保護(hù)地生態(tài)敏感區(qū)域懸挑棧道設(shè)計(jì)探究

劉鵬程

（國(guó)家林業(yè)和草原局西南調(diào)查規(guī)劃院，昆明 650031）

1 引言

棧道是保護(hù)地內(nèi)巡護(hù)管理人員的主要通道，連接著各保護(hù)對(duì)象和管理設(shè)施，影響保護(hù)地內(nèi)的管理成效，因此，其規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)保護(hù)地的視覺(jué)美觀性和管理人員的巡護(hù)感受都十分重要。目前，我國(guó)在很多景區(qū)修建了供游客體驗(yàn)的懸挑棧道，而在各類自然保護(hù)地內(nèi)卻很少建設(shè)，有待進(jìn)一步探究。

歷史上最早的懸挑棧道是通過(guò)鑿洞插木的方式進(jìn)行建造，其使用年限很短，需要常年進(jìn)行維護(hù)。隨著新材料的出現(xiàn)及建造工藝的發(fā)展，后來(lái)出現(xiàn)的高空懸臂棧道梁是仿照房屋建筑懸挑梁的設(shè)計(jì)方案，將懸挑梁水平澆筑埋入巖壁1.5 倍外挑梁長(zhǎng)度深處，這種做法主要存在以下幾點(diǎn)不足：

1）由于需要在巖壁的水平方向鑿出梁根同截面大小且足夠?qū)⒘郝袢肷疃鹊目锥?，其鑿巖作業(yè)難度大，費(fèi)用高；

2）由于在澆筑混凝土前已在水平孔洞中置入鋼筋籠，水平澆筑混凝土灌入和振搗困難，施工質(zhì)量往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，且澆筑混凝土的工作量大，會(huì)浪費(fèi)大量的混凝土；

3）隨著人流超載情況的加劇，造成懸挑梁疲勞應(yīng)力幅大，使這些高空懸臂棧道的使用年限遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)年限。

本文所涉懸挑棧道擬建設(shè)于生態(tài)地位較高的自然保護(hù)地內(nèi)，設(shè)計(jì)更應(yīng)充分尊重保護(hù)地內(nèi)既有的自然環(huán)境，最大限度地避免對(duì)自然生境的干擾，與原生環(huán)境充分融合，體現(xiàn)“相地合宜”。因此，在保護(hù)地內(nèi)實(shí)施懸挑棧道工程，設(shè)計(jì)時(shí)不能照搬現(xiàn)有的做法，需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。

2 懸挑棧道的設(shè)計(jì)原則

懸挑棧道作為棧道中的一種特殊構(gòu)筑形式，其設(shè)計(jì)及建造必須遵循以下原則。

1）安全性：安全性是懸挑棧道設(shè)計(jì)的首要原則[1]。棧道設(shè)計(jì)前必須對(duì)地形及地質(zhì)災(zāi)害情況、地質(zhì)條件等進(jìn)行詳細(xì)勘察，為設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。

2）生態(tài)性：懸挑棧道選線要遵循對(duì)生態(tài)、資源環(huán)境影響最小的原則，應(yīng)避免通過(guò)環(huán)境敏感地帶[2]，如動(dòng)物棲息地、珍稀植物生長(zhǎng)地段等，減小對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響。同時(shí)，良好的棧道建設(shè)不應(yīng)該入侵和破壞自然景觀，其設(shè)計(jì)路徑應(yīng)該符合地形構(gòu)造，建造材料應(yīng)盡可能與自然融為一體[3]。

3）舒適性：懸挑棧道宜設(shè)計(jì)為水平步道或平緩梯步，表面平整、防滑，易于行走，充分結(jié)合自然地形，能緩則緩。

3 工程概況

某保護(hù)地某一區(qū)域內(nèi)生物資源豐富，植被類型較為典型，由于常年受當(dāng)?shù)啬撩穹拍劣绊?，植被破壞比較嚴(yán)重。目前，僅有1 條狹窄的便道通往此區(qū)域，平均寬度約30 cm，局部路段由于年久失修破損比較嚴(yán)重，且該路段沒(méi)有任何防護(hù)設(shè)施，存在較大的安全隱患，本通道繞行距離超過(guò)20 km，上坡下坡路段較多，給日常巡護(hù)工作帶來(lái)了不便。保護(hù)地管理單位為了提高巡護(hù)人員的舒適度和安全性，計(jì)劃重新選線修建巡護(hù)通道。擬建巡護(hù)通道路段為某河岸邊，其地勢(shì)陡峭，一側(cè)為懸崖，另一側(cè)是河床，因此，受擬建巡護(hù)通道路段地形條件限制，無(wú)法修建常規(guī)的地面巡護(hù)步道，擬修建懸挑巡護(hù)棧道。

由于受資金投入及項(xiàng)目計(jì)劃的制約，本項(xiàng)目懸挑棧道需分兩期進(jìn)行建設(shè)。為了積累施工經(jīng)驗(yàn)，為后期的懸挑棧道建設(shè)做好鋪墊，一期建設(shè)規(guī)模相對(duì)較小，總長(zhǎng)度約為100 m。二期建設(shè)規(guī)模約為1 000 m。

4 設(shè)計(jì)方案

4.1 一期懸挑棧道設(shè)計(jì)方案

一期懸挑棧道（以下稱方案1）主要懸挑受力構(gòu)件采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其懸挑梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 所示（其余次要構(gòu)件，如連梁、防腐木板、護(hù)欄等在本文中不做討論）。懸挑梁的截面尺寸為寬300 mm、高400 mm，混凝土采用C25，鋼筋采用HRB400 級(jí)；上部鋼筋直徑為22 mm，共3 根；下部鋼筋直徑為18 mm，共2 根，上下部鋼筋均應(yīng)錨入巖體內(nèi)不小于3 m；鉆孔回灌材料采用水泥砂漿，其強(qiáng)度不得低于30 MPa，灌漿前，應(yīng)將鉆孔清理干凈。為了保證懸挑梁在巖體內(nèi)的可靠錨固，設(shè)計(jì)梁混凝土應(yīng)進(jìn)入巖體內(nèi)不小于300 mm。本設(shè)計(jì)方案在原鋼筋混凝土懸挑梁的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行了以下優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖1 懸挑梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳圖（單位：mm）

1）設(shè)計(jì)汲取公路工程中錨桿護(hù)坡的施工技術(shù)，將鋼筋混凝土懸挑梁的受力縱筋可靠錨入穩(wěn)定的巖層中，保證了懸挑棧道的安全性。

2）鋼筋錨入巖體較整根混凝土梁伸入巖體內(nèi)，其巖土的開(kāi)挖量大大減少，最大限度地降低了對(duì)保護(hù)地內(nèi)的山體破壞。

3）參考建筑地基基礎(chǔ)中錨桿基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)參數(shù)，可準(zhǔn)確計(jì)算懸挑梁中受力鋼筋的抗拔力等主要力學(xué)指標(biāo)，使設(shè)計(jì)更科學(xué)。

方案1 結(jié)構(gòu)計(jì)算采用TSSD2017 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，經(jīng)計(jì)算，各項(xiàng)指標(biāo)（強(qiáng)度、變形等）均能滿足現(xiàn)行結(jié)構(gòu)規(guī)范的要求[4]，設(shè)計(jì)具有足夠的安全性。

4.2 二期懸挑棧道設(shè)計(jì)方案

二期懸挑棧道（下文稱方案2）原設(shè)計(jì)采用方案1，但由于二期建設(shè)規(guī)模較一期有了很大的增加，且工期受投資計(jì)劃的影響僅為1 a。建設(shè)方依據(jù)方案1 的施工工期進(jìn)行推算，若繼續(xù)采用方案1，將無(wú)法按期完工，需重新考慮設(shè)計(jì)方案。

設(shè)計(jì)方依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及建設(shè)單位的主要訴求，方案2 主要懸挑受力構(gòu)件采用鋼結(jié)構(gòu)，該鋼結(jié)構(gòu)懸挑梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示：懸挑梁設(shè)計(jì)為熱軋普通工字鋼32a，其截面尺寸為高320 mm、翼緣高度為130 mm、腹板及翼緣厚度分別為9.5 mm及15 mm。為了保證鋼懸挑梁在巖體內(nèi)的可靠錨固，依據(jù)巖體級(jí)別，工字鋼需整體深入巖體內(nèi)1 000～2 000 mm，并用強(qiáng)度不低于30 MPa 的水泥砂漿進(jìn)行灌漿處理。為增加對(duì)懸挑構(gòu)件的約束，在其下方設(shè)置一道鋼支撐，支撐采用等肢角鋼，其截面尺寸為肢長(zhǎng)160 mm、截面厚為10 mm。支撐與懸挑梁之間采用焊縫連接，且嵌入巖體內(nèi)不小于50 mm。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)懸挑梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳圖（單位：mm）

方案2 結(jié)構(gòu)計(jì)算采用PKPM-STS 模塊計(jì)算軟件，經(jīng)計(jì)算，各項(xiàng)指標(biāo)（強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定性等）均能滿足現(xiàn)行結(jié)構(gòu)規(guī)范的要求[5]，設(shè)計(jì)具有足夠的安全性。

5 比較分析

本項(xiàng)目一、二期懸挑棧道目前均已建設(shè)完成，在總結(jié)設(shè)計(jì)成果及建成效果的基礎(chǔ)上，對(duì)已建成的兩種懸挑棧道從施工技術(shù)和后期運(yùn)營(yíng)等方面進(jìn)行比較研究，為自然保護(hù)地內(nèi)懸挑棧道的建設(shè)提供參考。

5.1 施工技術(shù)比較分析

1）施工工期：方案1 中混凝土構(gòu)件依據(jù)相關(guān)規(guī)范，均需要在進(jìn)行一定工期的養(yǎng)護(hù)后才能進(jìn)行下一道工序，并且在澆筑混凝土之前安裝模板，導(dǎo)致方案1 的施工工期較長(zhǎng)；方案2 的鋼構(gòu)件均可在鋼結(jié)構(gòu)加工廠制作完成后運(yùn)輸至工地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝即可，各鋼構(gòu)件之間的拼接也可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)焊接，施工速度較快。因此，在施工工期方面，方案2 具有較大的優(yōu)勢(shì)。

2）施工質(zhì)量：受交通條件的制約，方案1 中混凝土只能采取現(xiàn)場(chǎng)攪拌的方式進(jìn)行制作，無(wú)法使用商品混凝土，因此，混凝土的質(zhì)量得不到保證，需要現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理、施工人員具有極高的責(zé)任心與安全意識(shí)；方案2 中鋼構(gòu)件的制作在車間進(jìn)行，采取統(tǒng)一制作標(biāo)準(zhǔn)及統(tǒng)一檢驗(yàn)水平，其質(zhì)量能很好地得到控制。當(dāng)然，在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，也存在安裝技術(shù)水平不高，施工人員不夠細(xì)心等不利因素，導(dǎo)致施工質(zhì)量得不到保證。

3）施工對(duì)環(huán)境的影響：方案1 中錨筋的施工可借用公路工程邊坡防護(hù)中錨筋的施工技術(shù)，依靠專門的施工機(jī)械將鋼筋植入巖體內(nèi)同時(shí)完成灌漿，懸挑梁的施工僅需將巖體鑿進(jìn)0.3 m 即可，因此，對(duì)保護(hù)地內(nèi)巖體的破壞非常??；方案2 需要將懸挑梁深入巖體內(nèi)1.0～2.0 m，并且梁高達(dá)0.32 m、梁寬達(dá)0.13 m，因此，需要在巖體內(nèi)鑿開(kāi)截面為0.4 m×0.2 m，深1.0～2.0 m 的腔體，待鋼梁就位后，再進(jìn)行水泥砂漿的澆筑。因此，比較可知，方案2 對(duì)保護(hù)地內(nèi)的巖體具有較大的破壞性，且開(kāi)挖出來(lái)的破碎巖石很難外運(yùn)，導(dǎo)致施工對(duì)周邊環(huán)境會(huì)造成一定程度的影響。

5.2 后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)比較分析

由于懸挑棧道修建于河道邊緣，臨近水面，受力構(gòu)件容易受潮；且在運(yùn)行期間，偶爾會(huì)有落石等突發(fā)情況的發(fā)生，因此，棧道的后期維護(hù)極其重要。

方案1 懸挑梁的設(shè)計(jì)及施工，在保證受力鋼筋具有足夠的保護(hù)層厚度的情況下，其在潮濕環(huán)境中的耐久性會(huì)非常好。由于鋼筋混凝土懸挑梁具有較大的剛度及耐壓、耐沖擊的強(qiáng)度，在遇到有限的落石時(shí)，對(duì)其破壞不會(huì)造成構(gòu)件失效。一旦由于某種偶然外力導(dǎo)致鋼筋混凝土構(gòu)件失效，其后期的修復(fù)將非常困難，給巡護(hù)棧道的正常使用帶來(lái)不便。

方案2 的鋼結(jié)構(gòu)懸挑梁在長(zhǎng)期的潮濕環(huán)境中，很容易慢慢腐蝕，為了避免這一情況，需要定期對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行防腐處理，且維護(hù)頻率要求較高[6]。鋼構(gòu)件在受外力沖擊下，極易變形，產(chǎn)生塑性變形后，很難恢復(fù)，因此，方案2 抵御偶然外力的能力比較欠缺。但鋼構(gòu)件受損后，其置換比較方便，且維修工期很短，對(duì)棧道的使用影響較小。

5.3 與環(huán)境融合性比較分析

方案1 中混凝土的色彩與周邊巖體的顏色比較接近，與周邊環(huán)境非常協(xié)調(diào)。由于混凝土構(gòu)件長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境中，若干年后，其表面長(zhǎng)滿青苔，將與自然環(huán)境將融為一體。

方案2 中鋼構(gòu)件表面需要刷防腐涂料，其色彩很難與周邊環(huán)境相宜。由于鋼懸挑梁下需要設(shè)置鋼支撐，其斜撐在巖體上，導(dǎo)致保護(hù)地內(nèi)巖體壁上比較凌亂，對(duì)保護(hù)地的景觀影響較大。

6 結(jié)論及建議

保護(hù)地是我國(guó)生態(tài)建設(shè)的核心載體，在維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全中居于首要地位，在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)行懸挑棧道的建設(shè)，不同于一般景區(qū)，應(yīng)以保護(hù)為主，充分尊重自然及周邊環(huán)境?；诖?，通過(guò)對(duì)方案1 與方案2 的對(duì)比分析研究，認(rèn)為方案1 更適合在保護(hù)地內(nèi)實(shí)施，在設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中需注意以下幾點(diǎn)：

1）懸挑棧道的設(shè)計(jì)應(yīng)在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行充分踏勘、對(duì)所選線路的地質(zhì)條件充分掌握的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并合理確定懸挑棧道的臨空高度；

2）懸挑棧道設(shè)計(jì)還應(yīng)包含護(hù)欄、休憩設(shè)施、標(biāo)志解說(shuō)系統(tǒng)及環(huán)衛(wèi)設(shè)施等附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)；

3）提前謀劃，保證充足的施工工期，施工過(guò)程務(wù)必注重對(duì)周邊生態(tài)的保護(hù)。