊坡防護中占有重要位置。