形成原因
SNS柔性主動防護系統是採用帶錨墊板的預應力鋼筋錨桿將高強度鋼絲格柵張緊固定覆蓋於邊坡上,形成安全防護系統。主要適用於具有溜坍、崩塌、淺層滑動、風化剝落、危岩落石等潛在地質災害的土質或岩石邊坡加固和防護,同時輔助生態恢復工程措施,最終達到交通安全、景觀自然、協調的生態防護效果。2009年前常用的SNS柔性主動防護系統有環形柔性網、TECCO等。安通建設有限公司聯合北京市公路橋樑建設集團有限公司等單位經過深入廣泛的探索,在2009年進一步創新並完善《SNS柔性主動防護系統施工工法》,並於2009年、2010年分別在G045線賽里木湖-果子溝口段公路改建工程第七契約段、哈巴河至白哈巴公路新建工程第一契約段等多個項目進行了柔性主動防護系統施工套用,積累了較多的經驗,取得了效果。
工法特點
《SNS柔性主動防護系統施工工法》的工法特點是:
一、SNS主動防護系統將集中荷載均勻擴散到整個柔性防護網,實現了“局部受力,整體承載”的優勢。
二、格柵張緊覆蓋於邊坡上,對邊坡變形具有整體約束作用。
三、邊坡配以綠化與坡面防護系統結為一體,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,實現最佳的邊坡防護和環境保護的目的。
四、先鋪設格柵網後設定錨桿工藝較傳統搭架施工方法,較好地解決了在山區狹窄道路上施工搭設支架對場地的要求,提供了施工作業人員的工作平台,減小了施工中危石墜落對施工作業人員的安全威脅,對通行干擾小,施工安全有保障,施工進度快,施工質量好,社會、經濟效益明顯。
五、無外露錨桿頭的干擾,易於確定主錨桿及加設輔助錨桿的最佳位置,已鋪設格柵網為後續工作提供了落石防護,無需臨時安全防護措施,無需搭設腳手架,且有助於攀爬行走和系安全帶(繩)等。
六、該工法關鍵技術具有創新性和實用性,施工方法簡明,操作安全可靠,施工周期短。
操作原理
適用範圍
《SNS柔性主動防護系統施工工法》適用於山區各類高、陡邊坡(坡度為1:0.5~1:0.75)防護工程及具有溜塌、崩塌、淺層滑動、風化剝落、危岩落石等潛在地質災害的土質或岩石邊坡加固和防護。尤其適用於施工作業場地狹窄,對施工期間通行要求較高的工程項目。
工藝原理
《SNS柔性主動防護系統施工工法》的工藝原理敘述如下:
SNS主動防護系統是通過對預應力鋼筋(錨桿)施加預應力,將高強度鋼絲格柵張緊固定覆蓋於邊坡上,緊貼邊坡,從而對整個邊坡形成連續支撐,抑制局部岩土體移動或在發生局部位移或破壞後將裹縛(滯留)原位附近,從而實現主動防護(加固)功能(SNS主動防護系統構造參見下圖)。
施工工藝
《SNS柔性主動防護系統施工工法》的工藝流程見下圖。
《SNS柔性主動防護系統施工工法》的操作要點如下:
一、清理危石修整邊坡
規整地形邊界,對坡面防護區域內的危石及浮石用人工清除。清理時,操作工人必須身系安全繩、安全帶、佩戴安全帽,採用鐵鍬、鐵鎬將坡面上的已風化危石、浮石剷除,對於小體積突石、尖石用鋼釺打鑿,以利於後續鋪設格柵網的工作;對於灌木雜草,則用鐵杴鏟掉上部結構,草木的根予以保留。
二、放線測量確定孔位
根據地形條件,孔間距可有10%設計值的調整量,在孔間距允許的調整量範圍內,儘可能在低凹處選定錨桿孔位;對非低凹處或不能滿足系統安裝後儘可能緊貼坡面的錨桿孔(一般連續懸空面積不得大於5平方米,否則宜增設直徑20厘米,長度為1~1.5米的輔助錨桿)。
三、鑽鑿頂排錨桿孔、清孔
鑽孔應圓而直,鑽孔方向宜儘量與岩層坡面垂直。
鑽機就位後,應保持平穩,導桿或立軸與鑽桿傾角一致,並在同一軸線上。孔徑應大於錨桿直徑15毫米,錨桿孔深應比設計錨桿長度長5厘米以上。在鑽進過程中,應精心操作,精神集中,合理掌握鑽進參數和鑽進速度,防止埋鑽、卡鑽等現象出現。鑽孔完畢後,用清水把孔底沉渣沖洗乾淨,直至孔口清水返出。
四、安設頂排錨桿
清孔完成後,將已經加工完畢的符合設計的錨桿插入錨孔中,插入孔底並對中,按照設計深度錨入基岩中,外露15厘米左右。
五、展鋪坡面格柵網
從上往下鋪設格柵,格柵縱向邊界應重疊一至兩個網孔寬度,橫向上無需要重疊,縫合絲或繩穿過搭接孔,端頭應與格柵紐結或用繩卡固定,格柵網間重疊寬度控制在10~15厘米,最小不得小於5厘米,兩張格柵網間以及必要時格柵網與支撐繩間用鋼絲進行扎結,當坡度小於45度時,扎結點間距一般不得大於2米,當坡度大於45度時,扎結點間距一般不得大於1米。格柵網鋪設完畢後,在格柵網外側布置縫合繩與支撐繩,進行固定連線並預張拉,使格柵網與坡面貼緊。
六、坡面錨桿孔定位
以坡腳為基準線放線布置錨桿孔位,宜設於天然凹坑處(孔口凹坑示意參見下圖),但間距不應大於設計值的10%。
七、安設坡面錨桿
鑽孔時,採用開山牌Y015型手持式鑿岩機自上而下鑽孔,邊坡下部或便於履帶式開山120型露天潛孔鑽車作業的部位儘量採用該鑽車,以便降低勞動強度提高工作效率。鑽孔孔徑應大於錨桿直徑15毫米,鑽孔深度應比設計錨桿長度長5厘米以上,鑽孔孔位偏差不應大於設計值的10%,鑽孔方位偏差不大於5度;在不具備能使格柵緊貼坡面的天然凹坑或邊界處開鑿1~1.5米深的輔助錨桿孔;當受鑿岩設備限制時,構成每根錨桿的兩股鋼繩可分別錨入兩個孔徑的錨孔內,形成人字形錨桿(當錨桿為鋼繩錨桿時),兩股鋼繩間夾角為15度~30度,以便達到同樣的錨固效果。成孔後,用堵塞物將已經成型的孔堵塞好,防止雨水、粉塵進入。
八、加設輔助錨桿
檢查格柵與坡面的貼緊情況,根據需要布置安裝輔助錨桿或打入式錨釘。
九、固定邊界繩縫合繩
邊界繩從格柵網孔穿過至兩端鋼繩錨桿,張緊並用4個繩卡固定。
十、錨桿注漿、養護
注漿施工時,將注漿管插至距孔底5~10厘米處,隨砂漿注入緩慢均勻拔出,要確保砂漿飽滿。錨桿注漿採用的砂漿或水泥漿不低於M30,具體配比應由試驗確定。一般情況下,宜用灰砂比1:1~1:2、水灰比0.45~0.5的水泥砂漿或水灰比0.45~0.5的純水泥漿,水泥宜用P.O42.5水泥,優先選用粒徑不大於3毫米的中細砂。
錨桿注漿後,在砂漿凝固前,不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。在進行下一道工序前,注漿體養護時間不少於3天。對於普通全長粘結錨桿,不需要進行張拉作業。對於預應力錨桿,在砂漿養護28天后,安裝張拉設備逐級載入張拉,當拉拔力達到規定值時,應立即停止載入,結束張拉工作。
十一、施加預應力
安裝
錨墊板並擰緊螺母施加預應力,使格柵張緊並緊貼坡面或稍壓入地層,格柵懸空處的錨桿預應力不應大於30千牛;錨墊板的彎鉤必須卡入格柵網孔內,上邊界及側邊界繩必須卡壓在錨桿的外側,下邊界繩必須卡壓在錨桿的上側。
十二、後期綠化
需噴漿植土的段落待柔性防護網施工完畢後按照“噴漿植土——噴薄草籽——鋪設無紡布——後期養護”的順序進行施工。噴漿時宜先噴4厘米厚不含草籽的混合物,再噴射2厘米含草籽的混合物或根據設計圖紙要求施工。
材料設備
《SNS柔性主動防護系統施工工法》所用的材料及設備明細如下:
一、材料
主動防護系統主要由高強度鋼絲格柵網、錨墊板、錨桿、邊界繩、支撐繩及邊界繩和支撐繩對應的錨桿組成。
1、高強度鋼絲格柵:採用抗拉強度不低於1770兆帕的高強度、高韌性鋼絲編制,防腐採用鋅鋁合金鍍層(不低於150克/平方米),菱形網孔內切圓直徑65毫米,網塊標準規格30/20/10×3.5米。
2、錨桿:採用一端(外露段)帶加工螺紋的中28普通螺紋鋼筋錨桿,外露部分進行熱鍍鋅防腐處理;成孔困難時可採用自行式中空錨桿。
3、錨墊板:菱形鋼板,4個角帶有彎鉤,尺寸不小於350毫米×170毫米,厚度不小於8毫米,需要時可改變或簡化結構。
4、邊界繩:地形邊界複雜時或需提高邊界封閉效果時考慮選用,Φ12熱鍍鋅鋼繩,單根長度不宜大於40米,每根兩端各配一根長度為2米的2Φ16雙股鋼絲繩錨桿。
5、輔助錨桿:用於在局部低凹或邊界處使格柵更好的貼緊坡面,構成與主要錨桿相同,長度一般選用1~1.5米。
6、參數與材料配置
(1)錨桿間距a和b:標準間距為a=3.3米,b=4米。
(2)錨桿長度L:錨桿長度為2.5米(外露段長度15厘米),輔助錨桿長度為1~1.5米。
(3)錨桿直徑D:錨桿為Φ28普通螺紋鋼筋,輔助錨桿為Φ20普通螺紋鋼筋錨桿,外露部分進行熱鍍鋅防腐處理。
(4)錨桿傾角:錨桿儘可能垂直坡面,當格柵有懸空時,宜使錨桿與張緊後的格柵表面近於垂直。
(5)錨桿孔:乾鑽,孔徑比錨桿直徑大於15毫米以上。
(6)縫合鋼絲或鋼絲繩:網塊間的縱向接長採用與格柵編織用同型號鋼絲加工的波紋縫合絲縫合,網塊間的橫向連線採用Φ8熱鍍鋅鋼絲繩或格柵編織用同型號鋼絲,長度約為縫合路徑直線長度的1.2倍。
(7)錨墊板:數量與錨桿根數相同,並帶專用螺母。
二、施工機具
主動防護系統中主要施工機具有:20立方米/分鐘、氣壓0.8兆帕英格索蘭空壓機,履帶式開山120型露天潛孔鑽車,開山牌Y015型手持式鑿岩機,灰漿攪拌機,YF1506注漿機、YC60張拉千斤頂。施工材料及機具匯總參見下表。
質量控制
《SNS柔性主動防護系統施工工法》的質量控制要求如下:
一、控制措施
1、工程所用原材料鋼材、水泥必須經過試驗檢測,符合施工要求,有合格的試驗檢測資料。
2、柔性防護網施工之前,必須徹底清除坡面防護區域內威脅施工安全的浮土及浮石,對不利於施工安裝和影響系統安裝後正常功能發揮的局部地形(局部堆積體和凸起體等)進行適當修整。
3、根據設計要求和土層條件,認真編制施工組織設計,選擇合理的鑽進方法,認真操作,防止發生鑽孔坍塌、掉塊、涌砂和縮徑,保證錨桿順利安插和注漿。
4、錨桿施工前,宜取兩根錨桿進行鑽孔、注漿、張拉的試驗性作業,考核施工工藝和施工設備的適應性。
5、嚴格控制水泥漿攪拌質量,並使注漿設備和注漿管處於良好工作狀態。水泥漿灌注完畢後,應至少有7天的養護時間,外露錨桿不得隨意敲擊及懸掛重物。
二、檢測項目
1、錨桿檢測項目參見下表。
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| | | 《公路工程質量檢驗評定標準》JTG F80/1-2004 |
| | | 《公路工程質量檢驗評定標準》JTG F80/1-2004 |
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2、鋼絲繩、鋼絲格柵檢測項目參見下表。
3、格柵網安裝檢測項目參見下表。
安全措施
採用《SNS柔性主動防護系統施工工法》施工時,除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外,尚應遵守注意下列事項:
一、施工前應認真進行技術交底,施工中應明確分工,統一指揮。對施工人員進行危險告知,提高施工作業人員的安全防範意識;施工人員必須佩戴好安全帶、安全帽等防護用品。
二、人工清理邊坡危石時,應自上而下進行;清理危石期間,做好安全警戒,人員及車輛禁止通行。
三、各種設備應處於完好狀態。張拉設備應牢靠,試驗時應採取防範措施,防止夾具飛出傷人。
四、操作人員應遵守有關安全規程和勞動紀律,服從專職安全員的指揮。上崗作業時,應思想集中,堅守崗位,嚴禁酒後施工作業。
五、因柔性防護網屬於高空、危險作業,施工應在白天及晴天進行。
六、施工段落前後設定警告標誌和警戒線。在施工期間,路段的兩端應豎立顯示正在施工的警告標誌。標誌應鮮明、醒目,標誌與施工路段的距離,應根據作業長度、危險程度或危害半徑等情況確定。
七、施工時現場安全員應旁站,穿反光服,察看邊坡穩定性。路基上邊坡無懸石、無垮塌跡象後方可允許作業,並選擇一個安全且能完全觀察到施工範圍周邊環境的觀察點。發現危險時,及時對施工人員進行警告,並停止施工,待危險解除後再進行施工。
八、施工完畢後,先由安全員進入現場,檢查邊坡情況,確認無安全隱患後,發出解除警戒信號,其他人員和機械車輛方可進入現場施工。
環保措施
《SNS柔性主動防護系統施工工法》的環保措施如下:
一、最大限度地減小施工對邊坡岩石結構的破壞,減少土石方開挖,少破壞原生植被,施工中儘量避繞成活林木。
二、在柔性防護網施工完畢後,根據公路所處不同的植被類型區特點,選擇恰當的植被類型組合為主要恢復措施,並依據植物生長、穩固邊坡及景觀改造要求,可以採用噴漿植草及人工播草等技術方式進行生態恢復,最終保證植被景觀環境協調統一。
三、需進行植被恢復的坡面應在坡頂開挖臨時排水溝,臨時排水溝開挖時視地面變化高低放線,每次雨後及時處理淤積,保證排水通暢。
四、人工播草最好在秋季進行,既避免了牛羊踐踏,又達到了草籽在降雪覆蓋後,來年春季長勢良好的目的。
五、工程完工後,及時進行現場徹底清理,對於施工中廢棄的零碎配件、邊角料、水泥袋、包裝箱等及時收集清理並搞好現場衛生,以保護自然環境與景觀不受破壞。
效益分析
《SNS柔性主動防護系統施工工法》的效益分析如下:
一、經濟效益
後期維護費用低。因鋼絲繩和柔性格柵網採用了熱鍍鋅的防腐工藝,確保了系統較長的使用壽命,在不遭受破壞的情況下,一般可達20~30年,即使個別構件變形或破壞後也容易得到維修或更換,在系統遭受過載衝擊時避免整體或大量構件的變形或破壞,使維護工作僅局限在較小的範圍,且在得到維護前不致使系統完全喪失防護功能。
以哈白項目為例,項目共有SNS柔性主動防護網12萬平方米,施工中採用先鋪設柔性格柵網後利用格柵網作為施工安全網和作業平台,與傳統搭設支架施工方法相比較:
1、平均每平方米節約搭設支架施工成本10元,節約成本120000×10=120萬元。
2、採用新工藝鑿孔和掛網,施工效率提高,每平方米人工工日減少0.05工日,節約成本120000×0.05×100=60萬元。
3、採用新工藝施工,提前2個月完工,節省項目管理費用60萬元。前三項合計節約成本240萬元,平均每平方米節約成本20元,經濟效益明顯。
二、社會效益
1、該工藝主要特點是局部受力,通過格柵網和支撐繩將作用力傳遞到整個防護系統中,不會增加坡面荷載,保證了高邊坡的穩定性,防止岩石突然坍塌,對災害起到預警作用,消除了安全隱患。
2、減少土石方開挖數量和邊坡防護面積、縮短工期。同條件的邊坡採用主動防護比採用其他形式的防護可以對挖方邊坡採用較陡的坡比,很大程度的減少土石方開挖數量和實際邊坡防護面積,同時工期也相應得以縮短。尤其是採用該工法施工,能夠節省搭設和拆除支架平台費用,提高施工效率,節約施工成本和項目管理費用。
3、坡面地質災害防護工程多為高山峽谷區內高陡邊坡上的野外高空作業,作業環境一般都惡劣,這就要求防護工程的實施必須快速而方便。該系統為工廠化與標準化生產,到工地無需複雜工藝加工,對於構件尺寸最大的平面狀的柔性格線柵來講,因柔性特徵,它可以裹卷為較小的尺寸而便於運輸和搬運,施工進度快。
4、施工中基本不破壞原有植被,在施工中可以避繞成活林木,植被可以在格柵網範圍內生長,有利於植被根基的穩固和後期綠化。網狀的開放性系統,視覺干擾小,與周邊環境協調性強,減小了外露岩體的視覺壓力,而且比漿砌片石防護、混凝土防護等硬性防護美觀;坡面原生植被的自然生長或人工綠化,實現了工程美學和環境保護的融合。
5、採用該工法施工能較好的解決山區地形狹窄,無法搭設支架作為施工平台的問題,同時施工中能夠確保車輛和行人的通行安全,產生社會效益。
註:施工費用以2009-2010年施工材料價格計算
套用實例
《SNS柔性主動防護系統施工工法》的套用實例如下:
一、哈巴河至白哈巴公路第一契約段位於新疆維吾爾自治區阿勒泰地區喀納斯風景區內,該工程全線長34千米,因為地處邊境地區同時位於風景區內,施工時對環境保護和車輛通行要求較高,該工程多處岩石外露高邊坡採用SNS柔性主動防護系統進行邊坡防護,沿線K2+320~K29+600共有柔性防護網12萬平方米,2009年8月份項目選擇K28+873~K28+921段作為試驗段,分別採用搭設支架、無支架先設定錨桿後掛網、無支架先掛網後設定錨桿三種施工工藝進行施工對比,並作出了施工總結,用於指導施工,為大面積的柔性防護施工提供了施工經驗和有效的數據。該工法在該工程中套用效果較好,以上高邊坡均取得了施工質量和防護效果,掛網施工完畢後採用噴漿植草使生態得以恢復,並取得了經濟效益和社會效益。
二、G045線賽里木湖果子溝口段公路改建工程第七契約段位於新疆維吾爾自治區伊犁自治州霍城縣境內,果子溝景色優美,地質條件複雜,生態脆弱。項目全長11.5千米,雙向四車道,沿線共設定SNS柔性主動防護網18萬平方米。項目2006年7月開工,2009年10月完工。項目在SNS主動防護網施工初期採用傳統搭設支架作為施工平台的施工工藝,曾一度施工進度緩慢,對原國道過往車輛通行影響較大,後經改進,採用無支架先掛網後設定錨桿的施工工藝,提高了施工作業的速度,提高了作業人員的安全保障,同時對國道上過往車輛的影響較小。該工法在該工程中套用效果較好,完工後邊坡防護效果好,植被恢復較快,達到了預期效果。
三、青萊高速公路青島段第一契約段,包括主線及黃島連線線兩部分,其中黃島連線線全長3.624千米,雙向四車道,路基寬度28米,設計時速為120千米/小時。連線線起自徐村互通立交止於辛安互通立交。其中在1k2+880至1k3+100的高路塹挖方段,絕大部分的岩石風化程度低,整體性較好,局部存在不穩定情況,對於該部分路塹岩石邊坡採用了TECCO柔性主動防護系統對坡面進行了防護,且取得了效果。工程於2005年3月份開工,2007年12月完工並順利驗收通車。該工法在該工程中套用效果較好,工期短,僅用了1.5個月就完成了該項施工。完工後的邊坡整體防護效果好,無塌方現象,且達到了預期的效果。
四、濟萊高速公路濟南段第三契約段,契約段全長9.5千米,採用雙向6車道高速公路標準,路基寬度34.5米,設計時速為120千米/小時。其中k18+260-k18+541高路塹石質邊坡路段岩石為微風化,整體性較好,但局部存在不穩定情況,對該邊坡採用了TECCO柔性主動防護系統對坡面進行了防護,確保了局部失穩邊坡的穩定,又為後續的邊坡綠化提供了有力的載體,美化了環境,達到了加固和環保的雙重效果。工程於2005年3月份開工,2007年12月完工並順利驗收通車。該工法在該工程中套用效果較好,工期短。完工後的邊坡整體防護效果好,無塌方現象,且經檢測各項指標達到設計要求。
榮譽表彰
2011年9月30日,中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單》,以建質[2011]154號檔案公布,《SNS柔性主動防護系統施工工法》被評定為中國國家二級工法。