邊坡治理工程中材料運輸方式探討*

葉建軍 劉 迪 李 虎 王冠海 王 鑫 周鑫隆

（1.湖北工業(yè)大學土木建筑與環(huán)境學院；2.中鐵十六局集團第一工程有限公司）

由于邊坡類型、所處環(huán)境和護坡目的不同，以及人們生態(tài)環(huán)保意識的不斷發(fā)展，導致邊坡治理技術不斷演進和發(fā)展。到目前為止，衍生出種類繁多的邊坡治理技術和邊坡工程材料。在確定邊坡治理技術（工法）后，如何結(jié)合邊坡具體情況，確定合適的材料運輸方案，將邊坡工程材料安全、高效且經(jīng)濟地從堆場運送至坡面是邊坡治理工程中的關鍵。

邊坡工程中材料從堆場運送至坡面的運輸距離雖然較短，但受邊坡條件、材料類型等因素影響，選擇最優(yōu)運輸方案是個難題，對整個邊坡工程有較大影響，如施工進度、施工安全性、施工成本等。何玉［1］根據(jù)向家壩水電站高陡邊坡的特點設計了簡易滑道運輸系統(tǒng)；譚文俊等［2］根據(jù)長河壩水電站邊坡設計了一種材料運輸滑道；中鐵十七局發(fā)明了高邊坡小車運輸系統(tǒng)［3］。顯然，從施工安全、施工效率、工程經(jīng)濟因素等方面考慮，單一的運輸方式不能解決所有邊坡治理工程中邊坡材料運輸問題。對于一個具體的邊坡工程，如何在種類繁多的運輸方式中選擇并制定方案是一個難題。因此，有必要對材料從堆場運送至坡面的運輸方式進行系統(tǒng)性地分析整理，并提出運輸方案優(yōu)選方法。

1 邊坡治理工程常見材料及運輸模式

1.1 治理技術及材料

目前邊坡治理工程主要分為2類：傳統(tǒng)護坡和生態(tài)護坡。傳統(tǒng)護坡一般以水泥、鋼筋、混凝土等硬性材料為主要建材，通過構(gòu)筑特定護坡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)邊坡防護目的。傳統(tǒng)護坡可分為坡面防護和支擋結(jié)構(gòu)防護兩大類，其中支擋結(jié)構(gòu)防護較常見［4］。傳統(tǒng)支擋結(jié)構(gòu)有錨桿擋墻、雙排樁與懸臂式擋墻、土釘墻等［5］。近年來有許多新開發(fā)的支護技術在實際工程中得到運用，如樁—梁—錨復合式邊坡支護結(jié)構(gòu).、組合式彎曲鋼筋土釘墻、框架結(jié)構(gòu)式擋土墻、椅式門架支護結(jié)構(gòu)等［6］。傳統(tǒng)的護坡工程只注重邊坡的穩(wěn)定性和安全性，忽略了對生態(tài)環(huán)境、景觀的影響，已經(jīng)越來越不能滿足人們對工程建設的生態(tài)環(huán)保要求。

近年來隨著人們環(huán)保意識的增強，技術研究人員研發(fā)了許多既能起到邊坡支護效果，又能改善工程環(huán)境、恢復工程周邊生態(tài)環(huán)境的生態(tài)護坡技術，如蜂巢格室技術、濕噴植被混凝土生態(tài)護坡技術、水平籬笆攔土生態(tài)護坡結(jié)構(gòu)、植生毯護坡技術、框格梁生態(tài)護坡技術、生態(tài)袋和植生袋防護技術、三維植被固土網(wǎng)墊護坡等，針對河岸兩邊邊坡的治理還有水上濕噴技術，如船上濕噴植被混凝土技術等［7-8］。

上述邊坡治理技術中，傳統(tǒng)護坡常用的材料有鋼筋、錨桿、塊石、混凝土、鐵絲網(wǎng)等，生態(tài)護坡常用的材料有土工格室、植被混凝土、生態(tài)磚、裝有充填物的植生袋、樹苗等。通過對邊坡治理技術及材料種類進行分析整理，將邊坡工程材料歸納為固體和流體2類。材料分類見圖1。

1.2 常見運輸模式

在實際工程中，由于工程場地情況各不相同，如材料堆場距離施工坡面遠近不同、邊坡工程材料種類不同、坡底或邊坡上有無道路等，故在施工前應選擇合適的運輸模式。經(jīng)過對常見的工程情況進行分析，可歸納出以下幾種運輸模式。

（1）堆場至坡面一次運輸模式（圖2）。該類情況材料堆場距離坡面較近，可直接將材料從堆場運送至坡面；可運輸線狀材料、網(wǎng)片狀材料、塊狀材料和植物類材料。

（2）臨時堆場至坡面運輸模式（圖3）。該類情況材料堆場距離坡面較遠，無法直接運輸至坡面，需要將材料運輸至臨時停放點再轉(zhuǎn)運至坡面?？蛇\輸線狀材料、網(wǎng)片狀材料、塊狀材料、小粒徑散粒體類材料和植物類材料，通過吊車、汽車等將材料運送至坡頂或坡面平臺等可臨時堆放材料的地點，再通過裝載機、人工等方式轉(zhuǎn)運至坡面。

（3）結(jié)合噴射技術移動運輸模式（圖4）。該類情況材料堆場距離坡面較遠，并且采用噴射護坡技術，通過車載或船載將噴播機運送至坡面下方，將材料噴射至坡面。該模式可運輸小粒徑的散粒體材料、黏稠（或較稀）的泥漿狀材料。若采用車載噴播機方式，先將材料通過裝載機等裝入噴播機內(nèi)拌合，然后用汽車將其運送至坡底，再使用高壓噴槍將材料噴射至坡面。若采用船載噴播機方式，先將材料通過溜槽、管道等運送至坡底的噴播機內(nèi)拌合，然后將船行駛至坡底，利用高壓噴槍泵送方式將拌合好的材料噴射至坡面。

（4）結(jié)合噴射技術的固定運輸模式（圖5）。該類情況邊坡周邊不滿足行車或行船條件，坡底有放置噴播機的空間，需要將噴播機移動至坡底進行分段噴播?？蛇\輸小粒徑散粒體材料、黏稠（較?。┠酀{狀材料，將材料通過裝載機或人工搬運等方式運送至噴播機內(nèi)拌合，若采用干噴技術，則使用空壓機等設備通過管道將材料輸送至坡面；若采用濕噴技術，則使用離心泵或柱塞泵利用高壓噴槍將材料噴射至坡面，或通過管道輸送至坡面。

（5）材料產(chǎn)地至坡面一次運輸模式（圖6）。該類情況所采用的邊坡工程材料無法堆放或無堆放材料的場地，直接將材料從產(chǎn)地運輸至坡面?？蛇\輸植物類、黏稠（較?。┠酀{狀材料（如混凝土、砂漿等），將材料直接通過汽車、泵車等運輸方式從產(chǎn)地運送至施工坡面。

2 運輸方式梳理

經(jīng)過對上述運輸模式中常用的運輸方式進行分析，將其概括歸納為兩大類：移動運輸和固定運輸。邊坡施工材料運輸方式各不相同，根據(jù)不同施工環(huán)境采用適宜的運輸方式，不僅能提升施工效率，還能降低施工成本。對此總結(jié)歸納出了新的邊坡運輸方式分類，如圖7所示。

2.1 汽車運輸

在上述運輸模式（2）、（3）和（5）中常用到汽車運輸方式，其適用于運輸線狀、網(wǎng)片狀、塊狀、不定型袋裝和小粒徑散粒體材料。汽車運輸有靈活性強、爬坡能力強等優(yōu)點，常用于工程材料運輸，其缺點是易受地形限制（需有行車道）和天氣影響［9］。由于汽車類型較多，車身長度、載重、功率等各不相同，在實際工程中需根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合適的汽車類型。

在中大型邊坡治理工程中大多都會修建馬道，馬道不僅能增加邊坡的穩(wěn)定性，還能提升材料運輸?shù)男始笆┕ぐ踩禂?shù)。邊坡治理工程中常見的馬道為S形馬道和平直馬道，上下馬道之間的高差為8～10 m，寬為2～5 m［10］，修建馬道時需要考慮車輛的車身長度、轉(zhuǎn)彎半徑等因素，以滿足汽車運輸?shù)臈l件。

在荊門碑凹山采石場排土場邊坡生態(tài)修復工程中，邊坡沒有行車條件，施工人員通過勘察現(xiàn)場后采用自卸式卡車通過項目場地左側(cè)的盤山公路，將客土運輸至排土場邊坡的坡頂并從坡頂向下傾倒，使客土覆蓋在邊坡表面。

2.2 吊車運輸

在上述運輸模式（1）和（2）中常用到吊車運輸，其適用于塊狀、不定型袋裝和小粒徑散粒體材料。吊車可分為可移動式吊車和固定式吊車，汽車吊等移動式吊車的優(yōu)勢是方便靈活、轉(zhuǎn)場快，但易受地形限制；固定式吊車優(yōu)點是工作范圍較大，但費用較高［11］。吊車最早應用于公路建設、房屋建設和橋梁等工程中，用于運輸體積大且重的建筑材料，如上海南浦建設工程中采用吊車施工減少了工期［12］。隨著邊坡治理技術不斷發(fā)展，吊車開始在邊坡工程運用，徐云鵬在塔貝拉水電站邊坡中采用吊車施工，為類似工程提供借鑒［13］。張愛軍等提出了一種預制拼裝格構(gòu)梁吊裝施工方法［14］，金玲玲等提出了一種裝配式錨桿框格梁施工方法［15］，均采用吊車施工，吊車運輸在邊坡治理工程中越來越常見。

重慶市某高速路工程跨線橋段邊坡采用框格梁客土植草技術，施工人員根據(jù)現(xiàn)場施工條件，發(fā)現(xiàn)邊坡周邊滿足吊車運輸條件，便采用吊車運輸方式將客土、鋼筋等材料運送至坡面，完成坡面施工。

2.3 人工搬運

在上述運輸模式（1）、（2）和（3）中常用到人工搬運，其適用于較輕的線狀、網(wǎng)片狀材料和不定型袋裝材料。人工搬運其適用于無法使用大型機械或運輸車輛的工程。人工搬運常與其他運輸方式組合運用，如與吊車運輸、汽車運輸?shù)冉M合使用。人工搬運存在效率低、費用高、安全性低等缺點，建議多采用機械運輸材料。

2.4 管道運輸

在上述運輸模式（3）、（4）和（5）中常用到管道運輸，適用于運輸小粒徑散粒體材料和黏稠（或較?。┑哪酀{狀材料。管道運輸最早于1957年在美國固本煤炭公司得到正式應用，我國研究人員于20 世紀80年代進行研究，并逐漸應用于礦山運輸、邊坡治理工程中［16］。其優(yōu)點是簡單方便、運輸距離遠、效率高等，受地形影響較小，適用于泥漿狀流體或直徑小于30 mm 的散體材料。但也存在以下缺點：①運輸材料種類少；②管道運輸配套設備移動不方便；③運輸散粒體材料時會產(chǎn)生大量粉塵，施工環(huán)境較差；④運輸泥漿狀流體材料時容易出現(xiàn)堵管的情況。

管道運輸常與噴射護坡綠化技術結(jié)合使用，噴射護坡綠化技術最早產(chǎn)生于英國和美國，20 世紀60年代傳入日本并開始大規(guī)模開發(fā)應用，國內(nèi)一些科研和施工單位于2000 年開始大規(guī)模開發(fā)專利技術，并應用于工程中。常見的管道運輸方式有3種：①借助重力作用下（無動力）通過管道自上而下運輸，應用較少；②利用空氣壓縮機等機械設備產(chǎn)生的脈沖氣流將材料通過管道運輸至坡面，在噴嘴處與水混合噴射至坡面，有干噴技術和潮噴技術［17］；③在離心泵、柱塞泵或活塞泵的作用下將材料通過管道運輸至坡面，在濕噴技術中應用較多［18］。目前施工中常見的管道運輸主要是后2種。

鄂州市某邊坡生態(tài)修復工程由于邊坡較低，修復面積較小，使用客土噴播干噴料均為粒徑較小的散粒體，故施工人員根據(jù)現(xiàn)場條件，采用管道運輸方式（利用空氣壓縮機等設備）運輸材料，所使用具體流程為將各種施工材料混合后，利用GCY-12/10 型號的空氣壓縮機產(chǎn)生的風壓，經(jīng)軟管將混合材料輸送至坡面。

荊門碑凹山采石場排土場邊坡生態(tài)修復工程中，由于邊坡較高且修復面積較大，部分邊坡角度較陡，接入管道后施工人員無法在坡面上進行施工作業(yè)。為了保證施工進度和工程質(zhì)量，采用管道運輸中的高壓槍噴射方法，所用設備為YLKP-145型客土噴播機，將材料混合后通過高壓噴槍噴射至坡面。

2.5 絞車（卷揚機）鋼絲繩運輸

在上述運輸模式（1）和（2）中常用到絞車鋼絲繩運輸，適用于運輸線狀、塊狀、不定型袋裝和小粒徑散粒體材料。絞車鋼絲繩優(yōu)點是操作簡單、移置方便，使用要求低，可與運輸小車等可裝載材料的容器結(jié)合運輸材料，其缺點是不適合運輸質(zhì)量較大的物品，運輸量較少且安全系數(shù)低［19］。轎車鋼絲繩運輸逐漸應用于陡峭邊坡治理工程中，與新型護坡技術結(jié)合使用，如V形槽邊坡修復技術，鉆孔綠化技術等。近些年國內(nèi)研究人員開發(fā)了許多新技術，如唐勇［20］以絞車鋼絲繩為牽引結(jié)合料斗和軌道系統(tǒng)研發(fā)了一種新型運輸技術，李彪等開發(fā)了一種滾筒式滑道運輸技術［21］，史可欣發(fā)明了一種邊坡施工用材料運輸裝置［22］。

荊門某邊坡治理工程由于邊坡高陡，且無法使用汽車或吊車運輸。根據(jù)現(xiàn)場情況，施工人員采用絞車鋼絲繩運輸方式，不僅提升了運輸效率，還提升了施工安全性。

范縣至清豐縣公路邊坡治理項目使用漿砌石護坡技術，無法使用吊車等機械設備運輸。由于塊石質(zhì)量較大，人工搬運效率低，存在安全隱患，故施工人員采用絞車鋼絲繩牽引運輸小車通過軌道將塊石運輸至坡面，在提升工作效率的同時也大大降低了運輸中的安全隱患。

2.6 溜槽運輸

在上述運輸模式（3）和（5）中常用到溜槽運輸，常用于材料的轉(zhuǎn)運，適用于運輸小粒徑散粒體材料。溜槽通常指在地面上的從高處向低處運東西的槽，內(nèi)面光滑，物料能自動溜下。其優(yōu)點是操作簡單、運輸量大、花費較少，通常用于轉(zhuǎn)運材料，與鏟車、汽車等機械設備結(jié)合使用，其缺點是噪音較大、物料流動性較差。

鄂州花馬湖水渠邊坡生態(tài)修復一期工程使用植被混凝土技術對河岸兩側(cè)邊坡進行治理，其所用材料為水泥等散體材料。材料堆放平臺位于坡頂，邊坡較陡且范圍較大。施工人員采用溜槽運輸，在坡面設置了一個U形輸料槽，輸料槽頂端與篩土設備連接，下游與客土噴播機連接，使材料靠重力作用從坡頂運輸至坡底客土噴播機內(nèi)。

2.7 皮帶輸送

在上述運輸模式（1）和（2）中常用到皮帶運輸，適用于運輸小粒徑散粒體材料。皮帶輸送是一種利用皮帶運輸機將材料在一定輸送線上運輸?shù)姆绞剑鋬?yōu)點是輸送量大、結(jié)構(gòu)簡單，缺點是受傾角約束大，存在皮帶跑偏等問題［23］。國內(nèi)學者對皮帶運輸中的常見問題進行了研究并提出解決措施，如加盼盼根據(jù)實際情況分析原因并提出了解決措施［24］。

鄂州花馬湖水渠邊坡生態(tài)修復一期工程使用植被混凝土技術對河岸兩側(cè)邊坡進行治理，因所用客土顆粒不均勻，需要篩選出粒徑符合要求的土顆粒后將再篩選后的客土放入溜槽口運送。由于溜槽口高度約為3 m，將土篩選后使用裝載機運送效率慢且施工費高，所以采用皮帶輸送方式將客土運送至溜槽口，使用下部帶有皮帶輸送裝置的篩土機篩選過后經(jīng)篩籠直接落在輸送皮帶上，再由皮帶運輸機向上運送至溜槽口，該方法大大提高了施工效率。

2.8 云梯上料車運輸

在上述運輸模式（1）和（2）中常用到云梯上料車運輸，適用于運輸塊狀、不定型袋裝和小粒徑散粒體材料。云梯上料車是一種可以向高空運輸設備及工作材料的工具車，有著操作簡單、方便快捷等優(yōu)點，但運輸量較小，運輸高度有限（20 m 左右），常用于低邊坡治理工程、低層建筑工程中的材料運輸。使用云梯上料車運輸材料時，邊坡周圍需有行車道路且有滿足伸縮云梯展開的空間。

臺前縣某公路邊坡治理工程采用土工布防護技術，邊坡為低邊坡且坡度較陡，工人不易在邊坡上進行施工，故采用云梯上料車運輸方式，將土工布和工人一同運送至坡面上，大大提高了施工效率和施工安全性。

3 運輸方案選擇

邊坡治理工程中大多采用2 種以上運輸方式運輸基材，如何在眾多運輸方式中選擇最優(yōu)運輸方案是目前需要解決的難題。運輸模式指針對具體項目，組合多種運輸方式形成的運輸方案。在選擇運輸方式時，應遵循以下幾個原則。

（1）安全性原則。選擇護坡工程的材料運輸方式，保證運輸安全是首要原則，包括人身安全、工程材料的安全和機械設備的安全。在選擇運輸方式時，需要了解工程周邊環(huán)境以及工程材料的類型，然后篩選出安全合理的運輸方式。

（2）靈活性原則。運輸方式靈活性主要體現(xiàn)在運輸條件方面，運輸方式的靈活性決定了運輸效率。在選擇運輸方式時應盡可能選擇靈活性好的運輸方式，能夠有效縮短工期。如汽車運輸方式對線路要求不高，滿足行車條件即可，受自然條件影響較??；溜槽運輸主要通過重力運輸材料，對坡度、材料類型有要求，靈活性較差。

（3）適用性原則。運輸方式的適用性指運輸方式適合運輸材料類型的多少。生態(tài)護坡工程中采用的材料類型較多，需要根據(jù)實際情況選擇適用于運輸多種材料類型的運輸方式，可有效提升運輸效率。

（4）經(jīng)濟性原則。運輸費用是影響整個生態(tài)護坡工程費用的一項重要因素，所以經(jīng)濟性原則是選擇運輸方式時需要遵循的主要原則。

為了選擇合適的運輸方案，提出了一種2階段優(yōu)選方法。第一階段遵循運輸方式選擇原則，并考慮材料類型、運輸條件（如邊坡坡度，邊坡高度，道路坡度、寬度、彎道半徑、路面狀況，運輸距離，運輸質(zhì)量，運輸成本，運輸安全風險等因素），剔除明顯不合適的運輸方式（如管道運輸方式明顯不適用于固體材料、線狀材料），剩下的運輸方式為可用運輸方式；第二階段，對篩選出的運輸方式采用加權(quán)評分法選出最優(yōu)運輸方案。

加權(quán)評分法的優(yōu)點在于準確、定量且綜合地比較不同方案之間的差別，是一種簡單并且有效的方案優(yōu)選方法。加權(quán)平分法主要有3個步驟。

（1）確定評價指標及重要度權(quán)數(shù)。評價指標的選取要能夠準確、全面地反映方案的實用經(jīng)濟意義。評價指標的選取數(shù)量應適宜，太多或者太少不利于方案評選。評價指標的重要度權(quán)數(shù)可以邀請相關領域的多個專家進行集中評定，以確保其準確公正。

（2）對不同方案進行評分。在多方案的比較、評選中，對方案根據(jù)評價指標進行打分有利于對方案進行綜合比較選優(yōu)，可采用比例推算法、標準檔級評分或相互比較評分法。

（3）計算各方案的評分權(quán)數(shù)和，選出最優(yōu)方案。

4 結(jié) 語

運輸方案評選首先遵循運輸方式選擇原則，并結(jié)合實際工況篩選出適合工程情況的運輸方式，再對篩選后的運輸方式采用加權(quán)評分法選出最優(yōu)方案。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)運輸方案的優(yōu)化，提升施工效率和運輸安全性。