边坡柔性防护系统在草甸发水库高陡边坡防护中的应用实例

边坡柔性防护系统在草甸发水库高陡边坡防护中的应用实例

普绍苹     吕宏

(楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司 邮编：675000)

摘要：边坡柔性防护系统在公路、铁路边坡治理中得到了广泛运用，该技术在水利工程高陡边坡坡面防护中具有很大的推广应用前景。草甸发水库右坝肩为施工开挖后形成的高陡裸露岩质边坡，岩体风化、剥落，经常发生掉块、落石现象，存在安全隐患，通过坡面防护多方案比选，成功的应用了边坡柔性防护系统，并取得了良好的效果。

关键词：边坡柔性防护系统  水利工程  

1工程情况

草甸发水库位于南华县一街乡境内，水库总库容393.06万m3，工程规模为小(1)型。水库的建设任务以农田灌溉为主，兼顾农村及集镇生活供水。

草甸发水库右坝肩边坡地形平均坡度42°，大部分基岩裸露，出露灰色、紫灰色砂岩与粉砂质泥岩互层，岩层产状44∠44°，倾向上游偏坝肩山体内，岩体结构稳定。因截水槽开挖及坝顶交通道路布置的需要，右岸坝肩形成大面积开挖边坡，坝顶高程以上最大边坡高度约40m，坡比接近1:0.3，坡面高低起伏，裸露面积8200m2。开挖坡面未采取有效措施防护前，长期暴露在空气中，岩体风化、剥落、经常发生落石现象，存在安全隐患，须要对坡面进行防护处理。

2方案比选

水利工程建设中常用的岩质边坡坡面防护措施主要有喷混凝土、浆砌片石护面和钢筋混凝土格构等。

喷混凝土常与锚杆、钢筋网配合使用，从力学性能上通常把它当作钢筋混凝土结构，具有很高的承载能力。同时，喷混凝土对坡面的封闭作用，非常好地隔绝了地表水下渗，提高了边坡的稳定性。但是，喷混凝土后会突现灰白或因水渗透引起的灰白相间的坡面，在视觉上极不美观、协调，给人一种强烈的压抑感。此外，喷混凝土施工存在浮土浮尘清除、湿润坡面、干喷时工艺控制等技术要求较高，否则难以达到理想效果，特别是对土质、土石体或水敏感岩石边坡，由于喷混凝土与坡面的黏结不良，在经历一定时期后将与坡面分离，共同作用的整体性不再存在，成为纯粹受力壳结构，其结构抗力有限，难以真正发挥永久性的防护作用。

浆砌片石护面主要用以封闭边坡，防止坡面风化剥落和水土流失等各种坡面地质灾害。该方法对坡面条件要求高，因结构抗力低，存在自身稳定性问题，要求边坡不陡于1:1，单级高度不能过高，对高度较大的边坡，需分级开挖后分级砌筑，单级高度6～10m，一般设8m，每一级顶部设2m宽的碎落台。

钢筋混凝土格构结构简单经济，坡面仅被结构体以条带状局部封闭，配合局部绿化，环境和植被破坏较小。但结构强度低，适合极浅表层防护，且要求坡面比较平整，一般不适合45°以上边坡，常见有因设计或施工不当而引起的破坏，且这种破坏会迅速向上扩展。

综上所述，草甸发水库右坝肩坝顶高程以上裸露边坡坡面防护常用的喷混凝土、浆砌片石护面和钢筋混凝土格构护坡均不适用。为了妥善处理这一边坡问题，我们采用近年来铁路和公路上广泛使用的边坡柔性防护系统。

3边坡柔性防护系统

边坡柔性防护系统多用于风化严重或破碎较多的整体稳定高陡岩质边坡。系统具有高柔性，高防护强度，易铺展性，能防治高能量崩塌落石危害；适应任何坡面地形，不需要针对其施工安装进行大量的开挖和清坡，减少辅助工程量，施工干扰小，最大程度上保护了原始的地貌和植被环境；系统部件工厂化加工，运输方便，安装程序标准化、系统化，工期短，施工费用低；对环境的影响降到最低，其防护区域内可以充分地保持土体、岩石的稳固，便于人工绿化，有利于环保；系统维护工作量小，采用特殊制造工艺和高防腐防锈技术，决定了系统的超长寿命。

边坡柔性防护系统的作用原理类似于喷锚和土钉墙等面层护坡体系，但因其柔性特征能使系统将局部集中荷载向四周均匀传递以充分发挥整个系统的防护能力，即局部受载，整体作用，从而使系统能承受较大的荷载并降低单根锚杆的锚固力要求。由于系统的开放性，地下水可以自由排泄，避免了由于地下水压力的升高而引起的边坡失稳问题。

边坡柔性防护系统又称边坡柔性安全防护网，目前在我国铁路、公路等行业的工程中广泛使用。铁道部《铁路沿线斜坡柔性安全防护网》（TB/T3089-2004），交通部《公路边坡柔性防护系统构件》（JT/T528-2004）等行业标准已颁布实施。边坡柔性安全防护网以金属柔性网（钢丝绳网、格栅、环形网）为主要特征构件，以覆盖（主动防护）和拦截（被动防护）两种基本形式来防护崩塌落石、风化剥落、泥石流等坡面地质灾害的柔性安全防护网技术和产品，简称防护网。从防护原理和防护目的方面，将边坡柔性安全防护网分为主动防护网和被动防护网。主动防护网是采用钢丝绳锚杆或钢筋锚杆和支撑绳固定方式将金属柔性网覆盖在具有潜在地质灾害的坡面上，从而实现坡面加固或限制落石运动范围的一种防护网，简称主动网。被动防护网是采用锚杆、钢柱、支撑绳和拉锚绳等固定方式将金属柔性网以一定的角度安装在坡面上，形成栅栏形式的拦石网，从而实现对落石和泥石流体中固体物质拦截的一种防护网，简称被动网。

柔性防护系统结构形式和构件的生产已经实现了标准化，工程技术人员的设计任务主要有两个方面的内容：一是选型，包括主动防护系统和被动防护系统间的类型选择，以及根据防护区域地形地貌条件、潜在灾害类型和特征、施工条件、施工难易程度、需设防对象的相对关系、后期维护、经济状况、景观要求等在这两大类型系统中不同型号的选择。二是施工图设计，即根据现场条件进行合理的现场布置设计。

草甸发水库右坝肩坝顶高程以上边坡为坡面起伏较大的裸露岩石边坡，边坡坡度过陡，坡脚无落石平台或缓坡段，岩体暴露在空气中的时间较长，岩体风化、剥落，潜在灾害类型主要表现为崩塌落石。随着时间推移，表层危石崩落以后，后续可能发生大量危石崩落。落石滚落过程中可能发生剧烈弹跃，有限的拦石网高度难以实现落石拦截。被动防护系统从防护的有效性和安全出发，其系统高度的下限通常不小于3m，其单位面积成本通常是主动防护系统的3倍以上，这种差别随着防护能级的增大而增加。主动防护作为一种覆盖体系，对危岩落石具有封闭作用，不存在采用被动防护系统时落石飞越系统的风险。经综合分析比较后，草甸发水库右坝肩坝顶高程以上8200m2裸露边坡坡面采用主动网进行防护。

主动网主要特征构成分为钢丝绳网、钢丝格栅和高强度钢丝格栅三类。钢丝绳网、钢丝格栅通过钢丝绳锚杆和支撑绳固定方式，高强度钢丝格栅通过钢筋（可施加预应力）和钢丝绳锚杆（有边沿支撑绳时采用）、锚垫板以及必要时加边沿支撑绳等固定方式，将作为系统特征构成的柔性网覆盖在有潜在地质灾害的坡面上，从而实现其防护目的。主动网按其防护功能、防护能力、特征构成和结构形式的不同分为四类8种型号。常用主动网结构配置及防护功能见表1，常用主动网构成要求见表2。

表1     常用主动网结构配置及防护功能

表2常用主动网构成

经技术经济综合分析比较后，草甸发水库右坝肩坝顶高程以上8200m2裸露边坡坡面采用具有坡面加固，抑制崩塌和风化剥落、溜坍的发生，限制局部或少量落石运动范围防护功能的主动网进行防护。主动网除对稳定边坡外，还能抑制边坡遭受进一步的风化剥蚀，不破坏和改变坡面原有地貌形态和植物生长条件，其开放特征给随后或今后有条件并需要实施人工坡面绿化保留了必要的条件，绿色植物能够在其开放的空间上自由生长，植物根系的固土作用于坡面防护系统结为一体，从而抑制坡面破坏和水土流失，反过来又保护了地貌和坡面植被，实现最佳的边坡防护和环境保护目的。草甸发水库右坝肩边坡防护选择的主动网型号为GPS2，网型为钢丝绳网+钢丝格栅（DO/08/300+SO/2.2/2.25×10.2），支撑绳为φ16系统钢丝绳锚杆+φ16横、纵向向支撑绳，缝合绳为φ8，防护网为双层网（钢丝绳网+钢丝格栅），锚杆长度3m，间距4.0m，抗拔力不小于50kN。

编网、支撑绳及拉锚系统所用钢丝绳应符合《钢丝绳》（GB/T8918-1996）的规定，其钢丝强度不低于1770MPa，热镀锌等级不低于AB级。钢丝格栅编织用钢丝应符合《一般用途低碳钢丝》（YB/T5294-2006）的规定，热镀锌等级不低于AB级，其中高强度钢丝格栅可采用重量不低于150g/m2的锌铝合金镀层处理。

4施工工艺

施工流程为：平整坡面→凿孔→安装锚杆→安装支撑绳→铺设钢丝绳网。

（1）平整坡面：自上而下清理坡面，将坡面上的浮土、松动石块清除，并局部加固，避免施工中落石伤人。

（2）凿孔：从防护区域下沿中部开始向上和两侧放线测量确定锚杆孔位，并在每一孔位处凿一深度不小于锚杆外露环套长度的凹坑，一般直径20cm，深15cm；按设计深度凿锚杆孔并清除孔内粉尘，孔深应比设计锚杆长5cm以上，孔径不小于φ45mm；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不小于φ35mm的锚孔内，形成人字形锚杆，两股钢绳间夹角为15°～32°，以达到同样的锚固效果。

（3）安装锚杆：注浆并插入锚杆，采用强度等级不低于M20的水泥砂浆，宜用灰砂比1:1～1:1.2，水灰比为0.45～0.50的水泥砂浆，水泥宜用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥，优先选用粒径不大于3mm的中细砂，确保浆液饱满，在进行下一道工序前，注浆体养护不少于3d。

（4）安装支撑绳：支撑绳拉紧后两端用2～4个钢丝绳卡子（支撑绳长度小于15m时用2个，小于30m时用4个）将支撑绳卡死，形成4.5m×4.5m的网格（实际可以在4.2～4.8m之间调整）。

（5）铺设钢丝绳网：从上向下铺设钢丝绳网，四周用φ8mm的缝合绳将钢丝绳网与纵、横向支撑绳连接起来并张拉紧，缝合绳的两端各用两个绳卡与网绳牢固连接。钢丝绳网拉好后，用混凝土将锚杆孔口的凹坑填埋。

若对坡面进行绿化，铺设钢丝绳网之前，在坡面上先铺一层钢丝格栅，再铺设钢丝绳网，然后在钢丝格栅面上铺营养土，播撒草籽，覆盖洒水养生，确保草籽成活率在95%以上。格栅网间重叠宽度不小于5cm，两张格栅网缝合。钢丝格栅与支撑绳间用φ1.2mm铁丝按1m间距进行扎结。

5结束语

近年来随着社会经济的飞速发展，我国基本建设速度加快，工程建设与生态保护的矛盾日益加剧，特别是高速公路、铁路、水利水电工程等建设项目造成了大面积植被破坏和新增水土流失，影响了生态景观，并造成了地质灾害隐患。工程建设面临大量的边坡治理和防护问题，边坡柔性防护技术具有的柔性、开放性、对复杂地形的良好适应性，并具有施工安装快速、简便的特点，往往能解决传统技术难于解决的一些边坡防治问题，同时也能与环境美化和保护有机结合，做到了“最大限度地保护，最小程度地破坏，最强力度地恢复”。边坡柔性防护系统在公路、铁路边坡治理中得到了广泛运用。草甸发水库右坝肩坝顶高程以上裸露边坡坡面防护成功的应用了边坡柔性防护系统，并取得了良好的效果，该技术在水利工程高陡边坡坡面防护中具有很大的推广应用前景。

参考文献：

   ［1］布鲁克（成都）工程有限公司，阳友奎，周迎春，姜瑞琪，贺咏梅，彭伟，原振华编著 《坡面地质灾害柔性防护的理论与实践》；

   ［2］蒋鹏飞，李志勇，舒安平，欧阳心和《公路边坡防护技术》；

   ［3］赵方莹，赵廷宁等《边坡绿化与生态防护技术》；

   ［4］中华人民共和国铁道行业标准《铁路沿线斜坡柔性安全防护网》（TB/T3089-2004）。

作者简介：普绍苹，女，1982年10月生，云南玉溪人，工程师，从事水利水电工程造价咨询工作

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