沿海地區富水環境下邊坡支護工程施工中的技術創新與挑戰

摘 要：通過對題目背景的介紹，明確了研究的目的和意義。從實際工程應用出發，結合現有的研究成果，探討了在沿海地區富水環境下進行邊坡支護工程施工的技術難點和挑戰，并提出了一些解決方案。通過對實驗數據的分析和對比，得出了相應的結論和建議。

關鍵詞：沿海地區；富水環境；邊坡支護工程；技術創新與挑戰

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2024）09-0036-03

收稿日期：2024-03-19

▲基金項目：2024年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“沿海地區富水環境下的深基坑支護方案及其技術應用要點研究”（2024KY1923）

作者簡介：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、建筑結構設計與優化。

0 引言

在沿海地區進行工程建設時，面臨著許多特殊的挑戰，富水環境下邊坡支護工程的施工就是其中之一。邊坡支護工程的施工是確保沿海地區工程項目安全和穩定的關鍵環節，直接關系到人員的生命財產安全。然而沿海地區的特殊環境條件，如波浪、潮汐等因素，給邊坡支護工程的施工帶來了很大的技術挑戰。

1 沿海地區富水環境下邊坡支護工程施工技術難點

1.1 邊坡穩定性分析與預測

沿海地區的邊坡受到波浪、潮汐和海浪侵襲等因素的影響，其穩定性分析與預測成為邊坡支護工程施工的首要任務。然而，由于水文地質條件的復雜性和不確定性，邊坡穩定性分析面臨著很大的挑戰。傳統的穩定性分析方法往往難以考慮到水文地質因素的綜合影響，導致分析結果不準確。因此，需要開發新的穩定性分析方法，結合實際監測數據和數值模擬技術，提高邊坡穩定性分析的準確性和可靠性。

1.2 支護結構設計與施工

在沿海地區富水環境下進行邊坡支護工程施工時，支護結構的設計與施工成為另一個重要的技術難點。由于海洋環境的復雜性和不確定性，傳統的支護結構設計方法往往無法滿足實際需求。由于施工條件的限制，如水下施工、波浪干擾等，使支護結構的施工技術也面臨著挑戰。因此，需要創新性地設計合適的支護結構，并研究適應富水環境下的施工方法，以確保支護結構的穩定性和安全性[1]。

1.3 基坑排水與材料運輸

在沿海地區富水環境下進行邊坡支護工程施工時，基坑排水和材料運輸是另外兩個關鍵的技術難點。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。由于施工場地的特殊性，材料運輸也變得異常復雜。因此，需要開發高效的基坑排水技術和適應性強的材料運輸方案，以保障施工的順利進行。

1.4 環境保護與生態恢復

沿海地區是生態環境脆弱的地區，邊坡支護工程施工可能對周圍的生態環境造成一定的影響。因此，環境保護和生態恢復成為沿海地區邊坡支護工程施工的重要問題。減少對生態環境的破壞，并通過合理的生態恢復措施促進生態系統的健康發展，是一個需要深入研究的課題。

2 沿海地區特殊的巖土工程特性分析

2.1 土壤類型與特征

受潮汐和海浪的影響，海洋植物和動物的遺體、排泄物以及懸浮物等大量堆積于土壤中。這些有機物質會影響土壤的物理和化學特性，導致土壤的穩定性降低。沿海地區的土壤受到波浪和潮汐的沖刷和侵蝕，土壤顆粒容易發生流失，導致土壤容重增大、承載力下降。

波浪和潮汐的作用還會引起土壤顆粒的排列變化，形成層理結構，使土壤的均質性降低。沿海地區的土壤受到海水的浸潤和滲透，土壤中的含水量較高，飽和度較大。這會導致土壤的孔隙水壓力增大，降低土壤的抗剪強度，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量占總質量的比例。沿海地區的土壤由于受到海水的浸潤和滲透，含水量往往較高。高含水量會使土壤的孔隙水壓力增大，降低土壤的抗剪強度，加劇土體的塑性變形和沉降。因此，在邊坡支護工程施工前，需要對土壤的含水量進行準確的測定和分析，以評估土壤的工程性質和穩定性。

飽和度是指土壤中孔隙水的體積占總孔隙容積的比例。在沿海地區富水環境下，土壤中的飽和度往往較大。高飽和度會導致土壤的抗剪強度降低，增加邊坡的滑動和破壞的風險。因此，在邊坡支護工程施工中，需要對土壤的飽和度進行準確的測定和分析，以指導支護結構的設計和施工。

2.3 強度參數與變形特性分析

強度參數是指土壤的抗剪強度和抗壓強度等力學性質。在沿海地區富水環境下，土壤的強度參數往往較低，主要受到含水量和飽和度的影響。高含水量和飽和度會導致土壤的孔隙水壓力增大，降低土壤的抗剪強度和抗壓強度。因此，需要對土壤的強度參數進行準確的測定和分析，以評估土壤的穩定性和承載能力。

變形特性是指土壤在外力作用下發生的壓縮變形、剪切變形和滲流變形等特性。在沿海地區富水環境下，土壤的變形特性往往較為顯著。高含水量和飽和度會導致土壤的塑性變形和沉降加劇，對邊坡支護工程的穩定性產生不利影響。因此，在邊坡支護工程施工中，需要對土壤的變形特性進行準確的測定和分析，以指導支護結構的設計和施工。

3 邊坡穩定性分析

3.1 水文地質因素對邊坡的影響分析

地下水位是指地下水位于地表以下的深度。在沿海地區，由于潮汐和海水倒灌等因素的影響，地下水位通常較高。高地下水位會增加邊坡土體的飽和度，降低土體的抗剪強度，導致邊坡滑動和崩塌的風險增加。

孔隙水壓力是指土體中孔隙水所施加的壓力。在沿海地區富水環境下，土體中的孔隙水壓力較大。孔隙水壓力的增大會導致邊坡土體的有效應力降低，降低土體的抗剪強度，從而增加邊坡失穩的風險。

滲流是指水分在土體中的流動過程。在沿海地區富水環境下，土體的滲透性較高，水分容易從邊坡土體中滲透、滲流。滲流會引起土壤顆粒的流失和土體的沉降，導致邊坡的變形和破壞。

因此，在邊坡穩定性分析中，需要對水文地質因素進行綜合考慮，進行水文地質調查和監測，以獲取準確的地下水位、孔隙水壓力和滲流等數據，并結合邊坡土體的工程性質，進行穩定性分析和風險評估。

3.2 邊坡滑坡與崩塌風險評估

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，發生剪切破壞并沿滑面向下滑動的現象。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，發生整體破壞并向下坍塌的現象。邊坡滑坡和崩塌的發生與地質、水文地質、土壤力學等因素密切相關。

邊坡滑坡和崩塌是沿海地區邊坡支護工程施工中常見的失穩現象，具有較大的安全風險。因此，進行邊坡滑坡與崩塌的風險評估是非常必要的。

4 支護結構設計

4.1 擋土墻

擋土墻是一種常見的支護結構，可以有效抵抗邊坡的推力和滑動力。根據擋土墻的材料和結構形式的不同，可分為重力式擋土墻、鋼筋混凝土擋土墻和擋土墻樁等。擋土墻的優點是結構簡單、施工方便，適用于邊坡高度較低、土體穩定性較好的情況。

4.2 噴射深層樁

噴射深層樁是一種常用的支護結構，通過在邊坡土體內注入水泥漿來形成樁體，增加土體的強度和穩定性。噴射深層樁適用于邊坡高度較大、土體松散、抗剪強度較低的情況。它具有施工速度快、適應性強的優點，但對施工條件要求較高。

4.3 懸臂墻

懸臂墻是一種具有懸臂結構的支護墻體，通過在邊坡上設置支撐結構來抵抗邊坡的推力和滑動力。懸臂墻適用于邊坡高度較大、土體穩定性較差的情況。它具有結構靈活、適應性好的特點，但對支撐結構的設計和施工要求較高[2-4]。

4.4 錨固墻

錨固墻是一種通過鋼索或錨桿將邊坡土體與支護結構錨固在一起的支護結構。錨固墻適用于邊坡高度較大、土體抗剪強度較低的情況。它能夠有效提高邊坡的整體穩定性，但對錨固結構的設計和施工要求較高。

5 施工方法優化

5.1 材料運輸與基坑排水技術優化

5.1.1 材料運輸優化

傳統的材料運輸方式通常是通過陸路運輸，但在沿海地區由于地形復雜和水域交通發達，可以考慮利用水路運輸來優化材料的運輸。通過在沿海地區設立臨時碼頭或使用浮動裝置，可以直接將材料從水路運輸到施工現場，減少了陸路運輸的時間和成本。此外，還可以采用集裝箱式運輸，將材料直接裝入集裝箱中，便于運輸和裝卸，提高施工效率。

5.1.2 基坑排水技術優化

常見的基坑排水技術是使用井點和排水管道進行排水。優化的方法包括選擇合適的井點位置和排水管道布置，確?；觾鹊姆e水能夠及時排出。還可以采用現代化的排水設備，如電動排水泵等，提高排水效率。

基坑排水技術還可以利用地下水位下降來實現排水。通過在基坑周圍設置抽水井，降低地下水位，使基坑內部的水能夠逐漸排出。這種技術需要對地下水的流動性進行準確的分析和預測，確保排水效果。

5.2 鋼筋混凝土澆筑技術優化

5.2.1 澆筑順序優化

鋼筋混凝土澆筑的順序在一定程度上決定了結構的整體性能。優化澆筑順序可以提高施工效率和質量。常見的優化方法是采用分段澆筑的方式，將較大的結構分成若干個小段進行澆筑。這樣可以減少混凝土的溫度差異和收縮變形，提高結構的整體穩定性。

5.2.2 澆筑工藝優化

鋼筋混凝土澆筑過程中的一些工藝參數也可以進行優化。例如，可以采用高效的自流平混凝土，減少施工過程中的手工操作，提高澆筑的均勻性和密實性。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滲性能。

5.3 施工質量與效率控制

5.3.1 施工質量控制

施工質量的控制包括對材料、工藝和施工過程的嚴格監控。要對材料的質量進行檢驗和核實，確保其符合相應的標準和要求。要對施工工藝進行控制，保證施工過程的規范和合理性。要進行施工過程的質量檢查和驗收，及時發現和糾正問題，確保施工質量符合設計要求[5]。

5.3.2 施工效率控制

施工效率的控制包括對施工進度和資源利用的優化。通過合理的施工計劃和進度安排，可以提高施工的效率和生產力。要合理配置施工人員和設備，提高資源的利用率和效益。還可以采用先進的施工方法和技術，如預制構件的使用和機械化施工等，提高施工效率。

6 創新技術手段應用

6.1 新型材料在邊坡支護中的應用

聚合物材料在邊坡支護中的應用具有很大的潛力。聚合物材料具有輕質、高強度、耐腐蝕等特點，可以用于制作邊坡支護結構的加固材料。例如，聚醚酮樹脂與玻璃纖維增強材料組成的復合材料，可以制作成加筋板或加筋帶，用于增加邊坡支護結構的承載能力和抗震能力。

納米材料在邊坡支護中的應用也具有巨大的潛力。納米材料具有尺寸效應和表面效應，可以改善材料的力學性能和耐久性。例如，納米氧化硅可以用于改善土壤的抗剪強度和穩定性，納米氧化鋁可以用于改善鋼筋混凝土的耐久性和抗滲性能。

復合材料在邊坡支護中的應用也具有廣闊的前景。復合材料由兩種或多種不同材料組成，通過相互作用可以獲得優異的性能。例如，碳纖維增強聚合物復合材料具有高強度、輕質和耐腐蝕等特點，可以應用于邊坡支護結構的加固和修復。

6.2 無人機技術在邊坡監測與施工中的應用

無人機可以進行邊坡的三維建模和測量。通過搭載攝像頭、激光雷達等設備，其可以對邊坡進行全方位的影像采集和數據獲取。這些數據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。

無人機可以進行邊坡的變形監測。利用無人機的高精度定位和遙感技術，可以實時獲取邊坡表面的位移數據，便于人們分析邊坡的變形狀態和趨勢。這有助于及時發現邊坡的變形預警和風險隱患，采取相應的措施進行治理和加固。

無人機還可以用于邊坡支護工程的施工監測。通過無人機對施工現場的拍攝和監測，可以實時了解施工進度和質量，發現問題并及時調整施工方案。無人機還可以用于材料的運輸和裝卸，提高施工效率和安全性。

6.3 其他創新技術在沿海地區邊坡支護工程中的應用

自動監測與預警系統可以實時監測邊坡的變形和運動狀態，并通過預警系統及時發出警報。這項技術利用傳感器和數據采集設備，將邊坡的變形數據上傳至監測中心，對邊坡的安全性進行實時監控。

數字化設計與施工技術可以提高邊坡支護工程的效率和質量。通過建立邊坡支護工程的數字模型，可以對施工過程進行仿真和優化，避免施工風險和錯誤，提高工程的整體效果和安全性。

7 結束語

沿海地區富水環境下邊坡支護工程的技術創新面臨一些挑戰，但通過新型材料的應用和無人機技術的使用等創新方法，可以有效提高工程的穩定性、安全性和施工效率。進一步研究和探索將為沿海地區邊坡支護工程的發展提供更多的機遇和挑戰。

參考文獻

[1] 雷延翠.淺談高邊坡支護工程施工技術[J].水上安全，2023（12）：163-165.

[2] 吳衛.基于土木工程施工中的邊坡支護技術分析[J].四川建材，2023，49（9）：155-157.

[3] 蔡田園.建筑工程邊坡支護技術[J].石材，2023（2）：39-41.

[4] 胡巧藝，周紹維.北江某船閘工程深基坑邊坡支護施工技術研究[J].工程技術研究，2022，7（16）：74-76.

[5] 許婷華.青島沿海地區深基坑支護施工方案優化與質量控制研究[D].青島：中國海洋大學，2006.