大型灌區(qū)渠道供水期的邊坡防護技術(shù)

趙海亮

(甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心,甘肅 景泰 730400)

我國自古以來便是農(nóng)業(yè)大國,在我國廣大的土地上大量優(yōu)秀企業(yè)、合作社及個人終身致力于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開發(fā)項目,在農(nóng)產(chǎn)品種植中不容忽視的因素之一便是水源,水源是否充足直接影響著農(nóng)作物的產(chǎn)量,而灌溉渠道建設(shè)直接關(guān)系到農(nóng)作物灌溉的質(zhì)量水平,做好渠道建設(shè)與養(yǎng)護工作則是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重中之重。

1 灌區(qū)渠道滑坡的成因分析

1.1 人為因素

人為因素指的是渠道建設(shè)在設(shè)計過程中存在的由于人工疏忽和計算誤差而導致的問題。部分渠道在設(shè)計過程中由于坡度過高,造成渠道的穩(wěn)定性較差,一定程度上增加了渠道的承載力,一旦渠道不能承擔工程建設(shè)的自身重量,以及灌溉期間的水流重量,水流重量大于渠道的最大承載負荷,則極易造成滑坡現(xiàn)象。與此同時,若要保證水渠能夠承載灌溉階段的水流,在設(shè)計階段需要預留一部分機動空間,提升水渠承載力。在夏季汛期水流過大時,能起到一定的緩沖作用,保證了水渠的完整性和安全性。

工程建設(shè)施工中存在明顯的質(zhì)量問題。一旦工程設(shè)計標準較低,建筑質(zhì)量問題便首當其沖,部分建設(shè)者盲目縮減成本,工程中出現(xiàn)以次充好、敷衍了事的現(xiàn)象。亦或是施工工藝不恰當,也會增加滑坡出現(xiàn)的風險。施工人員由于人為等因素,在提前設(shè)計規(guī)劃測量過程中,未能測算出水渠最大承載力；或在圖紙設(shè)計方案中,未能有效設(shè)計出應急響應預案,都是灌區(qū)產(chǎn)生渠道滑坡的主要因素。

1.2 自然因素

1.2.1 地質(zhì)條件不良

我國土地面積廣袤,不同地理位置的地質(zhì)條件具有差異性,其主要原因是地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石類型不同,進而產(chǎn)生的化學形式也有所差異。不同質(zhì)地的巖石在防汛抗洪期間產(chǎn)生的效果也大不相同。如，密度較高、質(zhì)地較緊密的巖石,十分堅硬,抗剪強度也更加理想,受到降水、風化、低溫的影響較小。這類巖石組成的斜坡具有較好的抗降水能力、抗沖刷能力。而巖石質(zhì)地較為松軟、土壤含量較多的斜坡,在強降水環(huán)境影響下則極易出現(xiàn)滑坡和泥石流。

1.2.2 降水與地下水影響

我國大部分地區(qū)四季變化分明,或旱季、雨季的自然變化,都是造成水利工程渠道滑坡的重要影響因素。當巖石中滲透了大量的雨水,巖石中的含水量隨之增加,自身的重量也在不斷提升,這就造成渠道自身承受的重量不斷提升,一旦超過渠道可承受的最大抗剪度,極易出現(xiàn)泥石流、滑坡等自然災害。

1.2.3 地質(zhì)災害

近年來,我國北方地區(qū)出現(xiàn)地質(zhì)災害的比重正在逐年增加,如地震這種影響范圍較廣的地質(zhì)災害,對水渠的影響十分嚴重；地殼的震動會使土壤和巖石之間出現(xiàn)不同程度的縫隙,在暴雨的滲透下更會加劇灌區(qū)渠道的崩塌現(xiàn)象；而滑坡與地震相比影響程度較淺,但也會造成水渠損毀現(xiàn)象。

2 不同形式邊坡治理措施

2.1 生態(tài)護坡

根據(jù)特殊的地質(zhì)、地形條件種植植物。對于坡度較緩的地區(qū),可以選擇新型土工合成材料,為植物根系生長創(chuàng)建良好的生長條件,植物根系嵌入土壤,逐漸將其聯(lián)系成一個整體,在雨水侵襲、沖刷等情況下形成植物保護層,能夠有效防止水土流失現(xiàn)象,促進植物生長等。適用于坡度較緩的一個或幾個坡面的邊坡防護,同時還有助于生態(tài)恢復。

主要施工過程包括平整坡面(根據(jù)地形設(shè)置美觀、平整的坡面及分塊)、開溝槽、鋪設(shè)新型土工合成材料、打錨釘固定、覆土、播種等。在選擇植物的過程中需要綜合選擇草種,保證草種適應本地的土質(zhì)特點,將草本、灌木、藤本等互相混合,使綠化建設(shè)環(huán)境與氣候、水文、自然環(huán)境等相結(jié)合,選定播種物料之后經(jīng)過試驗配比,將植物均勻地種植在水渠周圍的防護坡中,依靠植物自身的特點在土壤下方形成一片根莖網(wǎng),大面積固定在土壤內(nèi)部,不僅能提高土壤的硬度,也能有效改善水渠周圍的土壤酸堿度。

2.2 噴射混凝土和噴漿邊坡防護

噴漿邊坡防護一般運用于高墩橋梁、公路的模板支撐體系及部分巖石松動不穩(wěn)定的渠道邊坡防護施工中,并且還會用到大型的施工材料起吊機械設(shè)施。在目前的施工環(huán)節(jié)中,工程施工單位可以選擇液壓裝置來控制施工起吊設(shè)備,運用專門的提升機具來完成吊裝與運送施工材料的步驟。對于支撐桿裝置以及千斤頂在進行全面的安裝處理時,務(wù)必保證按照正確的施工機械安裝操作順序進行,并且將卷揚機運用于滑模施工的處理過程中。如果有必要進行垂直運輸操作,則需要用到吊籠、井字架與卷揚機設(shè)備。

2.3 生態(tài)混凝土護坡

利用當?shù)厝宋沫h(huán)境、歷史淵源及區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展模式,結(jié)合文化宣傳及地方特色等,可打造出通過宣傳帶動當?shù)乩习傩彰撠氈赂坏男滦妥o坡形式。

2.3.1 測量放樣

在對渠道、蓄水池及其它水利設(shè)施進行參數(shù)設(shè)計中,將各個控制點與中心線的控制點相聯(lián)系,使用測量儀器確定控制點,設(shè)置邊線控制點,進而找到橫向與縱向的中心線。

2.3.2 坡面平整

根據(jù)控制點進行施工放樣,然后人工對坡面進行整平,保證坡面設(shè)計與建設(shè)效果憑證兼顧,符合設(shè)計與建設(shè)需求。

2.3.3 基礎(chǔ)混凝土澆筑

基礎(chǔ)混凝土澆筑前使用機械開挖,地基的底部選擇人工或機械夯實的技術(shù),澆筑C20混凝土,基礎(chǔ)尺寸不宜過大,一般設(shè)置為1.0m×1.0m。

混凝土澆筑的基本要點在于工程模板處理,施工人員必須按照翻模施工的基本實施步驟來進行操作,嚴格控制翻模施工的時間長度,確保施工模板系統(tǒng)具有良好的堅固性。施工人員對于起吊機械設(shè)施應予以合理的利用,避免由于施工模板墜落而造成施工人員受到嚴重的人身安全傷害。同時,施工人員對于混凝土等關(guān)鍵工程施工材料應當嚴格控制材料質(zhì)量,運用翻模施工工藝來實現(xiàn)保證渠道工程良好使用性能的效果。

2.3.4 生態(tài)混凝土澆筑

澆筑方法和框格與普通混凝土基本一樣,生態(tài)混凝土澆筑厚度較薄,可為150mm。

現(xiàn)場嚴格按照配比拌制,由于生態(tài)砼保水性好,本工程擬采用JGZR350自落式攪拌機,用翻斗車運至現(xiàn)場滑槽滑至框格內(nèi)。但由于硬化速度快,從砼拌制到入倉成型時間不宜過長,保證在混凝土凝固之前建成符合標準的渠道結(jié)構(gòu)。

2.3.5 漿砌片石護坡

2.3.5.1 施工方法

當水渠建設(shè)在坡腳位置出現(xiàn)變形情況,而上半部分的巖體或土體對著坡度逐漸向下運動,邊坡位置的穩(wěn)定性和安全性都缺少必要的保障,坡面的坡度越大,這段路面的危險系數(shù)也在不斷增加。在坡度不斷增加的情況下,坡頂與坡面之間產(chǎn)生的作用力也在逐漸增加,巖土下落產(chǎn)生的不良影響也就越大。當坡面的角度增加時,坡腳位置的作用力逐漸明顯,對坡面的穩(wěn)定性影響也十分明顯。所以,確保坡頂和坡腳的夾角處在一個相對合理的區(qū)間能對巖體的下沉起到有效的抑制作用。

施工部門目前需要重點培訓施工人員掌握信息化軟件的基本特征以及軟件操作要點,利用計算機云技術(shù)和遙感技術(shù)全方位監(jiān)測施工過程,保證施工的準確性,運用信息化手段來控制施工過程。在三維模型的支撐下,施工人員對于立體化的水渠直觀外部結(jié)構(gòu)可以詳細進行觀察,便于施工人員判斷水渠結(jié)構(gòu)的各個施工處理難點,有助于工程施工人員妥善安排相應的施工操作環(huán)節(jié)。因此,在現(xiàn)代化的抗汛防洪工作中,合理運用科學技術(shù)能極大提高施工人員的工作效率和準確性,施工部門針對信息化手段應當靈活運用于水渠建設(shè)中。

通過比較各種護坡方法,生態(tài)護坡方法的生態(tài)效益較為明顯,生態(tài)養(yǎng)護機制建設(shè)的單次投資成本較少,但是后期的澆灌、施肥等工作需要大量的資金注入和人力資源。尤其在北方地區(qū),冬季氣候寒冷,連續(xù)生長的周期短。噴射混凝土和噴漿邊坡防護及漿砌片石護坡方法在實施過程中消耗成本較大,也需要大量的人力資源進行施工和維護。但是后期的養(yǎng)護成本較低,在我國眾多水利建設(shè)中實施比重較大。

2.3.5.2 土工模帶護坡

土工模帶護坡是一種基于土工模袋技術(shù)發(fā)展而來的護坡形式。土工模帶在實際應用過程中需要利用雙層聚合化纖合成材料生產(chǎn)連續(xù)帶狀成品或單獨成品。雙層聚合化纖合成材料是20世紀70年代由國外引進的新型材料,而土工合成材料應用則是近年來經(jīng)過技術(shù)人員深入研究并完善后所形成的新型技術(shù),該技術(shù)經(jīng)過實踐驗證后具備較強的可行性,由此被廣泛應用于各大工程之中。

模袋混凝土在實際應用過程中需要將混凝土或水泥砂漿進行充分拌制,隨后利用高壓泵將混凝土或水泥砂漿材料壓入模袋內(nèi)部,利用模帶內(nèi)部吊筋袋及吊筋繩對模帶混凝土成型后的厚度進行調(diào)控,待其凝固。模帶混凝土成型后具備一定強度,在實際應用過程中主要布置于大型河流、湖泊護坡工程建設(shè)中,部分護岸、港灣及碼頭等水利工程在實際建設(shè)過程中也會應用模袋混凝土。該技術(shù)的優(yōu)勢主要包含以下幾點。

施工過程中便利性較強。模袋混凝土在實際應用過程中可以一次成型,最大限度地減少施工工序流程以及人力資源消耗。

適用性較為廣泛。從實際施工案例總結(jié)可知,該技術(shù)完全可以滿足各大水利工程護坡建設(shè)要求,尤其是部分工程施工環(huán)境較為復雜以及存在特殊施工要求的工程建設(shè)中,如深水護岸、護底等工程,在技術(shù)實際應用過程中可以跳過圍堰構(gòu)建流程直接進行水下作業(yè)工序。同時，該技術(shù)在應用過程中要求使用機械化施工方式,護坡面積較大且穩(wěn)定性較強,使用壽命遠超于普通護坡。

模帶透水性較強。模帶材料本身具備良好的透水性,在實際作業(yè)過程中模袋內(nèi)部灌注的混凝土或水泥砂漿材料中所蘊藏的水分會逐漸沿模袋縫隙滲出,進一步提升混凝土材料凝固速度,最終實現(xiàn)提升混凝土抗壓能力的目的。

依據(jù)材質(zhì)及加工方式差異性,可以將模袋劃分為機制模袋和簡易模袋2種形式。在考慮反濾排水點以及成型后的外觀條件下,機制模帶可劃分為5種不同的形式以應對不同的使用要求。表1為不同模袋類型及主要適用范圍。該技術(shù)在實際應用中應注意的要點環(huán)節(jié)在于施工開始前對模袋進行查驗,避免出現(xiàn)無法填充的情況,導致模袋混凝土護坡建設(shè)過程中出現(xiàn)空位,影響護坡建設(shè)質(zhì)量以及應用效果。

表1 不同類型模帶及適用范圍

3 結(jié)束語

邊坡防護技術(shù)在我國灌區(qū)工程建設(shè)中的重要性不言而喻,做好邊坡防護技術(shù)能夠提升我國灌區(qū)的建設(shè)質(zhì)量。有關(guān)部門不僅要創(chuàng)新我國的邊坡防護技術(shù),也要充分學習國外先進的理論技術(shù),將二者相融合,整理出一套適合我國汛情特點的防護技術(shù)。國家及各地防洪抗汛指導小組不僅要對汛期的預防工作做好安排,也要在邊坡防護方面做好應急預案。因此,在工程建設(shè)推進的過程中需要保證各項工作的順利開展,嚴格按照國家的相關(guān)規(guī)定實施建設(shè),優(yōu)先增強地基強度和承載力,提升工程的安全系數(shù),增強渠道周圍的建筑安全性及穩(wěn)定性,進而獲得更為豐厚的經(jīng)濟效益。