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太浦河泵站的进、出水渠为新开河道,由西向东布置于太浦河的南侧,其直线段与太浦河中心线平行,两者中心线相距200m。进、出水渠全长890.13m,为梯形明渠,渠道边坡1∶3,渠底高程分别为-2.50和-1.80m,渠顶高程分别为7.00和6.00m。进水渠堤在高程3.5m处设置宽5m的马道。出水渠马道宽3m,高程为3.20m。
为了体现环境水利的理念,美化泵站环境,由太浦河泵站建设指挥部牵头,水利部上海勘测设计研究院(下简称上海院)与日本冲谷实业(深圳)有限公司就有关生态护坡的方案进行了讨论和研究,并于2001年10月在工地现场进行了现场试验。
2生态护坡应用现状
2.1生态护坡的发展趋势
从20世纪80年代后期开始,地球环境及保护问题在各个方面为人们所重视,同时对关系到自然环境变化的生物多样性下降问题也开始引起人们的担心。尤其是人口密集的城市,人们越来越关注与己休戚相关的环境问题,因此,人们开始建造公园、公共绿地等来改善环境,同时在充分发挥公园、公共绿地原有功能的基础上,也开始把它们作为保护生物多样性及直接与生物相连的场地,而这些场地作为地球生态系的重要构成因素所发挥的作用也开始越来越受到人们的重视。
多自然型河流建设方法是目前国际上比较流行的一种河道环境综和整治的新方法,它把水边作为多种生物生息空间的核心,并把河流建设成尽量接近于自然的状态。在建设多自然型河流中,重点是努力创造出具有丰富自然的并具有魅力水边环境。在河道整治的各种方法中,应从生态学的观点出发,应优先采用生物材料法,其次采用混合方法,即采用植物与木材或石料合用,最后才考虑刚性材料方法,即采用木材、石料和混凝土。
日本是生态设计用于水利工程较好的国家,其对河道生态设计的原则主要有以下五个方面:
(1)治水:主要通过修建护岸来实现;
(2)自然环境、生态系统的设置:主要通过水边绿化、设置生物的生长区域和水质保护等实现;
(3)水边景观的设计:通过设置建筑物来保证与周围环境的和谐以及保证水边景观的连续性、自然性;
(4)亲水空间的设计:通过水边的台阶、缆绳、绿地等设施来实现;
(5)循环型空间的设计,:用木材、石头、砂子等天然材料的多孔性构造,控制废料的产生,尽量避免未来发生的处理问题及二次性环境污染问题。
2.2国内河道护坡现状
传统的河道护坡结构往往只片面强调河道的防洪、引水、排涝、蓄水和航运等功能,较少地考虑河道的生态或环境功能,因此河道的护坡结构多数采用浆砌块石或混凝土等刚性硬质材料,甚至有的地方追求所谓的“高标准”河道,对河道采用全断面刚性材料衬砌,使河道的环境条件模式化,并使生物种类单一化,由此带来的环境问题是很严重的。
随着国家综合国力的增强和人民生活水平的提高,我国也开始越来越重视环境保护问题。我国国民经济和社会发展第十个五年计划中提出,必须重视生态建设和环境保护,加强自然保护区和生态示范区建设,保护陆地和海洋生物的多样性。人们在越来越注重城市环境和保护生物多样性的同时,也开始注重水利工程的环境问题,在有些堤防和护岸的结构设计中开始注入环境水利的设计理念,如有些堤防护坡采用草皮,依靠草皮良好的根系而使护坡具有一定的固土和抗冲能力,另外在水土保持工程、防止坡地雨水冲蚀等方面也有一些应用。但总体来说,生态护坡在水利工程中的应用尚处于试验和研究阶段。
3生态护坡方案的可行性
生态护坡能依靠植物良好的根系而使护坡具有一定的固土和抗冲能力,同时生态护坡具有造价低、能美化环境的独特效果,在国外已得到了广泛的应用,在国内也有一些应用。
茂渔川工程位于日本北海道惠庭市,是由日本冲谷实业有限公司1990年设计的,该工程的护坡结构同太浦河泵站进、出水渠(水生植物种植区域),种植的植物为千屈菜、黄昌蒲、千岁梅花藻和豆牟菜。该工程河流的正常流速为0.4m/s~1m/s,洪水时河流的流速达3m/s。工程运行至今已有近12年,固土和抗冲能力效果良好,且美化了环境。由于利用石头、砂子等天然材料的多孔性构造,通过水边绿化、设置生物的生长区域,保护了生物多样性,避免了材料的二次性环境污染问题,同时利用水生植物对水体自净能力,使水质得以改善。
卫运河生态护坡试验段工程位于卫运河祝屯闸下险工段内,长170m,是海河水利委员会利用土工织物与生物工程措施相结合的护岸工程试验研究段。试验段滩顶高程28.30m,河底高程18.63m,在高程24.00m处设宽1m的马道。马道以上的设计边坡为1:2.5,采用深栽柳护坡,柳树纵横株距均为1.5m,柳间栽爬根草;马道以下的设计边坡为1:2,采用土工织物排体护坡、护基,排体上面用混凝土预制块组成框格压载,在框格内填土、深栽柳,柳树纵横株距均为1.5m,柳间栽爬根草,其生态护坡剖面图见图1。该工程于1987年5月完工,经过两个汛期400m3/s流量的考验,目前框格内的草皮茂盛,且生长茂盛,柳树的成活率95%以上,护坡效果良好。
从以上国内外两个成功的工程实例可以看出,只要太浦河泵站的生态护坡结构设计和植物选择得当,生态护坡方案在太浦河泵站工程中是可行的。
图1卫运河生态护坡剖面图
4生态护坡试验与研究
4.1设计要点
太浦河泵站进、出水渠道除具有一般河道所具有的防洪、引排水和航运等功能外,它还具备与泵站有关的一些特点:太浦河泵站进出水渠为新开河道,进水渠为1级堤防,护坡应具备固土、抗冲能力,稳定要求较高;进、出水渠的地质条件不太理想,在堤底附近有一层较深厚的、呈流塑状的淤泥质粉质粘土,而堤顶与堤底高差最大达9.5m(进水渠);泵房的施工期较长(达18个月),地下水位又较高,给施工期的进、出水渠的稳定带来威胁(渠道中无水)。根据国内外生态护坡的成功经验,结合泵站进、出水渠的特点,生态护坡的设计原则如下:
(1)生态护坡应满足渠道功能和堤防的稳定要求,并降低工程造价;
(2)尽量减少刚性结构,增强护坡在视觉中“软效果”,美化工程环境;
(3)进行水文分析,确定水位变幅范围,结合植物调查结果,选择合适的植物;
(4)应设置多孔性构造,为生物提供一个安全的生长空间;
(5)尽量采用自然的材料,避免二次环境污染;
(6)布置时考虑人们的亲水要求。
4.2栽种植物的选择
在栽种植物以前,应首先进行工程区域的植被调查,然后根据植被调查结果,充分考虑到栽种植物与周边环境的协调、景观、安全性、地域适应性及生态平衡的问题,并按以下条件进行严格的选择:
(1)适合气候、气象条件的树种;
(2)土壤要求低;
(3)原有品种;
(4)抗病虫害能力强,对周围环境的危害性小;
(5)寿命或者效果发挥时间长;
(6)具有能够美化环景的效果;
(7)容易维护管理;
(8)具有市场性。
在现场选择完全满足上述条件的植物是困难的,但可选择适合于河畔生长的和具有适合工程实际和生长能力的植物。在充分调查太浦河两岸及苏州地区现有植被的基础上,经过认真论证,在水位变化区采用水生植物护坡,水生植物初选太浦河两岸常见的千屈菜、香蒲和黄昌蒲,马道以上喷植草坪护坡。
4.3生态护坡设计
根据渠道水位的变化范围,在渠道的不同坡段选用合适的植物,是生态护坡设计的一项重要内容。太浦河泵站工程的主要功能是在枯水年份向上海供水,其进出水渠生态护坡的设置高程应以不影响进出水渠的过水能力为前提,同时尽量确保硬性护坡的淹没时间最长,以提高工程的环境效益。
太浦河泵站进水池的设计运行水位为1.90m,此时进水渠入口水位为2.10m,考虑以高程1.90m作为分界,即进水渠高程-2.50m(渠底)至1.90m仍维持原浆砌块石护坡结构,高程1.90m以上至堤顶采用生态护坡。其中,高程1.90m至马道高程(包括马道)部分采用干砌块石加水生植物护坡,马道以上部分采用草皮护坡;泵站出水渠的最低运行水位为2.66m,设计水位为3.29m,最高运行水位为3.34m,根据有关文献介绍,国内3级堤防的临水侧均可采用草皮护坡,为确保边坡的抗冲稳定,考虑进、出水渠生态护坡景观的连续性,以高程2.60m作为分界,出水渠高程-1.80m(渠底)至2.60m仍采用原浆砌块石护坡结构,高程2.60m(包括马道)以上至堤顶采用生态护坡。其中,高程2.60m至马道高程(包括马道)部分采用干砌块石加水生植物护坡,马道以上部分采用草皮护坡。
生态护坡结构除满足泵站正常运行期的稳定要求和固土抗冲要求外,还应满足进、出水渠施工期的稳定要求,尤其是护坡的施工期渗透稳定。由于目前国内对生态护坡在工程中的应用尚处于试验与研究阶段,因此在生态护坡结构的设计中,参考了前述的日本茂渔川工程的护坡结构:在水生植物的种植区域护坡采用干砌块石加水生植物,具体做法是面层采用厚35cm的干砌块石,干砌块石下铺厚10cm的碎石垫层,在碎石与土坡的交接处铺设麻布一层,以形成反滤,确保施工期护坡的渗透稳定,;在面层干砌块石之间的缝隙内用土回灌后再种植水生植物(见图3)。草坪喷植的方法与国内常见的三维网垫法不同,它利用一种专用机械用一定的压力将草籽、粘结剂、养料和水的混合物喷洒在的护坡土表面,这种方法与三维网垫法相比,草坪更容易生长,且具有施工快、固土效果好、造价低等优点。
4.4生态护坡的稳定
进、出水渠护坡必须满足稳定的要求。稳定一般包括边坡的圆弧抗滑稳定、渗透稳定和抗冲刷稳定。
进、出水渠道的底宽是根据泵站设计流量的条件下,经技术经济比较并结合了水工模型试验的结果综合确定的,同时渠道应满足不冲、不淤流速的要求;进、出水渠马道的宽度和高程的设置以及边坡坡比,是根据堤防的抗滑稳定结合施工条件综合确定的。对泵站的进、出水渠护坡,原护坡采用浆砌块石结构,现部分改用生态护坡,经对边坡抗滑稳定计算分析,即在不改变原护坡的坡比和尺寸的前提下,生态护坡的边坡抗滑稳定仍能满足规范要求。
护坡的抗冲刷稳定也是护坡设计的一项重要内容。根据英国建筑工业研究与情报协会原型试验结果以及英国奈特龙公司的资料(图2),一般草皮的的抗冲刷的极限流速大于1m/s,而太浦河泵站的进、出水渠在设计水位情况下,最大流量300m3/s时渠道流速分别为0.82m/s、0.69m/s,均小于1m/s。又如前述的日本的茂渔川工程的实例,其护坡结构和选用的植物与太浦河泵站进、出水渠相似,洪水时河流的流速虽然高达3m/s,但生态护坡的固土抗冲效果良好。综上所述太浦河泵站生态护坡的抗冲刷稳定是能保证的。
4.5现场试验
为进一步验证生态护坡结构方案的可行性以及所选植物对太浦河泵站现场的适应性,在泵站工地进行了现场试验。试验段选择泵站下游亭子港堵坝临太浦河侧,边坡的坡比以及护坡的结构设计完全模拟出水渠,也就是说在水位变化区域采用干砌块石加水生植物,植物选用千屈菜和香蒲,水位变化区域以上采用草坪喷植(见图3),试验的面积为120m2。2001年10月14日进行水生植物种植和草皮喷植,10月16日、19日、24日和31日进行了四次人工洒水养护,10月31日拆除部分施工围堰以引入太浦河水,保持围堰内外水位的动态平衡。10月下旬,草坪喷植部分草籽开始发芽,11月上旬,水生植物部分长出新芽。随着气温的下降,从11月底起,水生植物逐渐枯萎,但草坪部分仍保持绿色。随着春天的来临,水生植物日渐发芽,成活率在95%以上。至2002年5月底6月初水生植物和草坪均基本长成,红花绿草,护坡工程很好地融入了周边的自然环境,试验段生态护坡的景观效应已初见成效。
从现场试验的情况看,水生植物选用千屈菜和香蒲(或黄昌蒲,两者习性相仿)以及喷植的草坪是能适应现场实际条件的,均能成活,生态护坡的结构是合适的,能满足护坡的稳定要求。由于千屈菜和香蒲/黄昌蒲是属于不耐寒的草本植物,因此在冬季基本枯萎,对工程的美观性有所降低,但天气转暖后,植物又会发芽。冬季水生植物虽然枯萎,但其良好的根系仍然起到固土和具有抗冲能力。
图3太浦河泵站生态护坡试验段护坡结构剖面图
4.6技术经济比较
对生态护坡部分进行生态护坡方案和浆砌块石护坡方案的投资比较,经投资估算,本工程进出水渠边坡采用生态护坡方案的工程投资约213万元,采用浆砌块石护坡方案投资约353万元,生态护坡方案可节约投资约140万元。
综上所述,生态护坡具有以下优点:
(1)克服了原浆砌块石护坡的呆板和生硬,使工程与自然统一;
(2)利用不同季节的植物的形状和颜色,可大大改善工程环境;
(3)避免采用非自然的材料,避免了二次环境污染;
(4)生态护坡满足了人们的亲水要求;
(5)因设置了多孔性构造,对生物的生长和水质起到了保护作用;
(6)工程造价相对较低。
从工程维护角度分析,浆砌块石护坡具有一次性投资、维护少等优点,但生态护坡一般在栽种后的一年内要进行一定补栽(一般为10%左右),在植物成活前要进行一定的养护,而后,植物主要是依靠自然的力量进行自然更新,通常情况下无需维护,所以维护工作量也不大。因此,尤其是人们越来越重视生态环境的今天,生态护坡在水利工程中具有广阔的应用前景。
5结语
太浦河泵站工程在护坡结构优化设计方面作了积极的尝试,引进了国外较为流行的生态护坡技术,有效地改善了泵站的环境效应。其以人为本、环境水利的设计理念和生态护坡的设计原则以及试验研究成果,可以作为今后类似工程的设计提供借鉴。
参考文献
[1]太浦河泵站初步设计修改报告·2000年6月(水利部上海勘测设计研究院)
[2]太浦河泵站工程进出水渠护坡结构优化设计报告·2002年1月(水利部上海勘测设计研究院上海市水利工程设计研究院)
[3]太浦河护岸咨询设计报告书·2001年6月(冲谷实业(深圳)有限公司)
防洪工程中的堤防、河道护坡是一项量大面广的基础设施,通过技术创新,来选择和确立兼顾防洪、生态和节约的工程护坡形式,是水利工程设计和防洪建设的一大课题。人们在追求人与自然和谐相处的条件下,对生态护坡的要求越来越高。防洪工程生态护坡建设应树立“尊重自然、恢复自然”的理念,使护坡工程与周围环境融为一体。现将以可持续发展的观点,就水利防洪工程生态护坡谈几点认识。
一、生态护坡是防洪工程的发展趋势
生态护坡是现阶段人们在对水环境要求越来越高、追求人与自然和谐相处的历史条件下,日益受到重视的。随着我国经济快速发展,生态与环境恶化日益加重,特别是严重的水污染引发了新的治水理念变革,为减少水质污染,与自然环境和景观相适应的新型生态护坡形式脱颖而出,生态护坡是防洪工程发展的必然趋势,对生态护坡的研究也不断深入。
二、生态护坡的内涵
生态护坡,是指“用活的植物,单独用植物或者植物与土木工程和非生命的植物材料相结合,以减轻坡面的不稳定性和侵蚀”,其途径与手段是利用植被进行坡面保护和侵蚀控制。目前,工程界更直观地把它称为“边坡绿化”。生态型护坡是以保护、创造生物良好的生存环境和自然景观为前提,在保证护坡具有一定强度、安全性和耐久性的同时,兼顾工程的环境效应和生物效应,以达到一种土体和生物相互涵养,适合生物生长的仿自然状态。
三、生态护坡的技术
我国生态护坡技术近期发展较快,形式多样的生态护坡技术已经在北京、上海、广州等经济较发达城市的河道整治过程中得到应用。目前采用的生态护坡技术主要有:植被草、水力喷播植草技术、土工材料固土种植基、植被型生态混凝土、水泥生态种植基等。虽然它们起源时不一定用于河道护坡和护岸结构方面,但在防洪护坡使用上可以借鉴和参考。下面介绍几种生态护坡技术:
(一)植物护坡。发达根系固土植物在水土保持方面有很好的效果,采用发达根系植物进行护坡固土,既可以达到固土保沙,防止水土流失,又可以满足生态环境的需要,还可以进行景观赏,在防洪工程护坡方面可以借鉴。城市河道用植物护坡也存在一些问题。护坡当年易被雨冲刷形成深沟,护坡效果差,影响景观。长期浸泡在水下、行洪流速超过3m/8的土堤迎水坡面和防洪重点地段(如河流弯道)不适宜植草护坡。
(二)土工材料固土种植基护坡。土工材料固土种植基可分为土工网垫固土种植基、土工单元固土种植基等多种形式。土工网垫固土种植基,主要由聚丙烯等高分子材料制成的网垫和种植土、籽等组成。固土网垫是由多层非拉伸网和双向拉伸平面网组成,在多层网的交接点经热熔后粘接,形成稳定的空间网垫。该网垫质地疏松、柔韧,有合适的高度和空间,可充填并存储土壤和沙粒。植物的根系可以穿过网孔均衡生长,长成后的草皮可使网垫、草皮、泥土表层牢固地结合在一起。另外,现在又出一种土工单元固土种植基,即利用聚丙烯、高密度聚乙烯等片状材料经热熔粘接成蜂窝状单元中填土植草达到固土护坡的作用。土工材料固土种植基护坡形式也可以采用混凝土、石笼等做成外框来增加坡面稳定性,虽然比单纯植物护坡抗雨水冲刷效果好一些,但还是难以抵御较大洪水侵蚀,还不能应用到堤防迎水坡面。
(三)植被型生态混凝土护坡植被。该型生态混凝土由多孔混凝土、保水材料、缓释肥料和表层土组成。多孔混凝土由粗骨料、水泥、适量的细掺和料组成,是植被型生态混凝土的骨架,具有较高透气性,在很大程度上保持了被保护土与空气间的湿、热交换能力。保水材料以有机质保水剂为主,并掺入无机保水剂混合使用,为植物提供必需的水分。表层土铺设于多孔混凝土表面,形成植被发芽空间,减少土中水分蒸发,提供植被发芽初期的养分,防止草生长初期混凝土表面过热。植被型生态混凝土对水流速具有较好的抗冲刷性能,上面的覆草具有缓冲性能。这种护坡受水位骤降的影响较小;在季节性寒冷地区,有利于排出和降低被保护土内含水量,减少冻害破坏。
四、防洪护坡创新中应重视的几个问题
(一)从政策上支持。长期的防洪护坡工程建设,人们已习惯于建设传统护坡。对于新技术和创新成果的推广,必然会遇到这样那样的阻力。因此,必须要有一定的政策支持,才能确保新一代护坡技术的广泛使用。
(二)既重视具体设计,又重视宏观视野。护坡设计看似简单,但要做出符合中国经济社会发展和时代要求的优秀方案,必须要将工程师、艺术家、经济师和环境保护部门的思维溶于一体。在具体设计中应对我国发展中应遵循的模式、能源消耗、矿产总量和污染排放处置等都要有一定的了解。
(三)重视科技创新。护坡是一种相对低技术含量的水利工程,如果大量引进采用国外产品,经济上极不合算。我国是一个治水历史悠久的国家,都江堰、灵渠、大运河等一批古代杰出水利工程都证明中国人具有无比的智慧。因此,我们要重视科技创新,充分调动水利科技工作者的积极性,开发出具有自主知识产权的新一代护坡产品。
(四)材料的创新是关键。河道堤防护坡工程建设耗废大量的块石、混凝土预制块或其他材料,其成本占工程总费用的比例大。因此,一定要重视护坡原材料、半成品生产的技术创新,加快开采、加工、运输各环节配套升级,制定既开放竞争、又保证规模生产的产业政策,将护坡工程技术发展的切入点定在半成品生产创新上。
(五)建设资源节约型护坡。受资源约束的矛盾日益突出,一些主要材料、能源、水、土地纷纷告缺,资源的利用和保护成为人民关注的焦点。1、重视可行性研究,减少硬化河道护坡。尽量避免河道混凝土护坡建后再拆,不如尽量少建或非工程措施解决,有些河段完全可以这样做。如:河岸凸凹不平,边坡土质抗冲刷能力强的河段;河岸滩较岸边坡平缓、植被生长良好的河段;土堤迎水坡在特大洪水年份也未发生浪坎等险情的河段。当然,硬化混凝土护坡对防洪来说是有利的,只有在工程措施和非工程措施上综合权衡利弊。对河道护坡工程进行科学、严谨的可行性研究,是实现资源节约的前提。2、开阔工程技术设计思路。采用何种形式的护坡来实现资源节约,仅从传统思想上进行优化创新这种可能性不大。必须开拓新的思路。首先,尽量减少可再生资源的使用量,其次考虑护坡的造价与使用年限。(1)尽量减少混凝土用量,优化采用天然石材,天然石材从经济及性能上看都具有优势。(2)提高预制混凝土构件的强度。强度提高了,可以阻止环境水的侵入,从而保证混凝土块的抗侵蚀性,增加了使用年限,使护坡的分摊成本小。
2水利水电工程施工中边坡开挖支护技术分析
在水利水电工程施工中实施边坡开挖支护工作时,先要对其进行监测。首先,要对边坡的安全性进行考察,主要是对边坡的内部进行断面布置的测试;其次,要开展爆破振动检测工作,充分利用衰减规律,测量爆破的振动频率,并据此来指导边坡开挖施工工作。另外,除了实施监测之外,还要开展物探工作。物探工作主要是对开挖过程中的边坡状态进行了解和分析,以调整边坡施工中的开挖技术,确保边坡施工的质量。在水利水电工程施工中,边坡支护施工控制技术具有重要的作用,通常而言,常用的几种边坡开挖支护控制技术有以下几种:第一种是浅层支护。浅层支护技术包含了排水孔、锚杆和喷混凝土等。在实施过程中,主要是利用全液压钻机来开挖边坡。进行钻孔。在安装锚杆的时候,则要先进行灌浆,然后再插杆实施开挖工作,但是需要注意的是,如果所开挖的岩层不够稳固,那么在施工的时候一定要先插杆再灌浆;第二种是深层支护方法。在边坡开挖工作中,深层支护工作必不可少,因而必须不断地创新和改进深层支护方法。在水利水电工程边坡开挖工程中,采用深层支护技术,一般是利用液压锚固钻机来进行锚索钻孔,通过导向仪器来调整钻孔,避免出现锚索钻孔出现偏斜的现象。在水利水电工程的边坡开挖支护施工中,还要做好钢筋网的铺设工作。当边坡受到地质灾害的破坏而坍塌时,就必须开展有效的钢筋网铺设工作,以加固边坡,使其更为安全。在输送钢筋网时,必须保证钢筋网与岩石层之间无缝隙,并且要将其与锚杆头进行焊接,以形成稳固的整体。除此之外,排水孔施工工作也是水利水电工程边坡开挖支护施工中的重要环节。边坡长时间的排水会削弱其稳固性,为此,可以利用永久排水孔来解决排水工作,开展支护施工。在喷混凝土的区域中,常常会使用永久性排水孔方法,能有效降低水压对边坡的影响。为保障排水效果,可在其内部添加排水盲材,以防止排水孔出现塌孔现象。
2影响边坡开挖和支护的因素
边坡支护结构的选择的正确与否直接反映边坡支护效果的好坏,然而由于影响边坡支护效果的因素太多,如何根据地质环境条件、边坡性质的特性选择正确的支护结构并不是一件简单的事,因此,在实际的边坡支护方案的选择过程中需要充分考虑边坡变形失稳机理、经济合理与可实施性,选择最合理的支护结构形式。
2.1地质条件
在边坡支护方案选择的考虑因素中,地质条件等相关因素是边坡稳定性分析和支护设计最基础、最重要的因素,直接影响支护的实际效果,因此在支护方案确定过程中,需要加强在这方面的考虑。所谓的地质条件,笼统地说包括地质构造、地形地貌、工程地质、水文地质及地表水等。其中地形地貌等相关影响因素是边坡稳定性的控制重要因素之一,同时也是边坡稳定性分析过程中,可以作为参考借鉴的宏观判断的重要依据。此外,地质构造等影响因素不仅影响边坡的地形地貌,更重要的是影响边坡岩体的力学性质,在一定程度上,地质构造决定着边坡变形失稳的机理,可能会导致陡倾岩体的倾倒破坏或者碎裂岩体危岩崩塌等危险发生。其次,水文地质及地表水等因素的影响,可能会使边坡土体软化和强度降低,降低软弱结构面的强度,因此支护结构必须和排水措施一并考虑,从而使边坡稳定性增强。
2.2变形失稳机理的考虑
除了地质因素决定的边坡固有特性之外,边坡的其他性质也是需要考虑的因素,比如说:坡高与坡比、边坡的使用年限;边坡是挖方边坡还是填方边坡或者是半挖半填边坡;以及边坡上方的附加荷载、是否有震动因素等。这些因素的存在都一定程度上影响边坡支护的设计方案的确定。此外,值得注意的一点是,边坡的支护的方案的选择很大程度上是根据边坡变形失稳机理的原理进行设计计算而确立的,然后根据边坡使用及周边环境特性,分别确定边坡重要性等级为一级、二级、三级,进而设计计算采用不同的边坡支护方案。然而不同的边坡其变形失稳机理有所不同,其变形失稳的主导因素也不尽相同。此外由于边坡稳定条件的影响因素太多,而且计算起来十分复杂,因此要想彻底搞清边坡的变形失稳机理是较为困难的,这也一定程度上制约着设计思路和支护形式的选择。因此,认清边坡产生变形失稳的类型十分重要。
3边坡开挖方式
3.1土质边坡的开挖方式
在开挖土质边坡修建水电站时,必须按照由上至下的施工顺序进行,且开挖时要要控制每一次削坡层在3米之内。在削坡结束之后需要使用反铲挖掘机对作业面进行削坡操作,并安排专业的施工人员进行修坡工作。在施工过程中还要加强检查力度。
3.2开挖岩质边坡的方法
开挖岩质边坡时我们一般采取钻爆法来进行开挖施工,按照从上到下进行开挖的顺序进行,爆破时采取毫秒微差梯段爆破的方法。
(1)分层开挖逐层爆破。依据设计的规定在开挖岩质边坡时应该采取分层的梯段爆破法,经过研究调查显示,我们要将开挖爆破的梯段控制在6米左右。由于岩质边坡一般是较薄的顺向的坡,开挖的坡角比岩层的倾角要大,一般开挖的切脚都不太大。
(2)台阶式分层爆破开挖。经过一定的开挖施工之后,边坡会受到各种不同的因素影响,这无形中就加大了支护的难度。由于岩层切脚、爆破以及上层岩层的作用,经常会导致滑塌现象产生。所以为了保证安全,我们必须采取分层爆破的方式来降低安全隐患。
(3)薄层爆破开挖。薄层爆破开挖距边坡12m内侧的岩体,开挖高度应该控制在3m左右。
4边坡开挖支护施工技术措施
4.1土锚杆支护
土锚杆施工技术在边坡支护的过程中,主要针对堆积体浅表以土质为主的坡面进行支护和加强,提高坡面的稳定性。其施工流程相对比较规范,然而施工质量的好坏也直接影响着边坡支护的实际效果,因此在土锚杆施工过程应明确操作步骤,严格按照施工流程,确保施工质量等级。
4.2铺设钢筋网
水利水电边坡施工中为了防止边坡岩体遇水后发生塌方、塌滑等地质灾害,在边坡破碎区应该选用挂钢筋网的方法提高边坡的稳定性。4.3喷混凝土施工
在一期支护工程中喷混凝土是一种常用的施工方法。喷射混凝土可以强化封闭开挖到位的边坡基面,可以减少边坡基面的基岩风化的机会。该施工方法普遍使用在放空洞出口边坡开挖、坝肩开挖、边坡开挖中,并取得了良好的效果。