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SNS柔性防护工程设计选型的一般经验

| 更新时间:2014.03.25    查看次数:3565

SNS防护工程设计选型的一般经验


  SNS防护系统的施工安装工作主要分为锚杆、基座类基础施工和系统构件的积木式安装,相对于传统防护工艺,这两部分工程的施工技术都不太难,作业量也不大,但因其实施环境多为山体坡面,受坡面高空作业条件的制约,工程施工安装的作业难度明显增大,作业效率也下降很多。在工程实践中,设计选,型工作首先应根据系统的结构功能特点考虑,兼顾施工安装和后期维护需求,扬长避短,选择最适合的产品进行防护,以实现设计的最优化。           

  相对落石拦截系统而言,斜坡稳定系统锚杆部分的作业量大、工期长,系统安装部分工艺简单、耗时较短,所以就可实施性而言,斜坡稳定系统的设计应先考虑坡面锚杆的锚固条件。一方面因为坡固地质条件将直接影响大量锚杆成孔的难易程度,进而影响到工程的进度,另一方面为了满足单根锚杆锚固力要求,坡面地质情况不佳时锚杆的锚固深度势必会加大,当轻型钻孔设备不能满足成孔需要时,更换大型钻孔设备施工势必会带来施工成本和操作难度的加大。所以,当坡面锚固条件较差时,不宜选择斜坡稳定系统。另外,斜坡稳定系统施工涉及整个坡面,对坡商危石的扰动较大,因此,当不能进行封闭施工或不能排除施工诱发落石对下部行人和各种设施的威胁时,也不宜采用。

  就落石拦截系统和类似拦截功能的围护系统而言,使用中都容许落石的发生,因此,系统的局部构件在拦截落石的过程中可能发生变形或破坏而失效。特别是落石拦截系统的减应环,它以塑性变形的方式发挥过载保护作用,其塑性变形的过程也是其消能能力衰减的过程,当其变形达到一定程度时其保护功能就已不复存在,要维持系统原有防护能力的话就需要对这些失效的构件都进行维修或更换。此外,当网内被拦截的落石未被及时清理时,落石的静载也会对系统产生张紧作用,使系统的柔性降低、抗冲击能力减弱,要确保系统防护能力持续正常地发挥,网上的落石需作及时清理与所以,清理和维护都是保证落石拦截系统或围护系统正常使用的必要工作,也是需要配置相当的人力、物力才能完成的一项长期的日常性工作。因此,当维护条件较差、清理工作难度很大或坡面落石较多时,一般不宜采用落石拦截系统。另外,落石拦截系统正常的使用需要与被防护物保持足够的空间距离,这样才能保证系统网片受冲击变形时不对防护物造成损害,如现场条件不能满足此安全距离时,也不宜采用。

SNS防护系统在中国推广10多年来,已在不同工程行业的地质灾害防治工程中实施了几千例,在大景的工程应用巾,广大工程技术人员总结出了下述户些成熟的工程应用经验,这些经验将有助于工程设计人员迅速明确防护思路,有针对性地开展柔性防护系统的设计选型工作。



一、按工程地质状况选型

  一般来说,不同地质状况的边坡其潜在灾害也有所不同。有几类边坡在进行浅表层灾害防治时,宜采用对坡面加固的方式阻止灾害发生,设计时应主要考虑采用斜坡稳定系统,这通常包括以下情形:

  (1)对于士质边坡或类士质边坡,当其整体稳定时,通常存在的病害为潜在浅表层滑动、溜坝、塌落等变形破坏,其防治思路应兼顾地表排水和降低后期维护工作量需要,考虑采用具有加固功能的斜坡稳定系统进行防治。

  (2)对于松散的块石士边坡,当其整体稳定时,其主要破坏方式仍然是崩塌落石和溜坝。这类边坡一般呈堆积平衡状态,一旦表层的危石发生崩落,就可能破坏边坡的平衡状态,引起坡面士体溜明,并牵引其他危石相继崩落,进而形成以多个块体同时崩落的落石群。此时采用落石拦截系统进行拦截的话,拦石网的能级要求非常高,落石清理和防护网后续维护的工作量也非常大,工程防治效果事倍功半。其最佳防治思路应以抑制现有表层岩士的变形变坏为主,采用具有加固功能的斜坡稳定系统进行防治。

  (3)对于易风化或极破碎的岩石边坡,当其整体稳定时,其主要破坏方式为崩塌落石。这类边坡表层危石崩落以后,随着时间的推移,可能发生后续的大量危石崩落或大规模崩塌,因此它的防治思路也应进行表层危岩的加固,而不宜使用拦石网进行拦截,否则拦石网需要进行频繁的维护或落石清理,或者因为后续崩塌规模过大而导致拦截失效。对此类边坡宜采用斜坡稳定系统防护,它可以通过阻止表层岩崩的发生,进而也阻止其后续发展。

  (4)对于存在巨大块危岩体的边坡,因这些危岩体自重很大,在发生崩落后的运动能量也非常大,现有落石拦截系统或者因为防护能级不够,不足以对其实施有效拦截,或者因为采用高能级防护网的治理费用昂贵、落石清理的困难很大,而无法采用。它的治理仍然考虑危岩加固的思路,通过斜坡稳定系统将其束缚在原位,并采用适当的加强措施如向上的锚拉等来提升其稳定性,避免危岩体的力学平衡体系破坏而产生崩落。



二、按地形条件选型

  对于多数边坡的落石防护而言,SNS柔性安全防护系统中的多种结构形式都能对其实现有效的防护,采用哪种防护类型进行工程治理更具有经济合理性已成为设计的一个主要考量因素。落石拦截系统因为结构和生产工艺相对复杂,其单位面积成本明显高于斜坡稳定系统,在当前市场行情中,最小能级的拦石网的单价通常为斜坡稳定系统的3倍以上,且这个价差随拦石网防护能级的增大而增大;落石拦截系统为了防护的有效性和安全性,其系统高度通常不小于3m,因此工程中采用不同的防护方法会对工程治理的成本带来不同的影响,同时其安全可靠性、施工难度等也会有所不同,这些在设计时都需综合比选。根据以往的工程经验,本书总结了一些根据边坡的高度、坡角等地形条件来迅速作出边坡防护优化设计的经验,同时配上相应的工程实例照片,使读者能更好地理解。

  (1)对于高度小于20m的低矮边坡,一般来讲,尽管拦石网能实现落石的有效拦截,但从经济和防护的安全度上考虑,通常宜首先考虑斜坡稳定系统。特别是边坡陡峻且紧挨需防护的建筑物或道路,拦石网还受限于安装或使用的安全空间不够而无法使用。此外,斜坡稳定系统作为一种加固系统,对危岩落石具有封闭和加固作用,不存在采用拦石网时落石飞越系统的风险。因此,在任何情况下,当两类方法的投资相近时,都应首先考虑采用斜坡稳定系统或围护系统,见图2.18。

  (2)对高度大于20m的高边坡,当坡面危石分布区域通常较大,采用斜坡稳定系统进行全坡面加固方案经济性较差时,一般宜考虑对落石采用拦截方式进行治理。设计时石根据落石的分布情况、坡面的地形条件,在坡面的适当位置设立相应能级的拦石网,对落石实施有效拦截,从而实现其防护功能。

  对于高度大于100m的超高坡面,进行全坡面加固的可行性都非常低,通常的防治思路为多种防护产品的组合防护二由于落石的坠落加速的过程长,落石到达坡面中下部时速度、冲击动能以及弹跳高度都很大,如果单纯采用拦石网进行防护的话,须在坡面从上向下分级设置几道防护系统进行组合拦截,方能有效地拦截落石;当然,根据地形和坡面危石分布特征,也可考虑采用斜坡稳定系统与落石拦截系统相结合的防护,即对落石块径大、发生频率高的局部区域进行斜坡稳定加固处理,对零星散布的落石则采用落石拦截,这种组合防护方式将有效地减小落石发生的频率和规模,同时也降低了允许塌落的落石对防护网的冲击动能,实现防护工程在安全前提下的经济性。



  (3)对于需防护区域较狭窄的铁路、公路等上方的高陡边坡,特别是近沿直的边坡,斜坡稳定系统很难实施且落石拦截系统也无法正常使用时,防护思路应根据现场是否具备碎落条件来作不同形式的围护处理。当现场具备碎落条件时,可直接采用固护系统进行防护;而现场不具备碎落条件时,可以考虑灵活使用落石拦截系统,即将拦石网缓倾向下布置,形成具有类似于传统的棚洞结构功能的拦石网,它能有效拦截可能落入需防护区域内的全部落石,并使部分落石在拦石网上弹跳后以抛物线轨迹落到需防护区域以外,从而确保需防护区域的安全。因此,这类拦石网的设置位置应在保证其下部无落石发生的前提下尽可能离地面高一些,一方面可以使落石掉落到地面以后尽可能远离需防护区域,另一方面也能适当降低落石的落差,减小其对系统的冲击,但此举也带来了系统安装和后期维护难度的增加。



   (4)对于上陡下缓的边坡,来自该类边坡顶部附近的落石在上部陡坡段加速明显,但到达下部坡段后会与地面发生剧烈碰撞,致使其动能会明显减小,且可能会解体为较小的块体。特别是需防护区域与坡脚之间有较宽的平缓地带时,落石的动能会在与地面的冲击过程中得到充分消散,加之岩石的弹性模量较小,其撞击以后的反弹高度也不会很大,在平缓段上经过几次弹跳或与地面发生一定摩擦后,动能将衰减到很小,此时在该平缓地带的外侧设置落石拦截系统,以拦截的方式进行防护,既经济又安全。对边坡中部有平台的情形,其上部防护也可做同样的考虑。



  (5)对于上缓下陡的边坡,若上部缓坡段有落石发生?落石到达坡脚后的速度和动能都会非常大,要想仅在坡脚实施拦截,则对拦石网的防护能级要求很高,而且还存在落石飞越防护网的可能性,其经济性和安全性不好。通常此类边坡的防治思路为,在上部缓坡段外沿变坡点附近设置拦石网,对上部缓坡的落石加以拦截,而下部陡坡段再根据现场情况选择加固或囤护措施,通过防护系统的组合使用来实现工程全面有效的防护。



三、按坡面植被选型

  当今社会人们的环保意识己越来越强,在地质灾害治理领域中也越来越强调工程的环保性,在要求完成地质灾害治理的同时,也要求工程行为应尽量保护原有植物或保留植物的生长条件。基于此要求,在植被丛生的坡面地灾防治工程设计中,在不允许大量砍伐树木的情况下,不宜选用需全坡面覆盖的斜坡稳定系统和困护系统,而适合采用带状布设的落石拦截系统。而且,此类边坡上植物的存在将在很大程度上阻滞落石的下坠运动,减小落石的运动速度和弹跳高度,对落石拦截系统来说是个有利条件,防护所需拦石网的能级和高度也因此而比相同的裸露边坡小,同样,工程的经济性也因此而得到提升。对仅有灌木生长的边坡,在必要时也可选择将灌木砍除,实施坡面力口回或围护工程,由于此类系统结构具有开放性,植物具有再生条件,在一段时期之后灌木能重新生长起来,原有的生态环境也可以得到恢复。


摘自《SNS边坡柔生安全防护系统工程应用》