沿海地区富水环境下边坡支护工程施工中的技术创新与挑战

摘 要：通过对题目背景的介绍，明确了研究的目的和意义。从实际工程应用出发，结合现有的研究成果，探讨了在沿海地区富水环境下进行边坡支护工程施工的技术难点和挑战，并提出了一些解决方案。通过对实验数据的分析和对比，得出了相应的结论和建议。

关键词：沿海地区；富水环境；边坡支护工程；技术创新与挑战

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2024）09-0036-03

收稿日期：2024-03-19

▲基金项目：2024年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目“沿海地区富水环境下的深基坑支护方案及其技术应用要点研究”（2024KY1923）

作者简介：赵祖儿（1986—），女，甘肃酒泉人，本科，副教授，研究方向：建筑与土木工程、建筑结构设计与优化。

0 引言

在沿海地区进行工程建设时，面临着许多特殊的挑战，富水环境下边坡支护工程的施工就是其中之一。边坡支护工程的施工是确保沿海地区工程项目安全和稳定的关键环节，直接关系到人员的生命财产安全。然而沿海地区的特殊环境条件，如波浪、潮汐等因素，给边坡支护工程的施工带来了很大的技术挑战。

1 沿海地区富水环境下边坡支护工程施工技术难点

1.1 边坡稳定性分析与预测

沿海地区的边坡受到波浪、潮汐和海浪侵袭等因素的影响，其稳定性分析与预测成为边坡支护工程施工的首要任务。然而，由于水文地质条件的复杂性和不确定性，边坡稳定性分析面临着很大的挑战。传统的稳定性分析方法往往难以考虑到水文地质因素的综合影响，导致分析结果不准确。因此，需要开发新的稳定性分析方法，结合实际监测数据和数值模拟技术，提高边坡稳定性分析的准确性和可靠性。

1.2 支护结构设计与施工

在沿海地区富水环境下进行边坡支护工程施工时，支护结构的设计与施工成为另一个重要的技术难点。由于海洋环境的复杂性和不确定性，传统的支护结构设计方法往往无法满足实际需求。由于施工条件的限制，如水下施工、波浪干扰等，使支护结构的施工技术也面临着挑战。因此，需要创新性地设计合适的支护结构，并研究适应富水环境下的施工方法，以确保支护结构的稳定性和安全性[1]。

1.3 基坑排水与材料运输

在沿海地区富水环境下进行边坡支护工程施工时，基坑排水和材料运输是另外两个关键的技术难点。由于含水量高和潮汐变化等因素的影响，基坑排水工作面临着很大的困难。由于施工场地的特殊性，材料运输也变得异常复杂。因此，需要开发高效的基坑排水技术和适应性强的材料运输方案，以保障施工的顺利进行。

1.4 环境保护与生态恢复

沿海地区是生态环境脆弱的地区，边坡支护工程施工可能对周围的生态环境造成一定的影响。因此，环境保护和生态恢复成为沿海地区边坡支护工程施工的重要问题。减少对生态环境的破坏，并通过合理的生态恢复措施促进生态系统的健康发展，是一个需要深入研究的课题。

2 沿海地区特殊的岩土工程特性分析

2.1 土壤类型与特征

受潮汐和海浪的影响，海洋植物和动物的遗体、排泄物以及悬浮物等大量堆积于土壤中。这些有机物质会影响土壤的物理和化学特性，导致土壤的稳定性降低。沿海地区的土壤受到波浪和潮汐的冲刷和侵蚀，土壤颗粒容易发生流失，导致土壤容重增大、承载力下降。

波浪和潮汐的作用还会引起土壤颗粒的排列变化，形成层理结构，使土壤的均质性降低。沿海地区的土壤受到海水的浸润和渗透，土壤中的含水量较高，饱和度较大。这会导致土壤的孔隙水压力增大，降低土壤的抗剪强度，并引起土体的塑性变形和沉降。

2.2 含水量与饱和度分析

含水量是指土壤中所含水分的质量占总质量的比例。沿海地区的土壤由于受到海水的浸润和渗透，含水量往往较高。高含水量会使土壤的孔隙水压力增大，降低土壤的抗剪强度，加剧土体的塑性变形和沉降。因此，在边坡支护工程施工前，需要对土壤的含水量进行准确的测定和分析，以评估土壤的工程性质和稳定性。

饱和度是指土壤中孔隙水的体积占总孔隙容积的比例。在沿海地区富水环境下，土壤中的饱和度往往较大。高饱和度会导致土壤的抗剪强度降低，增加边坡的滑动和破坏的风险。因此，在边坡支护工程施工中，需要对土壤的饱和度进行准确的测定和分析，以指导支护结构的设计和施工。

2.3 强度参数与变形特性分析

强度参数是指土壤的抗剪强度和抗压强度等力学性质。在沿海地区富水环境下，土壤的强度参数往往较低，主要受到含水量和饱和度的影响。高含水量和饱和度会导致土壤的孔隙水压力增大，降低土壤的抗剪强度和抗压强度。因此，需要对土壤的强度参数进行准确的测定和分析，以评估土壤的稳定性和承载能力。

变形特性是指土壤在外力作用下发生的压缩变形、剪切变形和渗流变形等特性。在沿海地区富水环境下，土壤的变形特性往往较为显著。高含水量和饱和度会导致土壤的塑性变形和沉降加剧，对边坡支护工程的稳定性产生不利影响。因此，在边坡支护工程施工中，需要对土壤的变形特性进行准确的测定和分析，以指导支护结构的设计和施工。

3 边坡稳定性分析

3.1 水文地质因素对边坡的影响分析

地下水位是指地下水位于地表以下的深度。在沿海地区，由于潮汐和海水倒灌等因素的影响，地下水位通常较高。高地下水位会增加边坡土体的饱和度，降低土体的抗剪强度，导致边坡滑动和崩塌的风险增加。

孔隙水压力是指土体中孔隙水所施加的压力。在沿海地区富水环境下，土体中的孔隙水压力较大。孔隙水压力的增大会导致边坡土体的有效应力降低，降低土体的抗剪强度，从而增加边坡失稳的风险。

渗流是指水分在土体中的流动过程。在沿海地区富水环境下，土体的渗透性较高，水分容易从边坡土体中渗透、渗流。渗流会引起土壤颗粒的流失和土体的沉降，导致边坡的变形和破坏。

因此，在边坡稳定性分析中，需要对水文地质因素进行综合考虑，进行水文地质调查和监测，以获取准确的地下水位、孔隙水压力和渗流等数据，并结合边坡土体的工程性质，进行稳定性分析和风险评估。

3.2 边坡滑坡与崩塌风险评估

边坡滑坡是指边坡土体在受到外力作用或其他因素影响下，发生剪切破坏并沿滑面向下滑动的现象。边坡崩塌是指边坡土体在受到外力作用或其他因素影响下，发生整体破坏并向下坍塌的现象。边坡滑坡和崩塌的发生与地质、水文地质、土壤力学等因素密切相关。

边坡滑坡和崩塌是沿海地区边坡支护工程施工中常见的失稳现象，具有较大的安全风险。因此，进行边坡滑坡与崩塌的风险评估是非常必要的。

4 支护结构设计

4.1 挡土墙

挡土墙是一种常见的支护结构，可以有效抵抗边坡的推力和滑动力。根据挡土墙的材料和结构形式的不同，可分为重力式挡土墙、钢筋混凝土挡土墙和挡土墙桩等。挡土墙的优点是结构简单、施工方便，适用于边坡高度较低、土体稳定性较好的情况。

4.2 喷射深层桩

喷射深层桩是一种常用的支护结构，通过在边坡土体内注入水泥浆来形成桩体，增加土体的强度和稳定性。喷射深层桩适用于边坡高度较大、土体松散、抗剪强度较低的情况。它具有施工速度快、适应性强的优点，但对施工条件要求较高。

4.3 悬臂墙

悬臂墙是一种具有悬臂结构的支护墙体，通过在边坡上设置支撑结构来抵抗边坡的推力和滑动力。悬臂墙适用于边坡高度较大、土体稳定性较差的情况。它具有结构灵活、适应性好的特点，但对支撑结构的设计和施工要求较高[2-4]。

4.4 锚固墙

锚固墙是一种通过钢索或锚杆将边坡土体与支护结构锚固在一起的支护结构。锚固墙适用于边坡高度较大、土体抗剪强度较低的情况。它能够有效提高边坡的整体稳定性，但对锚固结构的设计和施工要求较高。

5 施工方法优化

5.1 材料运输与基坑排水技术优化

5.1.1 材料运输优化

传统的材料运输方式通常是通过陆路运输，但在沿海地区由于地形复杂和水域交通发达，可以考虑利用水路运输来优化材料的运输。通过在沿海地区设立临时码头或使用浮动装置，可以直接将材料从水路运输到施工现场，减少了陆路运输的时间和成本。此外，还可以采用集装箱式运输，将材料直接装入集装箱中，便于运输和装卸，提高施工效率。

5.1.2 基坑排水技术优化

常见的基坑排水技术是使用井点和排水管道进行排水。优化的方法包括选择合适的井点位置和排水管道布置，确保基坑内的积水能够及时排出。还可以采用现代化的排水设备，如电动排水泵等，提高排水效率。

基坑排水技术还可以利用地下水位下降来实现排水。通过在基坑周围设置抽水井，降低地下水位，使基坑内部的水能够逐渐排出。这种技术需要对地下水的流动性进行准确的分析和预测，确保排水效果。

5.2 钢筋混凝土浇筑技术优化

5.2.1 浇筑顺序优化

钢筋混凝土浇筑的顺序在一定程度上决定了结构的整体性能。优化浇筑顺序可以提高施工效率和质量。常见的优化方法是采用分段浇筑的方式，将较大的结构分成若干个小段进行浇筑。这样可以减少混凝土的温度差异和收缩变形，提高结构的整体稳定性。

5.2.2 浇筑工艺优化

钢筋混凝土浇筑过程中的一些工艺参数也可以进行优化。例如，可以采用高效的自流平混凝土，减少施工过程中的手工操作，提高浇筑的均匀性和密实性。还可以使用新型的防水剂和掺合料，提高混凝土的耐久性和抗渗性能。

5.3 施工质量与效率控制

5.3.1 施工质量控制

施工质量的控制包括对材料、工艺和施工过程的严格监控。要对材料的质量进行检验和核实，确保其符合相应的标准和要求。要对施工工艺进行控制，保证施工过程的规范和合理性。要进行施工过程的质量检查和验收，及时发现和纠正问题，确保施工质量符合设计要求[5]。

5.3.2 施工效率控制

施工效率的控制包括对施工进度和资源利用的优化。通过合理的施工计划和进度安排，可以提高施工的效率和生产力。要合理配置施工人员和设备，提高资源的利用率和效益。还可以采用先进的施工方法和技术，如预制构件的使用和机械化施工等，提高施工效率。

6 创新技术手段应用

6.1 新型材料在边坡支护中的应用

聚合物材料在边坡支护中的应用具有很大的潜力。聚合物材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点，可以用于制作边坡支护结构的加固材料。例如，聚醚酮树脂与玻璃纤维增强材料组成的复合材料，可以制作成加筋板或加筋带，用于增加边坡支护结构的承载能力和抗震能力。

纳米材料在边坡支护中的应用也具有巨大的潜力。纳米材料具有尺寸效应和表面效应，可以改善材料的力学性能和耐久性。例如，纳米氧化硅可以用于改善土壤的抗剪强度和稳定性，纳米氧化铝可以用于改善钢筋混凝土的耐久性和抗渗性能。

复合材料在边坡支护中的应用也具有广阔的前景。复合材料由两种或多种不同材料组成，通过相互作用可以获得优异的性能。例如，碳纤维增强聚合物复合材料具有高强度、轻质和耐腐蚀等特点，可以应用于边坡支护结构的加固和修复。

6.2 无人机技术在边坡监测与施工中的应用

无人机可以进行边坡的三维建模和测量。通过搭载摄像头、激光雷达等设备，其可以对边坡进行全方位的影像采集和数据获取。这些数据可以用于生成边坡的三维模型，便于人们了解边坡的几何形状和变形情况。

无人机可以进行边坡的变形监测。利用无人机的高精度定位和遥感技术，可以实时获取边坡表面的位移数据，便于人们分析边坡的变形状态和趋势。这有助于及时发现边坡的变形预警和风险隐患，采取相应的措施进行治理和加固。

无人机还可以用于边坡支护工程的施工监测。通过无人机对施工现场的拍摄和监测，可以实时了解施工进度和质量，发现问题并及时调整施工方案。无人机还可以用于材料的运输和装卸，提高施工效率和安全性。

6.3 其他创新技术在沿海地区边坡支护工程中的应用

自动监测与预警系统可以实时监测边坡的变形和运动状态，并通过预警系统及时发出警报。这项技术利用传感器和数据采集设备，将边坡的变形数据上传至监测中心，对边坡的安全性进行实时监控。

数字化设计与施工技术可以提高边坡支护工程的效率和质量。通过建立边坡支护工程的数字模型，可以对施工过程进行仿真和优化，避免施工风险和错误，提高工程的整体效果和安全性。

7 结束语

沿海地区富水环境下边坡支护工程的技术创新面临一些挑战，但通过新型材料的应用和无人机技术的使用等创新方法，可以有效提高工程的稳定性、安全性和施工效率。进一步研究和探索将为沿海地区边坡支护工程的发展提供更多的机遇和挑战。

参考文献

[1] 雷延翠.浅谈高边坡支护工程施工技术[J].水上安全，2023（12）：163-165.

[2] 吴卫.基于土木工程施工中的边坡支护技术分析[J].四川建材，2023，49（9）：155-157.

[3] 蔡田园.建筑工程边坡支护技术[J].石材，2023（2）：39-41.

[4] 胡巧艺，周绍维.北江某船闸工程深基坑边坡支护施工技术研究[J].工程技术研究，2022，7（16）：74-76.

[5] 许婷华.青岛沿海地区深基坑支护施工方案优化与质量控制研究[D].青岛：中国海洋大学，2006.