高腐蝕性地區(qū)高速公路巖質(zhì)邊坡柔性防護(hù)設(shè)計(jì)

摘要：文章以廣西某運(yùn)營(yíng)高速公路高腐蝕性地區(qū)落石災(zāi)害點(diǎn)治理工程為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與評(píng)價(jià)，確定采用GPS-200-C覆蓋式覆塑引導(dǎo)式防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)合PPS-100型被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)的設(shè)計(jì)方案，結(jié)果表明該方案在經(jīng)濟(jì)性、安全性以及耐久性方面具有優(yōu)勢(shì)，可為類似工程提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：高腐蝕性地區(qū)；落石防護(hù)；引導(dǎo)式防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)；被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U416.1+4 A 01 001 2

0 引言

柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)于20世紀(jì)80年代引入國(guó)內(nèi)，主要以主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)以及被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)的形式在國(guó)內(nèi)推廣。主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)主要通過(guò)防護(hù)網(wǎng)、錨桿、支撐繩形成的覆蓋體系，利用其強(qiáng)度及錨固力將潛在危巖體緊固在坡面，減弱其勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的能力，以此形成防護(hù)［1］。在實(shí)踐過(guò)程中，其防護(hù)效力與材料性能、安裝工藝以及設(shè)計(jì)人員的水平有很大關(guān)聯(lián)，實(shí)踐中往往出現(xiàn)因材料不合格、安裝不到位以及施工清坡未清平順出現(xiàn)負(fù)角度導(dǎo)致防護(hù)網(wǎng)功能性失效。被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)是由網(wǎng)片、立柱、支撐繩以及消能措施組成，其機(jī)理為將系統(tǒng)內(nèi)各構(gòu)件的材料特性有機(jī)結(jié)合后達(dá)到攔截相應(yīng)能級(jí)落石的防護(hù)目的。其防護(hù)性能與系統(tǒng)安裝工藝及能級(jí)選用有很大關(guān)系，可能出現(xiàn)因防護(hù)能級(jí)預(yù)估不足而導(dǎo)致防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)被突破進(jìn)而失效的現(xiàn)象。上述兩種防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)在系統(tǒng)內(nèi)堆積的落石容易產(chǎn)生次生災(zāi)害，在后期運(yùn)維過(guò)程中需要投入大量的人力物力去清理、維修，運(yùn)營(yíng)成本較大［2］。

引導(dǎo)式防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)早在國(guó)外已經(jīng)經(jīng)歷了很多年的研究與應(yīng)用，近幾年才在國(guó)內(nèi)逐步推廣。其理念主要為對(duì)落石的引導(dǎo)-消能-收集，在提升防護(hù)效率的同時(shí)降低落石的安全隱患，對(duì)后期維護(hù)有更大的便利性［3］。國(guó)外的引導(dǎo)式防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同分為兩種命名，為懸掛式防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)（Drapery Mash System）和落石消能系統(tǒng)（Rockfall Attenuator System）。前者以覆蓋懸垂式網(wǎng)片全坡面布設(shè)，落石運(yùn)動(dòng)及消能過(guò)程均在系統(tǒng)網(wǎng)片內(nèi)完成；后者則在坡面適當(dāng)位置布設(shè)開(kāi)口式拖尾系統(tǒng)，落石經(jīng)過(guò)前期坡面自然消能后經(jīng)開(kāi)口進(jìn)入系統(tǒng)并在拖尾網(wǎng)片中完成主要消能與收集［4］。我國(guó)目前對(duì)這兩類系統(tǒng)的研究尚處在起步階段，其原理機(jī)制、設(shè)計(jì)方法及流程尚不完善。為了推進(jìn)研究，交通運(yùn)輸部于2020年推出的《邊坡柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)》（JT/T 1328-2020）中明確了該兩種系統(tǒng)的命名分別為覆蓋式引導(dǎo)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)和張口式引導(dǎo)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)，為工程推廣及研究應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)［5］。

1 項(xiàng)目概況

廣西某高速公路至今已通車運(yùn)營(yíng)6年，建設(shè)時(shí)期對(duì)沿線的巖質(zhì)邊坡大部分采用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)。隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的延長(zhǎng)，建設(shè)時(shí)期使用的各種類型的主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)受氣候條件和環(huán)境因素影響，沿線大部分巖質(zhì)邊坡的主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)均出現(xiàn)不同程度的銹蝕的情況，有的甚至直接影響主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的安全性能，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的防護(hù)效果，存在較大的安全隱患。本文主要以K152+800～K153+230下行線側(cè)巖質(zhì)邊坡為例，介紹抗腐蝕性引導(dǎo)式防護(hù)網(wǎng)的應(yīng)用。

2 項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

本項(xiàng)目巖質(zhì)邊坡隱患區(qū)位于廣西丘陵地帶，地貌類型主要為巖溶峰林谷地地貌。沿線灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖等可溶性巖石廣泛分布，巖溶非常發(fā)育，洼地密布，其間有石芽、溶溝、漏斗、洼地等各種奇特的形態(tài)。主要以石山為主，山峰似叢林聳立，山間多以溶蝕盆地或者槽狀谷底為主；地表植被豐富，多以草灌植物為主；地形相對(duì)高差80～ 180 m。

本次調(diào)查借助于無(wú)人機(jī)及傾斜攝影建模，對(duì)可能影響高速公路通行安全的山體區(qū)域進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，坡面滲水嚴(yán)重，滲水區(qū)域防護(hù)網(wǎng)銹蝕嚴(yán)重，邊坡防護(hù)網(wǎng)大面積破損，防護(hù)網(wǎng)功能失效，邊坡巖石較松散，防護(hù)網(wǎng)內(nèi)有較多細(xì)碎石塊墜落，對(duì)路面行車安全造成影響。其成因主要有三種：（1）隱患區(qū)受氣候條件和環(huán)境因素影響，坡面已實(shí)施的防護(hù)網(wǎng)由于防腐性能較差，均已腐蝕破損不具備防護(hù)效應(yīng)；（2）工程邊坡開(kāi)挖形成的卸荷裂隙經(jīng)風(fēng)化后切割巖體形成的危巖體；（3）坡口線區(qū)域存在較多的危巖體或坡面存在較多危巖松散體。

經(jīng)分析判斷，誘發(fā)潛在巖質(zhì)邊坡發(fā)生危巖掉落的內(nèi)因有：（1）邊坡危巖隱患區(qū)受地質(zhì)構(gòu)造的影響，危巖潛在巖質(zhì)邊坡的巖體構(gòu)造裂隙發(fā)育，臨坡側(cè)的構(gòu)造裂隙在高速公路邊坡坡體開(kāi)挖產(chǎn)生卸荷效應(yīng)，發(fā)育成為卸荷裂隙，對(duì)危巖體破壞起到促進(jìn)作用；（2）危巖隱患區(qū)地層巖性為可溶性灰?guī)r，其溶蝕作用對(duì)危巖災(zāi)害的產(chǎn)生起促進(jìn)作用。

誘發(fā)潛在巖質(zhì)邊坡危巖掉落的外因有：（1）隱患區(qū)受氣候條件和環(huán)境因素影響坡面已實(shí)施的防護(hù)網(wǎng)由于防腐性能較差，防護(hù)網(wǎng)均已腐蝕破損，不具備防護(hù)效應(yīng)；（2）大氣降水入滲與可溶性巖石產(chǎn)生溶蝕作用，加速溶蝕裂隙發(fā)育與張開(kāi)，同時(shí)裂隙水產(chǎn)生的靜水壓力具有掏空裂縫充填物以及對(duì)危巖體產(chǎn)生向外的力，促進(jìn)危巖體的變形破壞；（3）潛在邊坡隱患區(qū)的山體植被茂密，多為低矮灌木，這些植被根系深入裂隙中形成的根劈作用容易撐大巖體裂隙，對(duì)山坡危巖體整體穩(wěn)定性起到不利作用，且沿根系生長(zhǎng)可釋放微酸性物質(zhì)，易腐蝕巖體，加大裂縫張開(kāi)與發(fā)育，對(duì)潛在危巖災(zāi)害發(fā)生同樣存在促進(jìn)作用。

3 設(shè)計(jì)方案

該處工點(diǎn)邊坡為巖質(zhì)邊坡，坡率約為1∶0.5，最大坡高約 35 m，巖性為灰?guī)r，巖體較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，建設(shè)時(shí)期未能將坡面修整平順，局部巖體凸出。邊坡原有主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)所用技術(shù)指標(biāo)為《公路邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)構(gòu)件》（JT/T 528-2004）。該高速公路運(yùn)營(yíng)期間出現(xiàn)多處巖體剝落，坡面出現(xiàn)新增尖銳狀凸起，使得原有主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)遭劃破導(dǎo)致失效。同時(shí)坡面有多股水流滲出，侵蝕主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，部分主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)外層鋼絲繩遭腐蝕溶斷。整個(gè)邊坡長(zhǎng)度為 430 m，工程量龐大。

根據(jù)這一特點(diǎn)，結(jié)合邊坡形態(tài)，在考慮施工便利與安全、防護(hù)有效性及耐久性、經(jīng)濟(jì)性等條件后，采用在一級(jí)平臺(tái)處設(shè)置PPS-100型被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)平臺(tái)以上邊坡落石、一級(jí)坡面覆蓋GPS-200-C型覆蓋式覆塑引導(dǎo)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)引導(dǎo)防護(hù)一級(jí)坡面落石的方案。如圖1所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形，選取邊坡典型剖面進(jìn)行落石模擬分析（見(jiàn)圖2）。利用Rocfall落石分析計(jì)算軟件對(duì)初始條件進(jìn)行計(jì)算，模擬調(diào)查到的落石質(zhì)量為 2.5 t，體積為 1 m3時(shí)，在對(duì)應(yīng)位置設(shè)置 1 000 kJ被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。計(jì)算結(jié)果表明，防護(hù)網(wǎng)防護(hù)能級(jí)安全系數(shù)為1.52，緩沖距離安全系數(shù)為1.66，攔截高度安全系數(shù)為3.02，能防護(hù)危巖對(duì)公路的危害。

該方案的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）利用PPS-100型被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)能有效攔截平臺(tái)以上坡體落石，減小防護(hù)網(wǎng)工程量，有很高的經(jīng)濟(jì)效益；（2）利用GPS-200-C覆蓋式覆塑引導(dǎo)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)能解決一級(jí)邊坡落石的問(wèn)題，消除邊坡尖角危巖對(duì)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)破壞的隱患，通過(guò)引導(dǎo)收集的落石便于后期運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)，坡面無(wú)須錨桿施工，在施工安全、進(jìn)度、高速公路保通以及工程投資上具有顯著優(yōu)勢(shì)；（3）覆塑引導(dǎo)防護(hù)網(wǎng)在鋼材強(qiáng)度指標(biāo)及抗腐蝕性指標(biāo)滿足《邊坡柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)》（JT/T 1328-2020）指標(biāo)要求的前提下，覆高抗腐蝕性耐磨有機(jī)材料涂層可解決防護(hù)網(wǎng)在高腐蝕性地區(qū)使用壽命的問(wèn)題。

本項(xiàng)目最終實(shí)施所采用的高抗腐蝕性耐磨有機(jī)材料涂層性能滿足以下要求：（1）原材料抗UV性能測(cè)試依據(jù)測(cè)GB/T-16422.2及GB/T-16422.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法執(zhí)行；經(jīng)過(guò)氙弧燈照射 4 000 h或Ⅰ型熒光紫外燈按暴露方式照射 2 500 h后，其延伸率和抗拉強(qiáng)度變化范圍不得大于初始值的25%，其抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能在經(jīng)過(guò)暴露照射后至少優(yōu)于傳統(tǒng)覆塑PVC材料35%，斷裂延伸率是傳統(tǒng)PVC的4倍以上；（2）覆塑雙絞合六邊形加筋網(wǎng)網(wǎng)面鋼絲應(yīng)具有良好的耐磨性能，參照J(rèn)B/T 10696.6-2007的試驗(yàn)方法，對(duì)鋼絲施加 20 N的垂直作用力，在刮磨 100 000次后，有機(jī)涂層不應(yīng)破損，其性能是傳統(tǒng)PVC覆塑材料的10倍。而被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)中的鋼絲、鋼絲繩及其制品則需要滿足《邊坡柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)》（JT/T 1328-2020）規(guī)定的使用Zn-5%Al鍍層在中性鹽霧測(cè)試環(huán)境中暴露時(shí)間 ＞1 000 h，參考使用年限達(dá)10年。在力學(xué)性質(zhì)及抗腐蝕能力上均高于參照《公路邊坡柔性防護(hù)系統(tǒng)構(gòu)件》（JT/T 528-2004）要求的產(chǎn)品，適用于高腐蝕性地區(qū)高速公路巖質(zhì)邊坡防護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）本工程工期僅為 30 d，期間高速公路未受施工影響通行正常，施工完成后各項(xiàng)構(gòu)件經(jīng)通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)，具有良好的防護(hù)效果。

（2）《邊坡柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)》（JT/T 1328-2020）對(duì)柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)的命名、構(gòu)件特性參數(shù)指標(biāo)要求進(jìn)行了更新，較舊版規(guī)范更注重以檢測(cè)試驗(yàn)指標(biāo)評(píng)定構(gòu)件性能。

（3）引導(dǎo)式防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)能有效對(duì)邊坡落石進(jìn)行引導(dǎo)收集，延長(zhǎng)防護(hù)系統(tǒng)的壽命，同時(shí)方便日常養(yǎng)護(hù)，覆塑后能進(jìn)一步增加其抗腐蝕能力。

（4）引導(dǎo)式防護(hù)網(wǎng)計(jì)算理論與設(shè)計(jì)流程目前尚未完善與明確，未來(lái)仍需大量的研究和應(yīng)用來(lái)推進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。

（5）公路邊坡柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)未來(lái)將在滿足系統(tǒng)力學(xué)防護(hù)性能的前提下更多去關(guān)注防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)的抗腐蝕性，新的抗腐蝕工藝或材料將獲得更多的研發(fā)和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2022-12-20

作者簡(jiǎn)介：

謝 錚（1989—），主要從事高速公路、橋梁、隧道養(yǎng)護(hù)管理工作。