大型灌区渠道供水期的边坡防护技术

赵海亮

(甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心,甘肃 景泰 730400)

我国自古以来便是农业大国,在我国广大的土地上大量优秀企业、合作社及个人终身致力于农业生产开发项目,在农产品种植中不容忽视的因素之一便是水源,水源是否充足直接影响着农作物的产量,而灌溉渠道建设直接关系到农作物灌溉的质量水平,做好渠道建设与养护工作则是我国农业发展的重中之重。

1 灌区渠道滑坡的成因分析

1.1 人为因素

人为因素指的是渠道建设在设计过程中存在的由于人工疏忽和计算误差而导致的问题。部分渠道在设计过程中由于坡度过高,造成渠道的稳定性较差,一定程度上增加了渠道的承载力,一旦渠道不能承担工程建设的自身重量,以及灌溉期间的水流重量,水流重量大于渠道的最大承载负荷,则极易造成滑坡现象。与此同时,若要保证水渠能够承载灌溉阶段的水流,在设计阶段需要预留一部分机动空间,提升水渠承载力。在夏季汛期水流过大时,能起到一定的缓冲作用,保证了水渠的完整性和安全性。

工程建设施工中存在明显的质量问题。一旦工程设计标准较低,建筑质量问题便首当其冲,部分建设者盲目缩减成本,工程中出现以次充好、敷衍了事的现象。亦或是施工工艺不恰当,也会增加滑坡出现的风险。施工人员由于人为等因素,在提前设计规划测量过程中,未能测算出水渠最大承载力；或在图纸设计方案中,未能有效设计出应急响应预案,都是灌区产生渠道滑坡的主要因素。

1.2 自然因素

1.2.1 地质条件不良

我国土地面积广袤,不同地理位置的地质条件具有差异性,其主要原因是地质结构、岩石类型不同,进而产生的化学形式也有所差异。不同质地的岩石在防汛抗洪期间产生的效果也大不相同。如，密度较高、质地较紧密的岩石,十分坚硬,抗剪强度也更加理想,受到降水、风化、低温的影响较小。这类岩石组成的斜坡具有较好的抗降水能力、抗冲刷能力。而岩石质地较为松软、土壤含量较多的斜坡,在强降水环境影响下则极易出现滑坡和泥石流。

1.2.2 降水与地下水影响

我国大部分地区四季变化分明,或旱季、雨季的自然变化,都是造成水利工程渠道滑坡的重要影响因素。当岩石中渗透了大量的雨水,岩石中的含水量随之增加,自身的重量也在不断提升,这就造成渠道自身承受的重量不断提升,一旦超过渠道可承受的最大抗剪度,极易出现泥石流、滑坡等自然灾害。

1.2.3 地质灾害

近年来,我国北方地区出现地质灾害的比重正在逐年增加,如地震这种影响范围较广的地质灾害,对水渠的影响十分严重；地壳的震动会使土壤和岩石之间出现不同程度的缝隙,在暴雨的渗透下更会加剧灌区渠道的崩塌现象；而滑坡与地震相比影响程度较浅,但也会造成水渠损毁现象。

2 不同形式边坡治理措施

2.1 生态护坡

根据特殊的地质、地形条件种植植物。对于坡度较缓的地区,可以选择新型土工合成材料,为植物根系生长创建良好的生长条件,植物根系嵌入土壤,逐渐将其联系成一个整体,在雨水侵袭、冲刷等情况下形成植物保护层,能够有效防止水土流失现象,促进植物生长等。适用于坡度较缓的一个或几个坡面的边坡防护,同时还有助于生态恢复。

主要施工过程包括平整坡面(根据地形设置美观、平整的坡面及分块)、开沟槽、铺设新型土工合成材料、打锚钉固定、覆土、播种等。在选择植物的过程中需要综合选择草种,保证草种适应本地的土质特点,将草本、灌木、藤本等互相混合,使绿化建设环境与气候、水文、自然环境等相结合,选定播种物料之后经过试验配比,将植物均匀地种植在水渠周围的防护坡中,依靠植物自身的特点在土壤下方形成一片根茎网,大面积固定在土壤内部,不仅能提高土壤的硬度,也能有效改善水渠周围的土壤酸碱度。

2.2 喷射混凝土和喷浆边坡防护

喷浆边坡防护一般运用于高墩桥梁、公路的模板支撑体系及部分岩石松动不稳定的渠道边坡防护施工中,并且还会用到大型的施工材料起吊机械设施。在目前的施工环节中,工程施工单位可以选择液压装置来控制施工起吊设备,运用专门的提升机具来完成吊装与运送施工材料的步骤。对于支撑杆装置以及千斤顶在进行全面的安装处理时,务必保证按照正确的施工机械安装操作顺序进行,并且将卷扬机运用于滑模施工的处理过程中。如果有必要进行垂直运输操作,则需要用到吊笼、井字架与卷扬机设备。

2.3 生态混凝土护坡

利用当地人文环境、历史渊源及区域经济发展模式,结合文化宣传及地方特色等,可打造出通过宣传带动当地老百姓脱贫致富的新型护坡形式。

2.3.1 测量放样

在对渠道、蓄水池及其它水利设施进行参数设计中,将各个控制点与中心线的控制点相联系,使用测量仪器确定控制点,设置边线控制点,进而找到横向与纵向的中心线。

2.3.2 坡面平整

根据控制点进行施工放样,然后人工对坡面进行整平,保证坡面设计与建设效果凭证兼顾,符合设计与建设需求。

2.3.3 基础混凝土浇筑

基础混凝土浇筑前使用机械开挖,地基的底部选择人工或机械夯实的技术,浇筑C20混凝土,基础尺寸不宜过大,一般设置为1.0m×1.0m。

混凝土浇筑的基本要点在于工程模板处理,施工人员必须按照翻模施工的基本实施步骤来进行操作,严格控制翻模施工的时间长度,确保施工模板系统具有良好的坚固性。施工人员对于起吊机械设施应予以合理的利用,避免由于施工模板坠落而造成施工人员受到严重的人身安全伤害。同时,施工人员对于混凝土等关键工程施工材料应当严格控制材料质量,运用翻模施工工艺来实现保证渠道工程良好使用性能的效果。

2.3.4 生态混凝土浇筑

浇筑方法和框格与普通混凝土基本一样,生态混凝土浇筑厚度较薄,可为150mm。

现场严格按照配比拌制,由于生态砼保水性好,本工程拟采用JGZR350自落式搅拌机,用翻斗车运至现场滑槽滑至框格内。但由于硬化速度快,从砼拌制到入仓成型时间不宜过长,保证在混凝土凝固之前建成符合标准的渠道结构。

2.3.5 浆砌片石护坡

2.3.5.1 施工方法

当水渠建设在坡脚位置出现变形情况,而上半部分的岩体或土体对着坡度逐渐向下运动,边坡位置的稳定性和安全性都缺少必要的保障,坡面的坡度越大,这段路面的危险系数也在不断增加。在坡度不断增加的情况下,坡顶与坡面之间产生的作用力也在逐渐增加,岩土下落产生的不良影响也就越大。当坡面的角度增加时,坡脚位置的作用力逐渐明显,对坡面的稳定性影响也十分明显。所以,确保坡顶和坡脚的夹角处在一个相对合理的区间能对岩体的下沉起到有效的抑制作用。

施工部门目前需要重点培训施工人员掌握信息化软件的基本特征以及软件操作要点,利用计算机云技术和遥感技术全方位监测施工过程,保证施工的准确性,运用信息化手段来控制施工过程。在三维模型的支撑下,施工人员对于立体化的水渠直观外部结构可以详细进行观察,便于施工人员判断水渠结构的各个施工处理难点,有助于工程施工人员妥善安排相应的施工操作环节。因此,在现代化的抗汛防洪工作中,合理运用科学技术能极大提高施工人员的工作效率和准确性,施工部门针对信息化手段应当灵活运用于水渠建设中。

通过比较各种护坡方法,生态护坡方法的生态效益较为明显,生态养护机制建设的单次投资成本较少,但是后期的浇灌、施肥等工作需要大量的资金注入和人力资源。尤其在北方地区,冬季气候寒冷,连续生长的周期短。喷射混凝土和喷浆边坡防护及浆砌片石护坡方法在实施过程中消耗成本较大,也需要大量的人力资源进行施工和维护。但是后期的养护成本较低,在我国众多水利建设中实施比重较大。

2.3.5.2 土工模带护坡

土工模带护坡是一种基于土工模袋技术发展而来的护坡形式。土工模带在实际应用过程中需要利用双层聚合化纤合成材料生产连续带状成品或单独成品。双层聚合化纤合成材料是20世纪70年代由国外引进的新型材料,而土工合成材料应用则是近年来经过技术人员深入研究并完善后所形成的新型技术,该技术经过实践验证后具备较强的可行性,由此被广泛应用于各大工程之中。

模袋混凝土在实际应用过程中需要将混凝土或水泥砂浆进行充分拌制,随后利用高压泵将混凝土或水泥砂浆材料压入模袋内部,利用模带内部吊筋袋及吊筋绳对模带混凝土成型后的厚度进行调控,待其凝固。模带混凝土成型后具备一定强度,在实际应用过程中主要布置于大型河流、湖泊护坡工程建设中,部分护岸、港湾及码头等水利工程在实际建设过程中也会应用模袋混凝土。该技术的优势主要包含以下几点。

施工过程中便利性较强。模袋混凝土在实际应用过程中可以一次成型,最大限度地减少施工工序流程以及人力资源消耗。

适用性较为广泛。从实际施工案例总结可知,该技术完全可以满足各大水利工程护坡建设要求,尤其是部分工程施工环境较为复杂以及存在特殊施工要求的工程建设中,如深水护岸、护底等工程,在技术实际应用过程中可以跳过围堰构建流程直接进行水下作业工序。同时，该技术在应用过程中要求使用机械化施工方式,护坡面积较大且稳定性较强,使用寿命远超于普通护坡。

模带透水性较强。模带材料本身具备良好的透水性,在实际作业过程中模袋内部灌注的混凝土或水泥砂浆材料中所蕴藏的水分会逐渐沿模袋缝隙渗出,进一步提升混凝土材料凝固速度,最终实现提升混凝土抗压能力的目的。

依据材质及加工方式差异性,可以将模袋划分为机制模袋和简易模袋2种形式。在考虑反滤排水点以及成型后的外观条件下,机制模带可划分为5种不同的形式以应对不同的使用要求。表1为不同模袋类型及主要适用范围。该技术在实际应用中应注意的要点环节在于施工开始前对模袋进行查验,避免出现无法填充的情况,导致模袋混凝土护坡建设过程中出现空位,影响护坡建设质量以及应用效果。

表1 不同类型模带及适用范围

3 结束语

边坡防护技术在我国灌区工程建设中的重要性不言而喻,做好边坡防护技术能够提升我国灌区的建设质量。有关部门不仅要创新我国的边坡防护技术,也要充分学习国外先进的理论技术,将二者相融合,整理出一套适合我国汛情特点的防护技术。国家及各地防洪抗汛指导小组不仅要对汛期的预防工作做好安排,也要在边坡防护方面做好应急预案。因此,在工程建设推进的过程中需要保证各项工作的顺利开展,严格按照国家的相关规定实施建设,优先增强地基强度和承载力,提升工程的安全系数,增强渠道周围的建筑安全性及稳定性,进而获得更为丰厚的经济效益。