SNS系統(tǒng)在公路工程建設(shè)中的應(yīng)用

宋碧宏，朱蔚蔚，李茹，李殿海，朱丹

（1.重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400045；2.西北核技術(shù)研究所，西安 710024）

SNS系統(tǒng)（safty net system），即安全防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)。1956年首先由瑞士布魯克集團(tuán)研制開發(fā)并應(yīng)用于雪崩防護(hù)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，該系統(tǒng)在技術(shù)上日趨成熟，形成了一種地質(zhì)災(zāi)害防治工程領(lǐng)域內(nèi)成熟的柔性防護(hù)新技術(shù)，產(chǎn)品類型的開發(fā)也越來越多并實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，在斜坡安全防護(hù)，特別是崩塌落石防護(hù)領(lǐng)域方面得到了大量推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)自1995年引入中國以來，已成功地應(yīng)用于鐵路、公路、水電站、礦山和市政工程的大量工點，尤其適合整體穩(wěn)定性較好，但有落石或小型塌落可能存在的高、陡、破碎坡面加固，可以在不破壞原坡面的條件下進(jìn)行防治。

1 SNS系統(tǒng)概況

1.1 系統(tǒng)簡介

SNS系統(tǒng)以高強度柔性網(wǎng)（鋼絲繩網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、高強度鋼絲格柵）作為主要構(gòu)成部分，并以籠蓋（主動防護(hù)）和攔截（被動防護(hù)）兩大基本類型來防治各種斜坡坡面地質(zhì)災(zāi)害和雪崩、岸坡沖刷、爆破飛石、墜物等危害的新型柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)，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)。其被動防護(hù)系統(tǒng)首先應(yīng)用于雪崩防護(hù)，經(jīng)由不斷的實踐和探索，該技術(shù)在邊坡防護(hù)領(lǐng)域得到了更為廣泛的應(yīng)用，形成了一種坡面地質(zhì)災(zāi)難防治工程領(lǐng)域內(nèi)安全可靠、簡樸易行、環(huán)保經(jīng)濟(jì)的柔性防護(hù)新技術(shù)。

1.2 工作原理及應(yīng)用范圍

SNS系統(tǒng)的基本工作原理是利用鋼繩網(wǎng)、鋼立柱、鋼繩格柵及錨固系統(tǒng)等材料，通過覆蓋、錨固等方法來保護(hù)山體、斜坡的穩(wěn)定，防止崩塌、淺層滑坡等環(huán)境工程地質(zhì)問題的發(fā)生。

目前，SNS系統(tǒng)主要應(yīng)用于5個方面：

1）淺層滑坡、原巖風(fēng)化剝落防護(hù)。2）崩塌、落石防護(hù)。3）斜坡保護(hù)系統(tǒng)。4）雪崩防護(hù)。5）爆破安全防護(hù)。

1.3 系統(tǒng)分類

1.3.1 主動防護(hù)系統(tǒng)

主動防護(hù)系統(tǒng)是用以鋼絲繩網(wǎng)或高強度鋼絲格柵為主的各類柔性網(wǎng)覆蓋或包裹在需防護(hù)的斜坡或危石上，以限制坡面巖土體的風(fēng)化剝落或破壞以及危巖崩塌（加固作用），或者將落石控制在一定范圍內(nèi)運動（圍護(hù)作用）。主要應(yīng)用于防治淺層滑坡、邊坡加固、防止風(fēng)化剝落及海岸、庫岸的侵蝕。

1.3.2 被動防護(hù)系統(tǒng)

被動防護(hù)系統(tǒng)是將以鋼絲繩網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)為主的柔性柵欄設(shè)置于斜坡上一定位置處，用于攔截斜坡上的滾落石（或落物）以避免其破壞擬保護(hù)的對象，因此也稱為攔石網(wǎng)；當(dāng)設(shè)置于泥石流區(qū)內(nèi)時，便可形成攔截泥石流體內(nèi)固體大顆粒的柔性格柵壩。該系統(tǒng)主要用于防治巖崩、落石、雪崩等不良地質(zhì)災(zāi)害，按其能量級別不同共分為4大類：

1）“RX”系統(tǒng)：防護(hù)能量從250～1500kJ不等。

2）“AX”系統(tǒng)：防護(hù)能量從40～300kJ不等。

3）“CX”系統(tǒng)：防護(hù)能量從300～500kJ不等。

4）“CAN”系統(tǒng)：防護(hù)能量從1500～2350kJ不等。

其中以“RX”系統(tǒng)應(yīng)用最為普遍。

2 主要性能及使用范圍

2.1 主動防護(hù)網(wǎng)

主動防護(hù)網(wǎng)主要分斜坡保護(hù)系統(tǒng)和滑坡風(fēng)化剝蝕防護(hù)系統(tǒng)2種，如圖1所示。

圖1 主動防護(hù)網(wǎng)

2.1.1 斜坡保護(hù)系統(tǒng)

斜坡保護(hù)系統(tǒng)是由土體、插入式暗筍管和表面覆蓋的防護(hù)網(wǎng)共同作用而組成的一個復(fù)合系統(tǒng)，它能解決許多斜坡非穩(wěn)定性問題。暗筍管和鋼繩網(wǎng)相結(jié)合的防護(hù)系統(tǒng)可以有效阻止表層土體蠕動，同時能夠綠化坡面，防止水土流失，美化環(huán)境。

斜坡保護(hù)系統(tǒng)由3部分構(gòu)成：

1）插入式暗筍管：用于地下加固，直徑50～76mm，管壁有眾多穿孔，其長度和級別按實際情況確定。它們被放入預(yù)先打好的鉆孔內(nèi)（Φ＝90mm）或用重錘擊入地下。

2）錨索：由1～4根抗腐蝕鋼索組成，用于固定安裝鋼繩網(wǎng)，被放入暗筍管中，然后灌注水泥砂漿。

3）鋼繩網(wǎng)：用抗腐蝕防護(hù)鋼繩呈對角線編制而成的網(wǎng)，對地形、植物層和建筑物有很好的適應(yīng)性，防護(hù)網(wǎng)相互張拉，防止了單根暗筍管的移動。

2.1.2 滑坡、風(fēng)化剝落防護(hù)系統(tǒng)

滑坡、風(fēng)化剝落防護(hù)系統(tǒng)的工作原理、主要性能和施工工藝同斜坡保護(hù)系統(tǒng)基本一致，其主要差別是為了增加防護(hù)網(wǎng)的強度用錨桿和鋼繩格柵代替了斜坡防護(hù)系統(tǒng)的暗筍管和連接索。錨桿長度一般在5m以上，可以深入基巖或風(fēng)化殘積層底部，通過技術(shù)處理把錨索固定在錨桿上。鋼繩格柵就是比連接索強度更高的鋼索，以使鋼繩網(wǎng)張力更大。通過這兩種材料的使用，系統(tǒng)的強度提高了2～10倍，能更有效地固定滑坡體和風(fēng)化剝落山體。

2.2 被動防護(hù)網(wǎng)

被動防護(hù)網(wǎng)是一種能攔截和堆存落石的柔性防護(hù)網(wǎng)，主要分鋼繩攔石網(wǎng)系統(tǒng)和雪崩防護(hù)系統(tǒng)兩種，如圖2所示。

圖2 被動防護(hù)網(wǎng)

2.2.1 鋼繩攔石網(wǎng)系統(tǒng)

以落石所具有的沖擊動能這一綜合參數(shù)作為最主要的設(shè)計參數(shù)，避開了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中以荷載作為主要設(shè)計參數(shù)時所存在的沖擊動荷載難以確定的問題。實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)定量設(shè)計，防護(hù)能量為40～3000kJ，也能對5000kJ的更高能級進(jìn)行特殊設(shè)防。

主要由鋼繩網(wǎng)、鋼立柱、鋼繩格柵、減壓環(huán)、錨索、錨固節(jié)頭等部分組成，其中的鋼繩網(wǎng)、錨索、鋼繩格柵和斜坡保護(hù)系統(tǒng)中的相應(yīng)部件完全一致。

1）鋼立柱：是由方鋼管構(gòu)成，一般高2～4m之間，用于固定鋼繩網(wǎng)和鋼繩格柵，其端部被錨固于地基中。鋼立柱下部配有活動螺栓，使其可以前后擺動，目的是為了同減壓環(huán)共同配合緩沖并承受巖塊的沖擊力。

2）減壓環(huán)：其兩端接錨索，錨索一端接鋼立柱，另一端接錨固節(jié)頭。它通常布置在鋼繩網(wǎng)的一側(cè)，也可以同時固定于鋼繩網(wǎng)兩側(cè)。當(dāng)與減壓環(huán)相連的鋼絲繩所受拉力達(dá)到一定程度時，減壓環(huán)啟動并通過變形位移來吸收能量，從而實現(xiàn)其過載保護(hù)作用功能；撞擊結(jié)束后，減壓環(huán)又能最大限度地收縮錨索，使鋼立柱在承受巖塊靜壓力的狀態(tài)下盡可能保持直立狀態(tài)。通過減壓環(huán)的作用，鋼繩網(wǎng)承受撞擊能力提高了2～5倍。

3）錨固節(jié)頭：主要用于固定錨索，構(gòu)造簡單，用混凝土灌注于地基中。錨固節(jié)頭、錨索與減壓環(huán)共同組成了鋼繩網(wǎng)的錨固系統(tǒng)。

2.2.2 雪崩防護(hù)系統(tǒng)

雪崩防護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用面較窄，其工作原理和鋼繩攔石網(wǎng)系統(tǒng)大體一致。雪崩防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)主要由鋼架結(jié)構(gòu)構(gòu)成。由于雪崩災(zāi)害通常是大面積沿坡面運動，能量極高，因此對雪崩的防護(hù)必須是多級攔截削能。

2.3 主－被動防護(hù)網(wǎng)

主—被動防護(hù)網(wǎng)就是綜合主動防護(hù)網(wǎng)和被動防護(hù)網(wǎng)共同起作用，治標(biāo)治本，效果更顯著?？梢詰?yīng)用于規(guī)模較大的崩塌、滑坡等環(huán)境工程地質(zhì)問題的治理，特別適用于大爆破安全設(shè)計，但此系統(tǒng)工程量較大，造價也較貴。

3 SNS系統(tǒng)在公路工程建設(shè)中的應(yīng)用前景

3.1 適用范圍

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路逐漸向山區(qū)延伸，進(jìn)入山區(qū)的公路由于其強烈的人為地質(zhì)作用，破壞了原生工程地質(zhì)環(huán)境，產(chǎn)生了大量的次生環(huán)境工程地質(zhì)問題，如誘發(fā)順層滑坡、古滑坡復(fù)活，引起大型崩塌和落石、泥石流等。對這些環(huán)境工程地質(zhì)問題的處理已經(jīng)成為影響公路設(shè)計和施工的主要因素之一。

SNS系統(tǒng)以其對巖土安全防護(hù)獨到的適用性在公路建設(shè)中有著明顯的應(yīng)用天地，特別是不良地質(zhì)災(zāi)害的處理和路基邊坡防護(hù)等方面。主動防護(hù)網(wǎng)能夠用于挖方路塹邊坡的防護(hù)，治理淺層滑坡、原巖風(fēng)化剝蝕防治和水土保持；被動防護(hù)網(wǎng)可以治理崩塌和落石、泥石流、雪害等不良地質(zhì)災(zāi)害，能夠代替明洞、防雪走廊等構(gòu)造物；主—被動防護(hù)網(wǎng)可以用于大爆破防護(hù)等。

3.2 應(yīng)用優(yōu)勢

1）SNS系統(tǒng)是處理某些不良地質(zhì)問題的有效手段，在大多數(shù)情況下可以代替起防護(hù)作用的砼工程物。它對道路工程中經(jīng)常遇到的淺層滑坡、大型崩塌、風(fēng)化剝落等環(huán)境工程地質(zhì)問題處理有很強的針對性，在實際工作中對這些環(huán)境工程地質(zhì)問題的處理有設(shè)立擋墻、漿砌片石護(hù)坡、抹面等常規(guī)方法，效果未見理想。斜坡保護(hù)系統(tǒng)是目前了解到的能夠進(jìn)行水土保持的最佳辦法。

2）充分利用系統(tǒng)的柔性和施工布置的靈活性來最大限度地適應(yīng)各種復(fù)雜的地形地貌環(huán)境，盡可能降低因開挖所造成的環(huán)境破壞和對邊坡的危害，以及對其他工程和周邊建筑物正常運營的干擾，可以同步或超前于土石方主體開挖工程的施工，即能實現(xiàn)逆作法施工或平行功課。

2）能夠節(jié)約造價，用SNS系統(tǒng)代替明洞或防雪走廊等構(gòu)造物，造價可以節(jié)約80%以上。

3）施工工藝簡便，SNS系統(tǒng)施工只需極少數(shù)工作人員和設(shè)備，施工期一般在10～30d之內(nèi)。只要提供必要的裝置和技術(shù)咨詢，任何承包人都可以進(jìn)行施工，而以往的砼工程物施工手段繁瑣，工期長。

4）產(chǎn)品美觀大方，結(jié)構(gòu)輕盈，極富時代感，和環(huán)境相融和諧，在起防護(hù)作用的同時，可以美化環(huán)境，特別適用于高等級公路這樣的大型帶狀交通基礎(chǔ)設(shè)施。

5）能夠局部代替封閉高等級公路所用的隔離柵，可以省掉部分交通工程的費用。

6）便于公路養(yǎng)護(hù)，通過定期的清理積石、修理或更換損壞構(gòu)件等工作，道路養(yǎng)護(hù)變的易于操作。

3.3 國內(nèi)外應(yīng)用情況

SNS系統(tǒng)已獲SQS產(chǎn)品質(zhì)量國際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，并廣泛地應(yīng)用于國外的公路、鐵路及水電工程建設(shè)中。國內(nèi)應(yīng)用目前處于起步階段，主要項目有大河口水電站左岸邊坡防護(hù)、寶成鐵路復(fù)線爆破安全防護(hù)、重慶機場路邊坡防護(hù)、懷新高速公路邊坡防護(hù)、沈本高速公路邊坡防護(hù)等。在以上的項目應(yīng)用中，SNS系統(tǒng)比砼工程物的優(yōu)越性得到了充分體現(xiàn)。

4 結(jié) 語

SNS系統(tǒng)是國外早已發(fā)展起來的用于巖土防護(hù)工程的產(chǎn)品，國內(nèi)尚處于起步發(fā)展階段，它具有適用性強、施工簡便、占地少、美觀耐用等砼工程物無法比擬的優(yōu)點。SNS系統(tǒng)在公路建設(shè)上有廣闊的使用面，特別是對淺層滑坡、崩塌、雪崩等不良地質(zhì)處理有理想的效果，同時能夠保持水土，有利于美化環(huán)境，這在高等級公路建設(shè)中愈來愈重視環(huán)境保護(hù)的形勢下有著其特殊的意義。因此，SNS系統(tǒng)在道路工程中有著良好的應(yīng)用前景，應(yīng)當(dāng)迅速地給予推廣和普及。

[1]JTJD30－2004 公路路基設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]趙明階，何光春，王多垠.邊坡工程處治技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2003.

[3]楊航宇，顏志平，朱贊凌，等.公路邊坡防護(hù)與治理[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]胡厚田.崩塌與落石[M].北京：中國鐵道出版社，1989.

[5]徐衛(wèi)亞.邊坡及滑坡巖石力學(xué)與工程研究[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2000.

[6]蔣忠信，陳光曦，吳宗儉，等.中國山區(qū)道路災(zāi)害防治[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1996.

[7]王恭先.滑坡防治工程措施的國內(nèi)外現(xiàn)狀[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，1998.

[8]賀詠梅，陽友奎.SNS邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化問題[J].路基工程，2002.