水利水電工程施工中的邊坡開挖與支護(hù)技術(shù)

李 濤

（青州市水利建筑總公司，山東 青州 262500）

0 引言

從國家地理角度可以看出，我國水資源區(qū)域分布并不均衡，在我國西北地區(qū)的水資源嚴(yán)重匱乏，而東南區(qū)域的水資源則極為豐富，水利水電工程的修建能夠妥善解決水資源分布不均勻的問題，為西北地區(qū)供應(yīng)水資源，改善西北地區(qū)人民群眾的生活條件，促進(jìn)西北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。在水利水電工程項(xiàng)目施工過程中邊坡開挖支護(hù)技術(shù)的妥善應(yīng)用，能夠提升項(xiàng)目工程施工質(zhì)量，最大化水利水電工程的經(jīng)濟(jì)效益[2]。但邊坡開挖支護(hù)技術(shù)在具體應(yīng)用過程中極易受到地質(zhì)、環(huán)境等多重因素的影響，為此需要提升邊坡開挖支護(hù)技術(shù)應(yīng)用水平，改良水利水電工程的應(yīng)用技術(shù)[3]。

1 邊坡開挖支護(hù)技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

水利水電工程項(xiàng)目是我國重點(diǎn)的民生工程項(xiàng)目，為了提升我國的水電資源綜合利用效率，國家需要大力興建水利水電工程項(xiàng)目，有效緩解我國水資源緊缺的現(xiàn)狀，妥善解決國內(nèi)現(xiàn)存的重大民生問題。水利水電工程項(xiàng)目在進(jìn)行開挖作業(yè)過程中，工作人員需要根據(jù)施工現(xiàn)場的圖紙情況選擇開挖技術(shù)方法。在進(jìn)行土質(zhì)邊坡開挖過程中，項(xiàng)目施工人員需要根據(jù)施工圖紙要求開挖深度設(shè)置開挖分層厚度，借助反鏟挖掘機(jī)作業(yè)裝置進(jìn)行作業(yè)[4]。

2 案例工程概述

該案例工程邊坡開挖設(shè)計(jì)深度的最大值為120m，但案例工程項(xiàng)目實(shí)際開挖值達(dá)到140m，為了確保案例工程邊坡的穩(wěn)定性，對(duì)于支護(hù)作業(yè)進(jìn)行調(diào)整，利用支護(hù)技術(shù)對(duì)于邊坡中極易塌方的區(qū)域進(jìn)行處理。本次案例工程設(shè)計(jì)的邊坡開挖工程量見表1。

表1 案例工程邊坡開挖工程量

3 邊坡開挖與支護(hù)技術(shù)在水利水電案例工程的應(yīng)用

3.1 準(zhǔn)備階段

3.1.1 施工現(xiàn)場準(zhǔn)備階段

水利水電工程項(xiàng)目只有做好準(zhǔn)備工作，才能確保后續(xù)施工環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量。1）項(xiàng)目施工人員需要根據(jù)項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)要求確定項(xiàng)目施工范圍與場地。為該水利水電案例工程的施工人員需要提前做好“四通一平”的項(xiàng)目施工準(zhǔn)備工作，確保每項(xiàng)的施工環(huán)節(jié)開展前都能做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，加強(qiáng)項(xiàng)目施工活動(dòng)開展的主動(dòng)性。2）水利水電案例工程需要根據(jù)自身的設(shè)計(jì)需求以及具體施工內(nèi)容配置相應(yīng)的施工技術(shù)人員與管理人員，實(shí)現(xiàn)施工任務(wù)在具體崗位的有效落實(shí)，明確不同施工人員的崗位職責(zé)。此外為了確保案例工程施工的安全性，需要借助邊坡安全系數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，如公式（1）和公式（2）所示。

式中：c為巖土體真實(shí)的黏聚力；φ為內(nèi)摩擦角；c'為折減后的黏聚力；φ'為內(nèi)摩擦角；F為折減系數(shù)。

3.1.2 截水溝施工

在邊坡開挖活動(dòng)開展前，需要測量案例工程項(xiàng)目的開挖線，同時(shí)在開挖線的2m 區(qū)域設(shè)置人工開挖截水溝。截水溝的寬度設(shè)置為0.8m，截水溝的深度設(shè)置為0.65m，利用膠合板模板進(jìn)行支護(hù)，采取人工澆筑混凝土的形式。

3.1.3 排水溝施工

每級(jí)馬道開挖施工以及噴護(hù)施工完成后，需要由施工人員及時(shí)進(jìn)行排水溝的開挖工作，排水溝的寬度設(shè)置為0.6m，截水溝的深度設(shè)置為0.45m，利用膠合板模板進(jìn)行支護(hù)，采取人工澆筑混凝土的形式。

3.1.4 開挖土壤保護(hù)工作

水利水電案例工程在施工作業(yè)開展前，需要組織項(xiàng)目施工人員積極開展施工調(diào)查工作，對(duì)于已開挖部分的土壤進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)工作，避免引發(fā)邊坡塌方事故發(fā)生，與此同時(shí)項(xiàng)目施工人員需要做好軟土持力層部分的觀察工作，做好防止軟土持力層被破壞的控制管理。在水利水電案例工程施工作業(yè)過程中，需要全面落實(shí)監(jiān)測管理工作，全面掌握基坑邊坡移量，實(shí)時(shí)測量周圍的土體，一旦發(fā)現(xiàn)超出警戒值時(shí)，需要立即開展邊坡支護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)于邊坡塌方問題的有效控制，加強(qiáng)水利水電工程項(xiàng)目的施工安全性。

3.2 邊坡開挖施工工藝

3.2.1 土方以及卵石層的開挖工藝

采取1m3反鏟開挖工藝，在自上而下分層開挖過程中，將分層開挖高度設(shè)置成為3m。在土方及卵石層開挖期間，將其挖甩至設(shè)備施工操作平臺(tái)，配置 HP160 推土機(jī)將棄渣推運(yùn)至583.1m 平臺(tái)下。同時(shí)需要在575m 的操作平臺(tái)上設(shè)置1m3反鏟設(shè)備，利用承載量在10t 左右的汽車將土方以及卵石運(yùn)輸至棄渣場。此外案例工程也要在棄渣場配置ZL50 裝載機(jī)進(jìn)行棄渣場的整平活動(dòng)。

3.2.2 泥巖以及砂巖的開挖工藝

采用潛孔控制爆破方法進(jìn)行分層開挖，設(shè)置的分層開挖高度為2m。施工人員需要利用YT-28 手風(fēng)鉆在破線上按照設(shè)計(jì)的坡比進(jìn)行鉆孔設(shè)計(jì)，孔間距設(shè)置為0.45m，排距設(shè)置為1m，孔深設(shè)置為2.5m，泥巖單耗則是按照0.4kg/m3進(jìn)行控制，而砂巖單耗則是按照0.45kg/m3進(jìn)行控制。爆破方法為不耦合裝藥方法，線裝藥密度在150g/m，利用導(dǎo)爆索進(jìn)行光面爆破。

案例工程所應(yīng)用的炸藥為φ32mm 的乳化炸藥，爆照雷管則是利用非電毫秒雷管，引爆雷管設(shè)計(jì)應(yīng)用為8#的電雷管。雷管爆破過程中設(shè)計(jì)的警戒范圍為350m 以外，所有的施工人員以及施工設(shè)備需要撤離到爆破警戒范圍以外。

3.3 邊坡支護(hù)施工工藝

3.3.1 邊坡錨桿支護(hù)技術(shù)

錨桿支護(hù)技術(shù)在作為水利水電工程項(xiàng)目邊坡支護(hù)環(huán)節(jié)中應(yīng)用極為廣泛的施工工藝，具備應(yīng)用占地面積小、成本低以及應(yīng)用安全性極高的技術(shù)特征。錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量關(guān)乎邊坡支護(hù)施工的整體安全性，對(duì)于整個(gè)工程項(xiàng)目的施工安全有一定的影響，為此需要重視邊坡錨桿支護(hù)工藝應(yīng)用的各項(xiàng)環(huán)節(jié)。錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用至水利水電案例工程的具體流程如圖1 所示。

圖1 錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用流程圖

第一，案例工程項(xiàng)目所應(yīng)用的邊坡錨桿噴護(hù)技術(shù)為干噴方法。需要嚴(yán)格把控錨桿施工工藝的原材料施工質(zhì)量，做好原材料選擇工作，不僅需要選擇具備防銹蝕、防腐蝕性能的施工原材料，同時(shí)需要選擇并添加未含有腐蝕性成分的水泥砂漿。

第二，案例工程項(xiàng)目錨桿鉆孔位置設(shè)置在預(yù)定方位，在巖石邊坡區(qū)域，每開挖2m 則需要進(jìn)行錨桿空位的側(cè)方工作，錨桿深度設(shè)置為3.2m，孔徑設(shè)置為0.6m，施工人員需要利用YT-28 手風(fēng)鉆進(jìn)行錨桿孔的鉆孔工作。

第三，案例工程選擇先注漿后插錨桿的施工工藝，因此在注漿活動(dòng)完成后，需要立即將錨桿桿體插入孔洞內(nèi)。施工人員在完成錨桿孔位開孔后須及時(shí)清理空洞。

第四，工作人員需要利用運(yùn)輸承載量為10t 的汽車將混凝土運(yùn)輸至項(xiàng)目施工現(xiàn)場，同時(shí)利用 PZ-7 型噴射機(jī)開展邊坡錨桿的噴護(hù)工作。噴護(hù)施工活動(dòng)需要緊緊跟隨掛網(wǎng)施工環(huán)節(jié)，在混凝土噴護(hù)結(jié)束后用土工布進(jìn)行覆蓋，在混凝土終凝后進(jìn)行進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

3.3.2 掛網(wǎng)噴混凝土施工技術(shù)

掛網(wǎng)噴混凝土施工技術(shù)主要是在邊坡掛網(wǎng)之后通過噴射混凝土來加強(qiáng)邊坡本身的穩(wěn)定性，使水利水電施工現(xiàn)場與邊坡土有效隔離，降低水利水電工程項(xiàng)目中外界因素帶來的負(fù)面影響，為后續(xù)施工工作的開展提供保障。

掛網(wǎng)噴混凝土施工技術(shù)應(yīng)用至水利水電案例工程的具體流程如圖2 所示。

圖2 掛網(wǎng)噴混凝土施工技術(shù)應(yīng)用流程圖

第一，案例工程所應(yīng)用的鋼筋網(wǎng)是在加工場已經(jīng)加工完成的A6.5@15cm×15cm 的鋼筋網(wǎng)片，而所應(yīng)用的鋼筋網(wǎng)片規(guī)格為1m×1m 以及2m×2m，而案例工程所設(shè)計(jì)的鋼筋網(wǎng)片搭接長度為10cm。鋼筋網(wǎng)與錨桿端頭是利用點(diǎn)焊技術(shù)進(jìn)行連接與固定，而鋼筋網(wǎng)與巖面之間則是利用插鋼筋頭支墊。施工人員需要確保鋼筋網(wǎng)在噴層內(nèi)部居中區(qū)域，同時(shí)所設(shè)置的保護(hù)層厚度則在5cm 以上。

第二，在進(jìn)行邊坡混凝土噴射過程中，需要遵循分段、分片的噴射原則，而邊坡混凝土的噴設(shè)順序則是自下而上。各個(gè)連接部分不可出現(xiàn)漏噴的問題。在進(jìn)行分段分層混凝土噴射過程中，對(duì)于凹凸不平的區(qū)域，施工人員需要先噴射凹處再噴射凸出。

第三，混凝土噴射期間，施工人員需要實(shí)現(xiàn)噴槍與壁面的垂直，確保噴槍噴射的均勻性，同時(shí)也需要控制混凝土的厚度以及混凝土的回彈率。將噴頭與受噴面的距離控制在1m 左右。

第四，案例工程項(xiàng)目需要噴射混凝土終凝2h 后，及時(shí)開展混凝土的灑水養(yǎng)護(hù)工作，混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間需要在7d以上。

3.3.3 排水孔施工

第一，案例工程項(xiàng)目邊坡排水孔鉆孔活動(dòng)需要與錨桿鉆孔活動(dòng)同時(shí)開展，同時(shí)案例工程也要做好孔口保護(hù)活動(dòng)，繼而開展混凝土噴射施工活動(dòng)。

第二，案例工程的排水孔施工工作需要結(jié)合噴錨支護(hù)技術(shù)進(jìn)行施工，排水孔的孔徑設(shè)置為φ50mm，孔深設(shè)置成為3m。通過利用CM351 鉆機(jī)進(jìn)行鑿空，孔口則是利用20cm 長的DN40mmPVC 管，同時(shí)端頭超出坡面10cm，防止混凝土噴射過程中出現(xiàn)堵塞排水孔的情況。

第三，在排水孔造孔過程中，需要按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行定位、定向，開孔的偏差需要在8cm 范圍以內(nèi)，同時(shí)鉆孔過程中傾角以及方位角的誤差值在2°以下，以避免施工過程中出現(xiàn)打斷錨桿的行為。

第四，施工人員在排水孔造孔完成后，需要利用高壓風(fēng)對(duì)于孔內(nèi)的粉末進(jìn)行清理，確保排水設(shè)施的通暢性。孔內(nèi)排水設(shè)施采用120cm 的DN40mm 塑料盲管進(jìn)行孔洞保護(hù)，而孔口保護(hù)則是利用20cm 長的DN40mmPVC 管。

3.4 框格梁防護(hù)工作

水平方向下的每10 根榀框架梁需要設(shè)計(jì)伸縮縫，而伸縮縫的寬度設(shè)計(jì)為2cm，伸縮縫內(nèi)部需要利用瀝青模板進(jìn)行填充?？蚣芰轰摻钍┕ば枰冗M(jìn)行豎梁施工，在橫豎梁交叉區(qū)域預(yù)留出橫梁鋼筋，在豎梁施工完成后進(jìn)行橫梁施工。同時(shí)模板拼裝過程中利用φ48mm鋼管以及方木支撐進(jìn)行模板固定，模板底部需要與基礎(chǔ)緊密連接，避免出現(xiàn)脹模、跑漿的問題?？蚋窳核鶟仓幕炷翞镃25 混凝土，厚度設(shè)置為10cm，所應(yīng)用振動(dòng)棒為φ50mm 插入式振動(dòng)棒進(jìn)行振搗，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa 時(shí)，方可進(jìn)行脫模施工。

3.5 邊坡安全監(jiān)測技術(shù)

考慮到案例工程的地質(zhì)條件、邊坡支護(hù)技術(shù)等因素，在進(jìn)行邊坡安全檢測項(xiàng)目內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)表面變形情況、巖體內(nèi)部的變形情況、支護(hù)應(yīng)力、混凝土應(yīng)力應(yīng)變情況、開挖爆破影響等內(nèi)容進(jìn)行檢測。

第一，在進(jìn)行表面變形檢測過程中，工程施工人員需要在案例工程的邊坡馬道設(shè)置相應(yīng)的外部觀測墩，在施工現(xiàn)場形成多條監(jiān)測斷面，對(duì)案例工程邊坡表面的水平位移情況以及垂直位移情況進(jìn)行監(jiān)測，確保其位移數(shù)值在0.2m 以內(nèi)。

第二，在進(jìn)行淺表監(jiān)測過程中，案例工程人員需要利用多點(diǎn)位移計(jì)、錨索測力計(jì)以及測斜管對(duì)于邊坡淺表的應(yīng)力應(yīng)變情況以及位移情況進(jìn)行監(jiān)測。

第三，在開展深部變形監(jiān)測期間，需要利用石墨桿收斂計(jì)、裂縫計(jì)以及砂漿條帶對(duì)于邊坡深度的變形情況進(jìn)行有效監(jiān)測。

第四，案例工程所應(yīng)用的監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)由22 個(gè)傳感器組合而成，覆蓋范圍達(dá)到600m×400m×600m，通過全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)測，繼而做好巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)預(yù)報(bào)活動(dòng)。

第五，在進(jìn)行開挖爆破監(jiān)測過程中，監(jiān)測人員需要對(duì)案例工程的開挖爆破振動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測，在案例工程爆破前以及爆破后開展相應(yīng)的聲波監(jiān)測，降低對(duì)于邊坡巖石的損傷程度。

4 邊坡開挖支護(hù)技術(shù)應(yīng)用至水利水電工程的保障策略

4.1 提升工程人員的綜合素養(yǎng)

水利水電工程項(xiàng)目具體施工過程中常常會(huì)遭遇多種多樣的突發(fā)性施工方案，為此對(duì)于項(xiàng)目施工人員提出了相對(duì)較高的要求。工程內(nèi)的施工人員，不僅需要具備極高的施工技術(shù)水平，豐富的項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也要靈活應(yīng)對(duì)項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)中遭遇的各項(xiàng)問題。為此，施工單位需要以崗前培訓(xùn)的方式幫助每名施工人員充分了解工程項(xiàng)目的施工目的，加強(qiáng)對(duì)施工人員的安全思想教育。同時(shí)施工單位需要構(gòu)建完善的管理機(jī)制以及環(huán)節(jié)施工準(zhǔn)則，全面提升工程人員的綜合素養(yǎng)水平，確保水利水電工程項(xiàng)目中邊坡開挖支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的效率及質(zhì)量。

4.2 提升儀器監(jiān)測技術(shù)水平

水利水電工程項(xiàng)目本身是一項(xiàng)利國惠民的工程項(xiàng)目，與國家、人民的根本利益緊密相連[5]。在國家部門的全力推動(dòng)下，我國水利水電工程開發(fā)建設(shè)規(guī)模及數(shù)量不斷增加，與此同時(shí)對(duì)于水利水電工程的建設(shè)質(zhì)量要求也在不斷提升。為了確保水利水電工程項(xiàng)目在采用邊坡開挖支護(hù)工藝時(shí)的施工質(zhì)量，工程項(xiàng)目中的技術(shù)人員需要對(duì)施工環(huán)境中的水流情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)性監(jiān)測，確保后續(xù)項(xiàng)目施工工作的有效開展。同時(shí)技術(shù)人員需要對(duì)于監(jiān)測儀器的應(yīng)用價(jià)值有一個(gè)正確性認(rèn)識(shí)，應(yīng)用科學(xué)合理化手段，最大程度確保監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的合理性與安全性。

5 結(jié)語

案例工程表明，邊坡開挖支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用可有效提升水利電工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量，降低工程項(xiàng)目的施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，加快工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度。

綜上所述，邊坡開挖支護(hù)技術(shù)作為水利水電工程項(xiàng)目高效施工的重要環(huán)節(jié)，水利水電工程項(xiàng)目的工作人員需要提前做好施工現(xiàn)場的地址勘察工作，結(jié)合項(xiàng)目工程的實(shí)際情況制定邊坡開挖支護(hù)技術(shù)應(yīng)用方案，選擇性應(yīng)用邊坡開挖技術(shù)以及支護(hù)技術(shù)，強(qiáng)化水利水電工程邊坡的安全性與穩(wěn)定性，為人民幸福美滿的生活提供保障[6]。