風(fēng)電工程施工過程中的邊坡防護(hù)

王 娟，郭夢(mèng)京，王成鵬，陳 明，李在卿

(1.北京天潤(rùn)新能投資有限公司，北京 100029；2.西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710048)

我國(guó)大部分國(guó)土屬于山地丘陵地區(qū)，地形起伏大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖體易破碎，而風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)多建在易發(fā)生水土流失的山地與丘陵地區(qū)。為了減少水土流失，在建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)過程中需要在風(fēng)機(jī)平臺(tái)、道路等周圍同時(shí)實(shí)施各種水土流失防治措施。通常風(fēng)電工程水土流失防治分區(qū)主要分為風(fēng)電機(jī)組區(qū)、升壓站區(qū)、集電線路區(qū)、交通道路區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)、棄渣場(chǎng)區(qū)。六個(gè)分區(qū)里涉及最多的水土流失防治措施是邊坡防護(hù)。邊坡防護(hù)可以有效地減少水土流失，保持邊坡的穩(wěn)定，防止滑坡[1-2]。

邊坡防護(hù)的形式眾多，包括漿砌片石護(hù)坡、拱形骨架護(hù)坡、掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)坡、掛網(wǎng)噴播生態(tài)護(hù)坡等[3-5]。風(fēng)電工程邊坡防護(hù)形式的選擇需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件和成本預(yù)算而定。通常，依據(jù)邊坡的巖土性質(zhì)(介質(zhì)材料)，可將邊坡防護(hù)形式分為土質(zhì)邊坡、巖質(zhì)邊坡與巖土混合邊坡三種[6]。若邊坡防護(hù)的形式選擇不合理或者實(shí)施不到位，則可能造成成本的大幅增加及建設(shè)場(chǎng)地嚴(yán)重的水土流失，破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境[7]。因此，選擇合適的邊坡防護(hù)措施對(duì)于減少風(fēng)電工程施工引起的水土流失具有重要的意義。本文系統(tǒng)總結(jié)了不同地質(zhì)條件下邊坡防護(hù)的種類、適用條件和施工要點(diǎn)，期望能夠?yàn)轱L(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過程中的邊坡防護(hù)措施選擇提供參考。

1 土質(zhì)邊坡防護(hù)

土質(zhì)邊坡可以分為黏性土質(zhì)邊坡、碎石類邊坡、黃土類邊坡。傳統(tǒng)的土質(zhì)邊坡防護(hù)主要有圬工防護(hù)、綜合防護(hù)、植物防護(hù)三種。圬工防護(hù)作坡面防護(hù)時(shí)一般分為干砌石與漿砌石兩種(圖1)，干砌石防護(hù)造價(jià)低廉，但需要邊坡自身具有一定的穩(wěn)定性，對(duì)于不穩(wěn)定的邊坡采用干砌石進(jìn)行防護(hù)易造成滑移等現(xiàn)象[8]。漿砌片石防護(hù)是一種永久性的工程防護(hù)措施，適用于各種土質(zhì)邊坡，但工程造價(jià)較高，且不如植物護(hù)坡視覺效果好，對(duì)于風(fēng)電工程適用性不強(qiáng)。綜合防護(hù)主要是指骨架植物防護(hù)(如拱形、混凝土預(yù)制塊等)，適用于砂石材料缺乏的地區(qū)，且適用于坡度小于45°、防護(hù)坡長(zhǎng)不超過15 m的邊坡。在骨架內(nèi)植草，既美化了邊坡，也利于草種的生長(zhǎng)(圖2)。骨架植物護(hù)坡在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)面臨一些問題，如在草長(zhǎng)大前，當(dāng)降雨較大時(shí)道路上方聚集的雨水可能會(huì)沖刷骨架內(nèi)的回填土，易掏空骨架，使骨架整體失去平衡，引起骨架滑移破壞[7]。為了提高骨架植草護(hù)坡的作用，施工人員可采取人工干預(yù)(如灌溉、施肥)加快草的生長(zhǎng)，使其盡快發(fā)揮保水、固土的作用。另外，施工方必須保證骨架的施工質(zhì)量，增大邊坡底部對(duì)骨架的支撐。目前，國(guó)內(nèi)骨架植物防護(hù)多用于高標(biāo)準(zhǔn)公路的建設(shè)，在風(fēng)電工程建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用較少。

圖1 圬工防護(hù)類型

圖2 綜合護(hù)坡

在三種常用的土質(zhì)坡面防護(hù)措施中，植物護(hù)坡(圖3)是風(fēng)電工程施工過程中最常用的一種護(hù)坡方式。植物防護(hù)不僅造價(jià)低廉、施工工藝簡(jiǎn)單，而且防護(hù)效果較好，可以在短時(shí)間內(nèi)有效加固邊坡，減少坡面的水土流失。此外，植物在邊坡上生長(zhǎng)若干年后可以形成一個(gè)植物綠化群體，具有自然生長(zhǎng)和演替的功能，從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)的邊坡防護(hù)作用[9-10]。目前國(guó)內(nèi)常采用的植物護(hù)坡形式主要包括種草、鋪草皮和植樹。種草時(shí)應(yīng)注重選擇根系發(fā)達(dá)、固土效果好的草種，且要適合當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)和氣候條件。鋪草皮具有施工簡(jiǎn)單、見效快、施工季節(jié)限制少等優(yōu)點(diǎn)。但是草皮的前期養(yǎng)護(hù)和管理困難，新鋪草皮易受各種自然災(zāi)害和病蟲害的影響，實(shí)際施工過程中常常達(dá)不到預(yù)期的邊坡防護(hù)效果[11-12]。植樹可以增加降水入滲、降低坡面水流的流速，植物的根系在土體中的延伸可以對(duì)邊坡土壤起到固結(jié)的作用。但是植樹造價(jià)高、見效慢且前期養(yǎng)護(hù)較困難。綜合比較而言，植草護(hù)坡是目前風(fēng)電工程土質(zhì)邊坡防護(hù)中最常用，也是最有效的一種防護(hù)方式。但是，在一些干旱、嚴(yán)寒或鹽堿化嚴(yán)重的地區(qū)，植物通常無法生存，植草護(hù)坡無法應(yīng)用。

圖3 植草護(hù)坡

植草防護(hù)施工過程中要注意以下幾點(diǎn)[13-14]：①進(jìn)行作業(yè)面清理。清除作業(yè)面內(nèi)雜物及石塊，對(duì)坡面進(jìn)行清理、平整，對(duì)坡面轉(zhuǎn)角處及坡頂?shù)睦饨沁M(jìn)行修正，放坡與凹陷部位必須修正，對(duì)土質(zhì)松軟坡面進(jìn)行人工夯實(shí)。②挖掘橫向種植槽。邊坡清理完畢后，對(duì)于要進(jìn)行施工的坡面每隔一定距離開一條橫向槽，用于草種的播種。③草種的選擇。可選擇幾種適宜當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的草種進(jìn)行混合播種，以冷季草和暖季草搭配為宜。選擇的草種應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：多年生，可有效防止野生雜草的入侵，發(fā)芽快、生長(zhǎng)旺盛、耐干旱，扎根性及固土性強(qiáng)，能有效防止水土流失。④做好覆蓋。鋪設(shè)覆蓋物主要是為減少邊坡表面水分蒸發(fā)，給種子發(fā)芽和生長(zhǎng)提供一個(gè)較濕潤(rùn)的環(huán)境；緩沖坡面溫度，避免已萌發(fā)種子和幼苗因溫度變化過大而受到傷害；減緩雨水的沖擊，預(yù)防草長(zhǎng)成前邊坡被雨水沖刷。施工過程中，施工人員應(yīng)采用無紡布或者密目網(wǎng)對(duì)植完草的邊坡進(jìn)行覆蓋，覆蓋物應(yīng)鋪設(shè)牢固且與坡面接觸緊密，防止風(fēng)吹而發(fā)生脫落現(xiàn)象。

2 巖質(zhì)邊坡防護(hù)

巖質(zhì)邊坡，按巖體強(qiáng)度不同可分為硬巖邊坡、軟巖邊坡和風(fēng)化巖邊坡等。按施工的特點(diǎn)可以將巖質(zhì)邊坡防護(hù)分為簡(jiǎn)單防護(hù)、封面防護(hù)、掛網(wǎng)防護(hù)三種類型[15]。

簡(jiǎn)單防護(hù)主要是指在邊坡坡腳種植攀援植物。攀援植物具有很強(qiáng)的攀附性能，可有效減緩地表徑流對(duì)坡面的沖刷，減少路基的水土流失。攀援植物若種類選擇得當(dāng)、栽植方式正確、栽植季節(jié)恰當(dāng)、栽植種類多樣化，就會(huì)以較少的投入達(dá)到很好的坡面防護(hù)效果[4-5]。目前，國(guó)內(nèi)風(fēng)電項(xiàng)目常采用的攀援植物為爬山虎，品種單一，綠化效果差。建議在我國(guó)的植物寶庫(kù)中甄選其他攀援植物，并嘗試將攀援植物與其他種類植物進(jìn)行搭配種植，增強(qiáng)綠化和防護(hù)效果。

封面防護(hù)主要應(yīng)用于石質(zhì)邊坡且?guī)r體易破碎的地段，這些地段通常坡度較大、巖質(zhì)較差、坡面巖石易風(fēng)化[16-17]。封面防護(hù)可以有效地防止高陡石質(zhì)邊坡墜石，提高邊坡巖體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗變形剛度，以減少側(cè)向變形，增加邊坡穩(wěn)定性。封面防護(hù)的種類主要包括對(duì)邊坡進(jìn)行抹面、噴射混凝土防護(hù)、干砌片石防護(hù)和漿砌片石防護(hù)等。相較于簡(jiǎn)單的坡面防護(hù)，封面防護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的封閉性和耐用性，但缺點(diǎn)是成本高且缺乏美觀性，會(huì)對(duì)植被恢復(fù)造成永久性破壞。

掛網(wǎng)防護(hù)主要有主動(dòng)防護(hù)與被動(dòng)防護(hù)兩種(圖4)。主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)是以鋼絲繩網(wǎng)為主的各類柔性網(wǎng)覆蓋、包裹在所需防護(hù)的邊坡上，以限制坡面巖石土體的風(fēng)化剝落或者巖石的崩塌，或?qū)⒙涫刂朴谝欢ǚ秶鷥?nèi)運(yùn)動(dòng)[18]。被動(dòng)防護(hù)由鋼絲繩網(wǎng)、固定系統(tǒng)、減壓環(huán)和鋼柱四個(gè)主要部分構(gòu)成，具有良好的柔性和攔截強(qiáng)度，可吸收和分散傳遞落石的沖擊動(dòng)能。同時(shí)，被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)在設(shè)計(jì)上還采用了消能環(huán)，使得系統(tǒng)的抗沖擊能力得到進(jìn)一步增強(qiáng)。兩種掛網(wǎng)防護(hù)措施都具有高柔性、高防護(hù)強(qiáng)度、工期短和易鋪展的特點(diǎn)，適用于任何坡面地形[19]。但是，掛網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)常偏于保守，使得構(gòu)件性能未得到充分發(fā)揮，易造成材料浪費(fèi)，或者局部構(gòu)件不能滿足均衡化要求。目前，掛網(wǎng)防護(hù)在風(fēng)電工程施工項(xiàng)目中應(yīng)用較少。綜合比較而言，種植攀援植物是目前風(fēng)電工程石質(zhì)邊坡防護(hù)中最常用的一種邊坡防護(hù)方式。但對(duì)于坡度大、巖體穩(wěn)定性差的地段，宜采用封面防護(hù)或掛網(wǎng)防護(hù)。為了增加封面防護(hù)、掛網(wǎng)防護(hù)的美觀性，可以在坡底或坡頂種植攀援植物，起到裝飾和綠化的作用。

圖4 掛網(wǎng)防護(hù)

3 巖土混合邊坡

巖土混合邊坡是一種特殊的地質(zhì)體，一般是指上部為土層、下部為巖層的邊坡，或者巖層與土層交互分布的邊坡。這類邊坡的穩(wěn)定性較差，雨季土體含水量高時(shí)極易發(fā)生滑坡風(fēng)險(xiǎn)。目前，巖土混合邊坡常見的防護(hù)措施包括掛網(wǎng)噴播和工程加固兩種方式[20]，其中工程加固又可分為支擋加固、鋪桿或土釘加固及注漿加固等方式。掛網(wǎng)噴播作為一項(xiàng)兼顧邊坡防護(hù)和環(huán)保功能于一體的生態(tài)防護(hù)措施，具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便和美觀等優(yōu)點(diǎn)，但其防護(hù)效果不如工程防護(hù)措施好(圖5)。支擋加固是邊坡防護(hù)中比較可靠、有效的一種方式。支擋加固主要是通過抗滑樁及擋墻來保持混合邊坡的穩(wěn)定性。鋪桿或土釘加固是通過在土體內(nèi)鋪設(shè)支撐物來保持坡面的穩(wěn)定性，而注漿加固方式主要是利用膠結(jié)作用原理使注漿體對(duì)巖石體起到良好的膠結(jié)作用, 也就是對(duì)一些破碎的邊坡巖體進(jìn)行整合, 使其形成一個(gè)整體，增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性[18]。邊坡工程防護(hù)形式的選擇要因地制宜，綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、施工工藝的復(fù)雜性及經(jīng)濟(jì)因素等。

圖5 掛網(wǎng)噴播防護(hù)

4 結(jié) 語

風(fēng)電工程在施工過程中不可避免地會(huì)形成大量的裸露邊坡，若不及時(shí)采取防護(hù)措施，這些裸露的邊坡在風(fēng)力、重力等因素的長(zhǎng)期作用下會(huì)變得不穩(wěn)定，造成水土流失或滑坡，給周邊人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成不利影響。從風(fēng)電工程建設(shè)的角度出發(fā)，對(duì)不同巖質(zhì)邊坡的防護(hù)形式及施工要點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，討論了不同邊坡防護(hù)措施的優(yōu)缺點(diǎn)。但是，由于工程施工現(xiàn)場(chǎng)比較復(fù)雜，因此邊坡防護(hù)形式的選擇一定要因地制宜，應(yīng)多種邊坡防護(hù)措施配合使用，從而提高邊坡的穩(wěn)定性，有效減少水土流失。