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SNS柔性主動防護網(wǎng)承載能力及防護設(shè)計研究

文檔作者：劉娟向柏宇文檔來源： 1．中國電力建設(shè)股份有限公司，北京100048； 2．中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月13日
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52 劉娟，向柏宇．SNS柔性主動防護網(wǎng)承載能力及防護設(shè)計研究
文章編號：1006-2610(2015)0l—0052—05
SNS柔性主動防護網(wǎng)承載能力及防護設(shè)計研究
劉 娟 ，向柏宇
(1．中國電力建設(shè)股份有限公司，北京100048；
2．中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，成都610072)
摘要：SNS柔性主動防護網(wǎng)以其卓越的防護性能廣泛應(yīng)用于邊坡工程。由于其材料均為柔性材料，且主動防護
網(wǎng)覆蓋的邊坡地形、地貌相對復雜，工程設(shè)計中一般采取保守的鋼絲繩抗拉強度進行設(shè)計，對主動防護網(wǎng)的受力分
析比較困難，從理論角度目前仍然沒有較為成熟的計算方法；文章以實際工程為依托，運用概化分析方法計算SNS
柔性主動防護網(wǎng)(菱形網(wǎng))鋼絲繩的承載能力及防護能力，為SNS柔性主動防護網(wǎng)在工程運用提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：邊坡工程；SNS；柔性防護網(wǎng)；承載能力；設(shè)計
中圖分類號：TV52；U417．1 文獻標識碼：A DOI：10．3969／j．issn．1006—2610．2015．01．014
Study on Bearing Capacity and Protection Design of SNS Flexible Active Protection Network
LIU Juan‘
， XIANG Bo—yu
(1．Power Construction Corporation of China，Ltd．，Beijing 100048，China；
2．POWERCHINA Chengdu Engineering Corporation Limited，Chengdu 610072，China)
Abstract：The SNS flexible active protection network is widely applied in slope works because of its superior protection property．As its mate—
rials all areflexible aswell asthetopos~ hy andlandform of slopes covered bythe active protection networkare complicated relativelv，itis
normally designed according to the tensile strength of the steel cable．So，it is difficult to analyze the action fomes of the active network．In
theory，there is not practical method for calculation．Based on the engineering practice，in the paper，the generalization analyzing method is
applied to calculate the bearing capacity and protection ability of the steel cables of the SNS flexible active protection network(in rhombus
)，providing application of the SNS flexible active protection network in projects with theoretic basis．
Key words：slope works；SNS；flexible protection network；bearing capacity；design
1 工程概況
安全防護系統(tǒng)(safety netting system)，簡稱
SNS，這項技術(shù)出現(xiàn)于1950年。柔性安全防護系統(tǒng)
是以高強度的金屬網(wǎng)(鋼絲繩網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、高強度鋼
絲格柵以及高強度鋼絲網(wǎng))作為主要攔截及防護構(gòu)
件的防護系統(tǒng)。主要分為鋼絲繩網(wǎng)、普通鋼絲格柵
(常稱鐵絲格柵)和高強度鋼絲格柵3類，前兩者通
過鋼絲繩錨桿或支撐繩固定方式，后者通過鋼筋
(可施加預應(yīng)力)或鋼絲繩錨桿(有邊沿支撐繩時采
收稿Et期：2014—12—05
作者簡介：劉娟(1978一)，女，湖北省漢川縣人，高級工程師，主
要從事水電工程高壩、邊坡、地下工程等技術(shù)研究及相關(guān)科技項目管
理工作．
用)、專用錨墊板以及必要時的邊沿支撐繩等固定
方式，將作為系統(tǒng)主要構(gòu)成的柔性網(wǎng)覆蓋在有潛在
地質(zhì)災害的坡面上，從而實現(xiàn)其防護目的。
與傳統(tǒng)的施工方法相比，該系統(tǒng)克服了剛性防
護施工中諸多弊端，采用模塊化安裝方式、縮短了工
期和施工費用，整個系統(tǒng)由高強度鋼絲繩柔性、錨桿
及其它安裝附件組合安裝而成。其突出的特點包
括：
(1)以鍍鋅高強度鋼絲繩為主要材料的主動防
護系統(tǒng)具有高韌性、高防護強度、易鋪展性等優(yōu)點。
主動防護系統(tǒng)通過多次邊坡防護工程的現(xiàn)場試驗和
對比，具有適應(yīng)任何坡面地形、安裝程序標準化、系
統(tǒng)化等優(yōu)點。
(2)開放的系統(tǒng)特征能夠避免因地下水壓力的
升高而引起的邊坡失穩(wěn)，抑制邊坡遭受進一步的風
西北水電·2015年·第1期 53
化剝蝕，保護原有植被及生長條件，實現(xiàn)人工綠化，
實現(xiàn)最佳的邊坡防護和環(huán)境保護目的。
(3)系統(tǒng)主要材料的特殊制造工藝和高防腐防
銹技術(shù)，具備優(yōu)良的防腐能力，壽命一般能達到30
～ 50 a。
2 SNS柔性主動防護網(wǎng)方案設(shè)計
(1)鋼絲繩網(wǎng)：其中鋼絲繩網(wǎng)作為主要的特征
構(gòu)件之一，是用鋼絲繩編制并在交叉結(jié)點處用“十”
字卡扣固定的成品網(wǎng)。
(2)錨桿：SNS主動防護網(wǎng)的另一重要的配件
為鋼絲繩錨桿，這種錨桿是將單根鋼絲繩從中點處
彎折，在彎折處嵌入雞心環(huán)并用繩卡或鋁合金緊固
套管固定的防護網(wǎng)專用柔性錨桿。鋼絲繩錨桿是柔
性網(wǎng)專用的錨桿系統(tǒng)，也可以采用砂漿錨桿替代，但
砂漿錨桿與鋼絲繩網(wǎng)的柔性連接方式需要特殊考
慮。
(3)支撐繩：用以實現(xiàn)金屬柔性網(wǎng)按照設(shè)計形
式鋪掛，對金屬柔性網(wǎng)起支撐作用的鋼絲繩。
(4)縫合繩：將金屬柔性網(wǎng)間或其它支撐繩縫
合聯(lián)結(jié)的鋼絲繩。
(5)卡扣：是一種實現(xiàn)兩根鋼絲繩交叉節(jié)點緊
固的特殊扣件。其對鋼絲繩施加一定的荷載，避免
節(jié)點處鋼絲繩發(fā)生錯動和分離。
采用柔性網(wǎng)進行坡面防護的特點在于利用局部
受力、整體承載的柔性優(yōu)勢對淺、表層危巖體(危
石)進行圍護，限制落石運動范圍，部分抑制崩塌的
發(fā)生。
目前，在工程運用中由于材料的柔性及坡面覆
蓋受地形地貌的影響，無法從受力角度對這種主動
柔性防護網(wǎng)進行參數(shù)化設(shè)計。本文依托摩洛哥伊阿
高速公路邊坡，探索一種概化的計算方法來分析計
算SNS柔性主動防護網(wǎng)(菱形網(wǎng))鋼絲繩的受力條
件及防護能力，以期為其他類似工程采用柔性防護
網(wǎng)技術(shù)提供參考。
3 依托工程概況
摩洛哥伊阿高速公路PK33+140 m—PK33+680
m；地質(zhì)構(gòu)造以砂巖為主，局部受巖體層面節(jié)理的切
割及風化節(jié)理的影響較大，巖體比較破碎，尤其是接
近地表的10～20 m范圍內(nèi)存在強烈的風化帶，巖體
極其破碎，經(jīng)常出現(xiàn)落石，對邊坡及公路的安全影響
巨大。采用SNS防護范圍內(nèi)的出露巖層均為沉積
巖，巖層產(chǎn)狀NE57。／22。，巖類為砂巖，整個區(qū)域處
于一個規(guī)模較大的斷層核心側(cè)翼，開挖揭露的巖層
為強、弱風化巖層，總體看來頂部20 m 以強風化為
主，以下區(qū)域以弱風化層為主，巖層風化及構(gòu)造節(jié)理
發(fā)育，局部存有陡傾角構(gòu)造裂隙發(fā)育，完整性較差，
邊坡的穩(wěn)定受構(gòu)造節(jié)理控制，但風化節(jié)理可能會惡
化表面巖石穩(wěn)定條件。
開挖區(qū)段邊坡采用了邊坡與馬道相結(jié)合的開挖
體形，最大開挖邊坡高度約為110 m，每級邊坡高度
為10 m，兩級邊坡之間設(shè)置寬約5 m的馬道。邊坡
開挖坡比為1：0．5。
由于邊坡高陡，巖石表面風化破碎，為防止危石
墜落威脅行車安全，決定對開挖邊坡的淺層坡面進
行SNS主動防護網(wǎng)防護。根據(jù)工程的特殊性及工
程建設(shè)的要求，擬定工程分析的主要范圍及內(nèi)容為
摩洛哥伊阿高速公路工程開挖區(qū)，PK33+140 m～
PK33+680 m段SNS主動防護網(wǎng)提供70 kN／m 加
固力。
4 防護網(wǎng)承載能力計算
4．1 邊坡崩塌規(guī)模估算
4．1．1 巖體參數(shù)的選取
考慮到現(xiàn)場勘測分析的局限性，為最大限度發(fā)
揮防護網(wǎng)的作用，選取最不利的崩塌模型進行計算。
巖類為砂巖，中等硬度。同時存在淺表層風化、
卸荷巖體、破碎程度比較高。為對邊坡可能崩塌規(guī)
模進行估算，對于巖體參數(shù)的取值選取見表1。
表1 巖石力學性質(zhì)指標計算采用值(平均值)表
4．1．2 模型建立及計算
可能崩塌的模型圖如圖1所示。最大開挖高度
約110 m，開挖邊坡每10 m設(shè)置一級5 m寬的邊坡
平臺，開挖坡度1：0．5。模型高h為10 m，順公路
走向b長為1 m，作為一級階梯計算單元。其中0=
56．75。(砂巖)， 63。(削坡后的坡角)。當
c c c c (作為滑坡面)，單元滑坡體體積為：

西北水電·2015年·第1期 55
向力； 為張力與法向力夾角。
進一步計算鋼絲繩的強度利用率，即實際張力
與鋼絲繩斷裂拉力的比值。
選取鋼絲繩抗拉強度1 770 MPa；鋼絲繩型號采
用 8 mm，對應(yīng)的最小斷裂拉力值取40 kN，鋼絲繩
的間距分別采用300、250、200 mm等進行計算(見
表2)。
表2 鋼絲繩受力分析計算成果表
結(jié)果表明：強度為1 770 MPa的鋼絲繩網(wǎng)，鋼絲
繩型號為08 mm，鋼絲繩的最大間距為300 mmX
300 mm，加固力為70 kN／m 時，鋼絲繩最大張力僅
為6．29 kN，其鋼絲繩“強度利用率”也僅為
15．73％ ，完全能夠滿足穩(wěn)定及功能的要求。
4．3 錨桿承載能力計算
4．3．1 錨桿型號與最大抗拉力計算
錨桿采用高強度精軋螺紋鋼筋，水泥結(jié)石體與
巖石孔壁間的粘結(jié)強度設(shè)計值，取0．8倍標準值
(見表3)，水泥結(jié)石體與鋼絞線或鋼筋間的粘結(jié)強
度設(shè)計值，取0．8倍標準值(見表4)。
表3 巖石與水泥結(jié)石體之間的粘結(jié)強度標準值表
新種類 單 臃 繃度
注：粘結(jié)長度小于6．0 m，灌漿體選用水泥漿或者水泥砂漿，其
抗壓強度不宜低于30 MPa。
表4 鋼筋、鋼絞線與水泥漿之間的粘結(jié)強度標準值表
類型 粘結(jié)強度標準值／MPa
水泥結(jié)石與螺紋鋼筋之間 2．0～3．0
水泥結(jié)石體與鋼絞線之間 3．0～4．0
注： 粘結(jié)長度小于6．0 m。(2)水泥結(jié)石體抗J土強度標準值小
小于30 MPa。
按照下式計算錨桿抗拔承載力：
== (5)
(6)
式中： 為錨固段長度，mm；ⅣJ為錨桿軸向拉力設(shè)
計值，kN；K為安全系數(shù)，應(yīng)按照表5取值；D為錨
固體直徑，mm；d為單根鋼筋或鋼絞線直徑，mm；n
為鋼絞線或鋼筋根數(shù)；q 為水泥結(jié)石體與巖石孔壁
間的粘結(jié)強度設(shè)計值；q 為水泥結(jié)石體與鋼絞線或
鋼筋間的粘結(jié)強度設(shè)計值； 為采用2根或2根以
上的鋼絞線或鋼筋時，界面粘結(jié)強度降低系數(shù)，取
0．60～0．85。
考慮到SNS對邊坡危石進行整體防護以及群
錨作用，選取安全系數(shù)為1．8。
開挖區(qū)砂巖按照中硬巖考慮，砂漿與巖石間的
粘結(jié)強度特征值取1．35 MPa。水泥結(jié)石與鋼筋間
的粘結(jié)強度特征值取2．7 MPa。
表5 (水泥結(jié)石與巖壁)錨桿抗拔承載力計算表
備注：鉆孔直徑為76 mm。
表6 (水泥結(jié)石與鋼筋)錨桿抗拔承載力計算表
表7 (鋼筋抗拉強度)錨桿抗拔承載力計算表
計算結(jié)果表明，水泥結(jié)石與鋼筋或鋼絞線之間
的粘結(jié)強度標準值在2．0～4．0 MPa之間，遠遠大于
砂漿與巖石間的粘結(jié)強度，且鋼筋的自身抗拉強度
也大于水泥結(jié)石與巖壁的粘結(jié)強度。由此，錨桿的
破壞或拔出主要是砂漿或是水泥漿與巖石之間的強
度破壞產(chǎn)生的拔出。
4．3．2 錨桿軸向拉力設(shè)計值計算
單根錨桿的軸向拉力設(shè)計值為 ，坡面的主動
網(wǎng)承擔的加固力為F(kN／m )，單個錨桿的作用面
積為S(m )，可以按照式(7)計算求得單根錨桿的
軸向設(shè)計值：
T=F ×S (7)
56 劉娟，向柏宇．SNS柔性主動防護網(wǎng)承載能力及防護設(shè)計研究
表8 錨桿軸向拉力設(shè)計值計算表
根據(jù)計算分析，對于砂巖邊坡SNS網(wǎng)的加固荷
載滿足70 kN／m 的情況下，錨桿按照3．2 mx2．8 nl
布置，單根錨桿的軸向拉力設(shè)計值需要滿足627．2
kN的要求。采用~40 mm的錨桿需要錨桿入巖深
度不小于4．5 ITI。
施工簡單易行、技術(shù)先進、安全可靠、環(huán)保效果好、經(jīng)
濟合理的防治新技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
由于SNS柔性主動防護網(wǎng)覆蓋的邊坡地形地
貌相對復雜，防護網(wǎng)的受力分析比較困難。本文在
實際工程中運用的概化計算方法是一種能夠滿足工
程需要的計算手段，工程安全和質(zhì)量均符合相關(guān)要
求，可為SNS柔性主動防護網(wǎng)在其他危巖邊坡防護
中的設(shè)計提供借鑒。
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(上接第51頁)
結(jié)構(gòu)的剛度均滿足要求。
3．2．3 計算結(jié)果分析
通過理論分析與有限元分析相結(jié)合的方法，對
棧橋梁、縱向梁進行了分析，具體如下：
(1)棧橋梁有限元分析最大應(yīng)力為102．69
N／mm ， 5聯(lián)系筋有限元分析最大應(yīng)力為1．55
N／ram ，均小于鋼材的抗彎強度210 N／ram ，且有近
50％ 的強度沒有利用，結(jié)構(gòu)具有較高的安全儲備。
因此結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。
(2)棧橋梁有限元分析所得的位移為0．89
mm，小于規(guī)范要求的3．75 mm，結(jié)構(gòu)的剛度滿足要
求。
(3)縱向梁的最大應(yīng)力為106．69 N／ram。，小于
鋼材的抗彎強度210 N／mm ，結(jié)構(gòu)的強度及穩(wěn)定性
滿足要求?？v梁的最大位移為0．27 mm，小于規(guī)范
要求的2．75 mm，滿足結(jié)構(gòu)剛度要求。
(4)通過有限元分析結(jié)果表明，2號鋼棧橋結(jié)
構(gòu)體系在強度、剛度及穩(wěn)定系方面均滿足要求，且具
有一定的安全儲備。
4 結(jié)語
(1)利用有限元分析軟件對結(jié)構(gòu)進行整體建
模，綜合分析結(jié)構(gòu)在各種荷載工況下應(yīng)力應(yīng)變情況，
研究結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形分布情況，確定結(jié)構(gòu)受力或
變形較大的位置，分析結(jié)構(gòu)中比較危險的桿件，為設(shè)
計與施工提供參考依據(jù)。
(2)目前，第1層和第2層腳手架已拆，第1層
和第2層鋼棧橋留在原處；第3層腳手架已施工完
成，腳手架及鋼棧橋未監(jiān)測到異常變形，同時也沒有
發(fā)生垮塌現(xiàn)象，說明計算結(jié)果是正確的。
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