浅谈SNS被动防护系统在边坡防护工程中的应用

浅谈SNS被动防护系统在边坡防护工程中的应用

王玉利

中国水利水电第八工程局有限公司长沙410004

摘要：SNS被动防护系统是一种能拦截和堆存落石的柔性拦石网结构。既可以提高高陡边坡岩土的结构强度和抗变形刚度，又增强边坡的整体稳定性、安全性。文章结合藏木水电站导流明渠CI后缘边坡采用SNS柔性防护系统防护的工程实践，介绍SNS柔性防护系统的设计、材料要求、施工方法、技术措施。

关键词：高边坡；SNS被动防护网

1工程概况

1.1工程概述

藏木水电站是雅鲁藏布江干流中游桑日至加查峡谷段规划5级电站的第4级，上游衔接街需电站，下游为加查电站。

工程为二等大（2）型工程，开发任务为发电，无航运、漂木、防洪、灌溉等综合利用要求。电站具有日调节能力，坝后式厂房内安装6台85MW发电机组，总装机容量510MW，设计引用流量1071.3m3/s，额定水头53.5m，多年平均年发电量25.008亿kW.h。

导流明渠布置在左岸二孔溢流坝内，采用全断面混凝土结构。明渠轴线长1165.1m，进口高程3248.00m，出口高程3243.00m，纵坡i=0.008718。明渠设计流量为8870m3/s（p=5%），渠底宽为35.00m，渠身采用矩形断面。明渠右导墙最大底宽8.00m，最大墙高45.00m，基础坐落在Ⅲ1基岩上，建基高程3220.00～3239.97m。明渠底板厚3.00m，明渠左边墙采取衡重式结构，底宽3.00m。

1.2工程地质条件

导流明渠自然边高陡，地形完整，无沟谷切割。高程3250m～3270m坡度约15°～25°，3270m～3400m坡度约35°～45°，3400m～3800m坡度约∠50°～60°，大多基岩裸露。边坡岩体坚硬完整，宏观上呈块状、次块状结构为主，部分镶嵌碎裂结构，岩体质量较好。地下水位低缓，对边坡稳定性影响较小。除3400～3800m高程分布小规模的拉裂体及危岩体外，自然边坡整体稳定。

地表地质调查及勘探揭示，无较大规模断层分布，小断层发育，属Ⅲ级结构面，f15：N10°E/SE∠88°，陡倾山内，破碎带的出露宽度为0.3～0.4m，带内为构造角砾岩、碎裂岩、断层泥，地表风化为砂糖状，地貌上形成负地形，可见延伸长度320m，出露于坝轴线附近的明渠工程边坡，应加强防护措施。裂隙主要发育三组：①N45°～55°W/SW∠35°～45°，与岸坡小角度相交；②N35°～55°W/SW∠70°～80°，与岸坡小角度相交；③N10°～20°E/NW∠70°～75°，与岸坡大角度相交。结构面及边坡赤平投影。节理裂隙不利组合常形成倾倒破坏，局部形成几～十几m3的拉裂体或危岩体，明渠开挖后，出现小规模崩塌掉块的可能性较大，应引起重视，并有必要的支护处理措施。

明渠后缘边坡地貌图

2防护措施及方案的分析

导流明渠进口段后缘边坡坡面的整体性差，加上断层f15、f16、f17，断层内填充物为碎屑岩、碎裂屑岩，部分坡面由于断层发育呈倒立三角形坡面，断层相互切割造成多处危岩呈“抽屉状”或“楔形体”破坏，再加之该地区多年雨季雨水深入裂隙雨季边坡岩体裂隙发育深，块状破碎多（体积在0.2～1.5m3的占多数），往往造成岩体松动，发生风化剥落，形成岩崩的可能性较大。为确保施工现场的安全，对边坡存在崩塌落石的工程隐患做了以下几种防护方案比较分析。

2.1浆砌片石护坡

由于导流明渠后缘边坡属于高陡边坡，如果全部采用通常的浆砌片石护坡防护，工程量很大，施工工期长。这些高边坡地段危岩分布高，若采用浆砌片石护坡，砌得太高后，则自身重量增大，不能保证自身的稳定性，而且将严重破坏自然环境，从防护效果和环保方面上看，这种防护方法不是理想的方案。

2.2挂网喷护

挂网喷护主要用来防护边坡岩体的风化剥蚀，以及防止小岩块和碎石的松动滚落，而对于防止危岩落石并不理想。该方法造价也较高，施工工期长，同时，若某点发生崩塌落石，可能引起大片挂网喷浆边坡的破坏，所以，这种方法对落石防护效果极不理想。

2.3SNS柔性防护系统

2.3.1SNS柔性防护的概念、类型和特点

SNS边坡柔性防护系统（SafetyNettingSystemforProtectionofSlop，简称SNS系统）以钢丝绳网为主要特征构件，以覆盖（SNS主动系统）和拦截（SNS被动系统）两种基本形式来防护危岩和崩坍落石、溜坍、浅层滑动、风化剥落等地质灾害的柔性安全防护系统的产品。SNS系统包括主动系统和被动系统两个类型，SNS主动系统（ActiveSNS）是采用钢丝锚杆和支撑绳固定方式将钢丝绳网和格栅覆盖在具有潜在地质灾害的坡面上，从而实现坡面加固或限制落石运动范围的一种SNS系统。SNS被动系统（PassiveSNS）是采用钢丝锚杆、钢柱、支撑绳和拉锚绳等固定方式将钢丝绳网在坡面上形成栅栏形式的拦石网，从而实现拦截落石的一种SNS系统。

崩塌落石边坡的一些传统防护方法，已不能适应我们安全的防护要求。而崩塌与落石危害的主要特征是具有强大的动力冲击破坏作用，以刚性结构去抵抗动力冲击，从原理上就存在事倍功半的弊端，其结果是必须在存在落石危害的陡峭山坡上建立庞大的拦石结构，为此要寻找开挖庞大的基础，要搬运大量的建筑材料，工程进度缓慢，劳动强度大，施工安全程度低，施工干扰大，甚至可能因此而使防护结构成为人为的落石来源。因此，我们采用以柔克刚的思路，建立柔性防护结构，可以实现事半功倍的防护效果。

3SNS被动防护系统设计和施工工艺

3.1SNS被动防护系统设计

SNS被动防护系统由钢丝绳网或环形网（需拦截小块落石时附加一层普通钢丝格栅）、固定系统（锚杆、拦锚绳、基座和支撑绳）、减压环和钢柱四个主要部分构成，系统的柔性主要来自于钢丝绳网、支撑绳和减压环等结构，且钢柱与基座间也采用了可动铰联结以确保整个系统的柔性匹配。SNS被动防护系统，既凭借系统自重覆压作用给潜在崩塌滑落体提供一定的稳定加固作用，部分限制崩塌的发生，又允许落石在系统与坡面构成的相对封闭空间内有一定限制地顺坡滚落，从而使落石在控制条件下顺坡安全向下滚落直至坡脚或坡上平台而不危及安全防护区域，它对崩塌落石发生区域集中、频率较高或坡面施工作业难度较大的高陡边坡是一种有效且经济的方法。

根据该段边坡地形、地质条件、潜在的落石特征的现场调查分析和理论推算，根据查尔斯（Chasles）理论，动能=运动能+滚动能。在这里采用经验公式：KE=1.2×（1/2）mv2，结合明渠现在施工期安全考虑及后期运行的维护的安全，按500Kj设防，满足防护需要，防护网结构形式为FSS-PD-500型柔性网防护网。

结构配置：由钢柱+支撑绳+拉锚绳+钢绳网+缝合绳+减压环组成，其主要技术参数为：钢柱间距10m，带减压环的φ16双支撑绳和φ14“人”字形上拉锚绳，φ16侧拉锚绳，φ16下拉及中间加固拉锚绳，DO/08/200/5×4钢丝绳，φ8缝合绳和SO/2.2/50格栅网。钢柱基座的4根地脚螺栓锚杆由Ф32螺纹钢筋加工制作而成，长1.2m，顶端丝口M24×120，并配相应垫片和螺母；拉锚锚杆采用Ф16钢丝绳锚杆，锚杆长2m，抗拔力50kN；钻孔注浆锚杆采用M20水泥砂浆。

主要防护功能：拦截撞击能500kj以内的落石。

3.2SNS被动防护系统施工方法

3.2.1基座施工

（1）清除危石，施工人员手执钢钎、镐头等，佩带加长保险绳，头带安全帽，对边坡进行由上至下逐点清理。按设计并结合实际地形对钢柱和锚杆基础进行测量定位。

（2）基座基础一定要开挖到基岩，再施工基座锚杆，孔径不小于Φ45，插入并注浆后进行基础混凝土浇筑。

（3）基座安装：将钢基座套入地脚螺栓并用螺帽拧紧。

3.2.2钢柱及上侧拉锚绳安装

将钢柱顺坡向上放置并使钢柱底部位于基座处，把上拉锚绳的挂环挂于钢柱顶端挂座上，然后将上拉锚绳的另一端与对应的上拉锚杆环套连接并用绳卡固定；将钢柱缓慢抬起并对准基座将钢柱底部插入基座，最后插入连接螺杆并拧紧。通过上拉锚绳按设计方位调整好钢柱的方位，拉紧上拉锚绳并用绳卡固定。上拉锚绳安装好后，按同样步骤进行侧拉锚绳的安装。

3.2.3支撑绳安装

3.2.3.1上支撑绳安装

将第一根上支撑绳的挂环端固定于端柱的底部，然后沿平行于系统走向调直上支撑绳并放置于基座的下侧，将减压环调节就位（距钢柱约50cm），同一根上支撑绳上每一跨的减压环相对于钢柱对称布置；将该上支撑绳的挂环挂于端柱的顶部挂座上；在第二根钢柱处，用绳卡将上支撑绳固定于挂座的外侧（仅用30%标准紧固力）；在第三根钢柱处，将上支撑绳放在挂座内侧。如此相间安装上支撑绳在基座挂座的外侧和内侧，直到本段最后一根钢柱并向下绕至钢柱基座的挂座上，再用绳卡暂时固定；再次调整减压环位置，当确信减压环全部正确就位后拉紧上支撑绳并用绳卡固定。第二根上支撑绳和第一根的安装方法相同，只不过是反方向安装而已，且减压环位于同一跨的另侧。在距减压环约40cm处用一个绳卡将两根上支撑绳相互连接（仅用30%标准紧力）。

3.2.3.2下支撑绳安装

将第一根下支撑绳的挂环挂于端柱基座的挂座上，然后沿平行于系统走向调直下支撑绳并放置于基座的外侧，并将减压环调节就位，同一根下支撑绳上每一跨的减压环相对于钢柱对称布置；在第二个基座处，用绳卡将下支撑固定于挂座的外侧（仅用30%标准紧固力）；在第三个基座处，将下支撑绳放在挂座内下侧。如此相间安装下支撑绳在基座挂座的外侧和内下侧，直到本段最后一个基座并将下支撑绳缠绕在该基座的挂座上，再用绳卡暂时固定；检查确定减压环全部正确就位后拉紧下支撑绳并用绳卡固定；按上述步骤安装第二根下支撑绳，但反向安装，且减压环位于同一跨的另侧；在距减压环约40cm处用一个绳卡将两根下支撑绳相互连接（仅用30%标准紧固力）。如此在一挂座处形成内下侧和外侧两根交错的双下支撑绳结构。

3.2.4钢绳网的安装

3.2.4.1钢绳网的就位

将钢绳网编号，并在钢柱之间按照对应的位置展开；用一根起吊钢绳穿过钢绳网上缘网孔（同一跨内两张网同时起吊），一端固定在一根临近钢柱的顶端，另一端通过另一根钢柱挂座绕到其基座并暂时固定；用紧绳器将起吊绳拉紧，直到钢绳网上升到上支撑的水平为止，再用绳卡将网与上支撑绳暂时进行松动连接，同时也可将网与下支撑绳暂时连接以确保缝合时更为安全，此后起吊绳可以松开抽出；重复上述步骤直到全部钢绳网暂时挂到上支撑绳为止，并侧向移动钢绳网使其就位于正确位置；将缝合绳按单张网周边长的1.3倍截短，并在其中点作上标志。

3.2.4.2钢绳网的缝合

从系统的一端开始，先将缝合绳中点固定在每一张网上缘中点处的支撑绳上。从中点开始用一半缝合绳向左逐步将网与两根支撑绳缠绕在一起，当到达柱顶挂座时，将缝合绳从挂座的前侧穿过（不能缠绕到挂座上），转向下继续重复上述步骤直到基座挂座，同样从挂座的前侧穿过并继续转向右缠绕不带减压环的一根下支撑绳，直到连接两根支撑绳的绳卡之处；从这里开始又用缝合绳将网与两根下支撑绳缠绕在一起，直到跨越钢绳网下缘中点1m处为止，最后用绳卡将缝合绳与钢绳网固定在一起。绳卡应放在离缝合绳末端约0.5m处。以相同的方法完成另一半的缝合，最后使左右侧的缝合绳端头重叠10m。

3.2.5普通钢丝格栅网安装

格栅网铺挂在钢绳网的内侧，并应叠盖钢绳网上缘并向网外侧折15cm，然后用扎丝固定在网上；格栅网底部应沿斜坡向上敷设0.5m左右，为使下支撑绳与地面间下留缝隙，用石块将格栅网底部压住；每两张格栅网间叠盖约10cm；用扎丝将格栅网固定在网上，每平方米固定2～4点。

4施工人员、设备配置

SNS被动防护网施工人员配置为：技术负责人一名，施工负责人两名，材料员一名（兼后勤），安全员各一名（技术员），施工人员二十名。SNS被动防护网施工机械配置见下表。

表1主要机械配置表

5结束语

实践证明，SNS柔性网防护系统采用的是一种开放式防护方法，既降低工程造价又是一种地形的适应强、施工简单易行、技术先进、安全可靠的防护工具。值得在广大山区和易发生坡面崩塌、危岩、落石、风化剥落、溜坍滑、塌落等高边坡环境使用。