沿海地區(qū)富水環(huán)境下邊坡支護(hù)工程施工中的技術(shù)創(chuàng)新與挑戰(zhàn)

摘 要：通過(guò)對(duì)題目背景的介紹，明確了研究的目的和意義。從實(shí)際工程應(yīng)用出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)有的研究成果，探討了在沿海地區(qū)富水環(huán)境下進(jìn)行邊坡支護(hù)工程施工的技術(shù)難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，并提出了一些解決方案。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和對(duì)比，得出了相應(yīng)的結(jié)論和建議。

關(guān)鍵詞：沿海地區(qū)；富水環(huán)境；邊坡支護(hù)工程；技術(shù)創(chuàng)新與挑戰(zhàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-6903（2024）09-0036-03

收稿日期：2024-03-19

▲基金項(xiàng)目：2024年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“沿海地區(qū)富水環(huán)境下的深基坑支護(hù)方案及其技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)研究”（2024KY1923）

作者簡(jiǎn)介：趙祖兒（1986—），女，甘肅酒泉人，本科，副教授，研究方向：建筑與土木工程、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

0 引言

在沿海地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，面臨著許多特殊的挑戰(zhàn)，富水環(huán)境下邊坡支護(hù)工程的施工就是其中之一。邊坡支護(hù)工程的施工是確保沿海地區(qū)工程項(xiàng)目安全和穩(wěn)定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。然而沿海地區(qū)的特殊環(huán)境條件，如波浪、潮汐等因素，給邊坡支護(hù)工程的施工帶來(lái)了很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

1 沿海地區(qū)富水環(huán)境下邊坡支護(hù)工程施工技術(shù)難點(diǎn)

1.1 邊坡穩(wěn)定性分析與預(yù)測(cè)

沿海地區(qū)的邊坡受到波浪、潮汐和海浪侵襲等因素的影響，其穩(wěn)定性分析與預(yù)測(cè)成為邊坡支護(hù)工程施工的首要任務(wù)。然而，由于水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性和不確定性，邊坡穩(wěn)定性分析面臨著很大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法往往難以考慮到水文地質(zhì)因素的綜合影響，導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，需要開(kāi)發(fā)新的穩(wěn)定性分析方法，結(jié)合實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬技術(shù)，提高邊坡穩(wěn)定性分析的準(zhǔn)確性和可靠性。

1.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工

在沿海地區(qū)富水環(huán)境下進(jìn)行邊坡支護(hù)工程施工時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工成為另一個(gè)重要的技術(shù)難點(diǎn)。由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性，傳統(tǒng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法往往無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需求。由于施工條件的限制，如水下施工、波浪干擾等，使支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)也面臨著挑戰(zhàn)。因此，需要?jiǎng)?chuàng)新性地設(shè)計(jì)合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)，并研究適應(yīng)富水環(huán)境下的施工方法，以確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性[1]。

1.3 基坑排水與材料運(yùn)輸

在沿海地區(qū)富水環(huán)境下進(jìn)行邊坡支護(hù)工程施工時(shí)，基坑排水和材料運(yùn)輸是另外兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)。由于含水量高和潮汐變化等因素的影響，基坑排水工作面臨著很大的困難。由于施工場(chǎng)地的特殊性，材料運(yùn)輸也變得異常復(fù)雜。因此，需要開(kāi)發(fā)高效的基坑排水技術(shù)和適應(yīng)性強(qiáng)的材料運(yùn)輸方案，以保障施工的順利進(jìn)行。

1.4 環(huán)境保護(hù)與生態(tài)恢復(fù)

沿海地區(qū)是生態(tài)環(huán)境脆弱的地區(qū)，邊坡支護(hù)工程施工可能對(duì)周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境造成一定的影響。因此，環(huán)境保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)成為沿海地區(qū)邊坡支護(hù)工程施工的重要問(wèn)題。減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，并通過(guò)合理的生態(tài)恢復(fù)措施促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展，是一個(gè)需要深入研究的課題。

2 沿海地區(qū)特殊的巖土工程特性分析

2.1 土壤類(lèi)型與特征

受潮汐和海浪的影響，海洋植物和動(dòng)物的遺體、排泄物以及懸浮物等大量堆積于土壤中。這些有機(jī)物質(zhì)會(huì)影響土壤的物理和化學(xué)特性，導(dǎo)致土壤的穩(wěn)定性降低。沿海地區(qū)的土壤受到波浪和潮汐的沖刷和侵蝕，土壤顆粒容易發(fā)生流失，導(dǎo)致土壤容重增大、承載力下降。

波浪和潮汐的作用還會(huì)引起土壤顆粒的排列變化，形成層理結(jié)構(gòu)，使土壤的均質(zhì)性降低。沿海地區(qū)的土壤受到海水的浸潤(rùn)和滲透，土壤中的含水量較高，飽和度較大。這會(huì)導(dǎo)致土壤的孔隙水壓力增大，降低土壤的抗剪強(qiáng)度，并引起土體的塑性變形和沉降。

2.2 含水量與飽和度分析

含水量是指土壤中所含水分的質(zhì)量占總質(zhì)量的比例。沿海地區(qū)的土壤由于受到海水的浸潤(rùn)和滲透，含水量往往較高。高含水量會(huì)使土壤的孔隙水壓力增大，降低土壤的抗剪強(qiáng)度，加劇土體的塑性變形和沉降。因此，在邊坡支護(hù)工程施工前，需要對(duì)土壤的含水量進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定和分析，以評(píng)估土壤的工程性質(zhì)和穩(wěn)定性。

飽和度是指土壤中孔隙水的體積占總孔隙容積的比例。在沿海地區(qū)富水環(huán)境下，土壤中的飽和度往往較大。高飽和度會(huì)導(dǎo)致土壤的抗剪強(qiáng)度降低，增加邊坡的滑動(dòng)和破壞的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在邊坡支護(hù)工程施工中，需要對(duì)土壤的飽和度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定和分析，以指導(dǎo)支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工。

2.3 強(qiáng)度參數(shù)與變形特性分析

強(qiáng)度參數(shù)是指土壤的抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性質(zhì)。在沿海地區(qū)富水環(huán)境下，土壤的強(qiáng)度參數(shù)往往較低，主要受到含水量和飽和度的影響。高含水量和飽和度會(huì)導(dǎo)致土壤的孔隙水壓力增大，降低土壤的抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。因此，需要對(duì)土壤的強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定和分析，以評(píng)估土壤的穩(wěn)定性和承載能力。

變形特性是指土壤在外力作用下發(fā)生的壓縮變形、剪切變形和滲流變形等特性。在沿海地區(qū)富水環(huán)境下，土壤的變形特性往往較為顯著。高含水量和飽和度會(huì)導(dǎo)致土壤的塑性變形和沉降加劇，對(duì)邊坡支護(hù)工程的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。因此，在邊坡支護(hù)工程施工中，需要對(duì)土壤的變形特性進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定和分析，以指導(dǎo)支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 水文地質(zhì)因素對(duì)邊坡的影響分析

地下水位是指地下水位于地表以下的深度。在沿海地區(qū)，由于潮汐和海水倒灌等因素的影響，地下水位通常較高。高地下水位會(huì)增加邊坡土體的飽和度，降低土體的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致邊坡滑動(dòng)和崩塌的風(fēng)險(xiǎn)增加。

孔隙水壓力是指土體中孔隙水所施加的壓力。在沿海地區(qū)富水環(huán)境下，土體中的孔隙水壓力較大?？紫端畨毫Φ脑龃髸?huì)導(dǎo)致邊坡土體的有效應(yīng)力降低，降低土體的抗剪強(qiáng)度，從而增加邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

滲流是指水分在土體中的流動(dòng)過(guò)程。在沿海地區(qū)富水環(huán)境下，土體的滲透性較高，水分容易從邊坡土體中滲透、滲流。滲流會(huì)引起土壤顆粒的流失和土體的沉降，導(dǎo)致邊坡的變形和破壞。

因此，在邊坡穩(wěn)定性分析中，需要對(duì)水文地質(zhì)因素進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測(cè)，以獲取準(zhǔn)確的地下水位、孔隙水壓力和滲流等數(shù)據(jù)，并結(jié)合邊坡土體的工程性質(zhì)，進(jìn)行穩(wěn)定性分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

3.2 邊坡滑坡與崩塌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

邊坡滑坡是指邊坡土體在受到外力作用或其他因素影響下，發(fā)生剪切破壞并沿滑面向下滑動(dòng)的現(xiàn)象。邊坡崩塌是指邊坡土體在受到外力作用或其他因素影響下，發(fā)生整體破壞并向下坍塌的現(xiàn)象。邊坡滑坡和崩塌的發(fā)生與地質(zhì)、水文地質(zhì)、土壤力學(xué)等因素密切相關(guān)。

邊坡滑坡和崩塌是沿海地區(qū)邊坡支護(hù)工程施工中常見(jiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象，具有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，進(jìn)行邊坡滑坡與崩塌的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是非常必要的。

4 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 擋土墻

擋土墻是一種常見(jiàn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以有效抵抗邊坡的推力和滑動(dòng)力。根據(jù)擋土墻的材料和結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為重力式擋土墻、鋼筋混凝土擋土墻和擋土墻樁等。擋土墻的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便，適用于邊坡高度較低、土體穩(wěn)定性較好的情況。

4.2 噴射深層樁

噴射深層樁是一種常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)在邊坡土體內(nèi)注入水泥漿來(lái)形成樁體，增加土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。噴射深層樁適用于邊坡高度較大、土體松散、抗剪強(qiáng)度較低的情況。它具有施工速度快、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)施工條件要求較高。

4.3 懸臂墻

懸臂墻是一種具有懸臂結(jié)構(gòu)的支護(hù)墻體，通過(guò)在邊坡上設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)來(lái)抵抗邊坡的推力和滑動(dòng)力。懸臂墻適用于邊坡高度較大、土體穩(wěn)定性較差的情況。它具有結(jié)構(gòu)靈活、適應(yīng)性好的特點(diǎn)，但對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工要求較高[2-4]。

4.4 錨固墻

錨固墻是一種通過(guò)鋼索或錨桿將邊坡土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)錨固在一起的支護(hù)結(jié)構(gòu)。錨固墻適用于邊坡高度較大、土體抗剪強(qiáng)度較低的情況。它能夠有效提高邊坡的整體穩(wěn)定性，但對(duì)錨固結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工要求較高。

5 施工方法優(yōu)化

5.1 材料運(yùn)輸與基坑排水技術(shù)優(yōu)化

5.1.1 材料運(yùn)輸優(yōu)化

傳統(tǒng)的材料運(yùn)輸方式通常是通過(guò)陸路運(yùn)輸，但在沿海地區(qū)由于地形復(fù)雜和水域交通發(fā)達(dá)，可以考慮利用水路運(yùn)輸來(lái)優(yōu)化材料的運(yùn)輸。通過(guò)在沿海地區(qū)設(shè)立臨時(shí)碼頭或使用浮動(dòng)裝置，可以直接將材料從水路運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，減少了陸路運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間和成本。此外，還可以采用集裝箱式運(yùn)輸，將材料直接裝入集裝箱中，便于運(yùn)輸和裝卸，提高施工效率。

5.1.2 基坑排水技術(shù)優(yōu)化

常見(jiàn)的基坑排水技術(shù)是使用井點(diǎn)和排水管道進(jìn)行排水。優(yōu)化的方法包括選擇合適的井點(diǎn)位置和排水管道布置，確?；觾?nèi)的積水能夠及時(shí)排出。還可以采用現(xiàn)代化的排水設(shè)備，如電動(dòng)排水泵等，提高排水效率。

基坑排水技術(shù)還可以利用地下水位下降來(lái)實(shí)現(xiàn)排水。通過(guò)在基坑周?chē)O(shè)置抽水井，降低地下水位，使基坑內(nèi)部的水能夠逐漸排出。這種技術(shù)需要對(duì)地下水的流動(dòng)性進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和預(yù)測(cè)，確保排水效果。

5.2 鋼筋混凝土澆筑技術(shù)優(yōu)化

5.2.1 澆筑順序優(yōu)化

鋼筋混凝土澆筑的順序在一定程度上決定了結(jié)構(gòu)的整體性能。優(yōu)化澆筑順序可以提高施工效率和質(zhì)量。常見(jiàn)的優(yōu)化方法是采用分段澆筑的方式，將較大的結(jié)構(gòu)分成若干個(gè)小段進(jìn)行澆筑。這樣可以減少混凝土的溫度差異和收縮變形，提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

5.2.2 澆筑工藝優(yōu)化

鋼筋混凝土澆筑過(guò)程中的一些工藝參數(shù)也可以進(jìn)行優(yōu)化。例如，可以采用高效的自流平混凝土，減少施工過(guò)程中的手工操作，提高澆筑的均勻性和密實(shí)性。還可以使用新型的防水劑和摻合料，提高混凝土的耐久性和抗?jié)B性能。

5.3 施工質(zhì)量與效率控制

5.3.1 施工質(zhì)量控制

施工質(zhì)量的控制包括對(duì)材料、工藝和施工過(guò)程的嚴(yán)格監(jiān)控。要對(duì)材料的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)和核實(shí)，確保其符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。要對(duì)施工工藝進(jìn)行控制，保證施工過(guò)程的規(guī)范和合理性。要進(jìn)行施工過(guò)程的質(zhì)量檢查和驗(yàn)收，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正問(wèn)題，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求[5]。

5.3.2 施工效率控制

施工效率的控制包括對(duì)施工進(jìn)度和資源利用的優(yōu)化。通過(guò)合理的施工計(jì)劃和進(jìn)度安排，可以提高施工的效率和生產(chǎn)力。要合理配置施工人員和設(shè)備，提高資源的利用率和效益。還可以采用先進(jìn)的施工方法和技術(shù)，如預(yù)制構(gòu)件的使用和機(jī)械化施工等，提高施工效率。

6 創(chuàng)新技術(shù)手段應(yīng)用

6.1 新型材料在邊坡支護(hù)中的應(yīng)用

聚合物材料在邊坡支護(hù)中的應(yīng)用具有很大的潛力。聚合物材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、耐腐蝕等特點(diǎn)，可以用于制作邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的加固材料。例如，聚醚酮樹(shù)脂與玻璃纖維增強(qiáng)材料組成的復(fù)合材料，可以制作成加筋板或加筋帶，用于增加邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力和抗震能力。

納米材料在邊坡支護(hù)中的應(yīng)用也具有巨大的潛力。納米材料具有尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，可以改善材料的力學(xué)性能和耐久性。例如，納米氧化硅可以用于改善土壤的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性，納米氧化鋁可以用于改善鋼筋混凝土的耐久性和抗?jié)B性能。

復(fù)合材料在邊坡支護(hù)中的應(yīng)用也具有廣闊的前景。復(fù)合材料由兩種或多種不同材料組成，通過(guò)相互作用可以獲得優(yōu)異的性能。例如，碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)和耐腐蝕等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的加固和修復(fù)。

6.2 無(wú)人機(jī)技術(shù)在邊坡監(jiān)測(cè)與施工中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)可以進(jìn)行邊坡的三維建模和測(cè)量。通過(guò)搭載攝像頭、激光雷達(dá)等設(shè)備，其可以對(duì)邊坡進(jìn)行全方位的影像采集和數(shù)據(jù)獲取。這些數(shù)據(jù)可以用于生成邊坡的三維模型，便于人們了解邊坡的幾何形狀和變形情況。

無(wú)人機(jī)可以進(jìn)行邊坡的變形監(jiān)測(cè)。利用無(wú)人機(jī)的高精度定位和遙感技術(shù)，可以實(shí)時(shí)獲取邊坡表面的位移數(shù)據(jù)，便于人們分析邊坡的變形狀態(tài)和趨勢(shì)。這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)邊坡的變形預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)隱患，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行治理和加固。

無(wú)人機(jī)還可以用于邊坡支護(hù)工程的施工監(jiān)測(cè)。通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的拍攝和監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)了解施工進(jìn)度和質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)調(diào)整施工方案。無(wú)人機(jī)還可以用于材料的運(yùn)輸和裝卸，提高施工效率和安全性。

6.3 其他創(chuàng)新技術(shù)在沿海地區(qū)邊坡支護(hù)工程中的應(yīng)用

自動(dòng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)邊坡的變形和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并通過(guò)預(yù)警系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出警報(bào)。這項(xiàng)技術(shù)利用傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，將邊坡的變形數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測(cè)中心，對(duì)邊坡的安全性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

數(shù)字化設(shè)計(jì)與施工技術(shù)可以提高邊坡支護(hù)工程的效率和質(zhì)量。通過(guò)建立邊坡支護(hù)工程的數(shù)字模型，可以對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行仿真和優(yōu)化，避免施工風(fēng)險(xiǎn)和錯(cuò)誤，提高工程的整體效果和安全性。

7 結(jié)束語(yǔ)

沿海地區(qū)富水環(huán)境下邊坡支護(hù)工程的技術(shù)創(chuàng)新面臨一些挑戰(zhàn)，但通過(guò)新型材料的應(yīng)用和無(wú)人機(jī)技術(shù)的使用等創(chuàng)新方法，可以有效提高工程的穩(wěn)定性、安全性和施工效率。進(jìn)一步研究和探索將為沿海地區(qū)邊坡支護(hù)工程的發(fā)展提供更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

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