水利水電工程邊坡開挖與支護施工技術研究

李敏

(中國安能集團第三工程局有限公司,四川 成都 610000)

0 引言

近年來，水利水電工程建設項目明顯增多。水利水電工程與社會發(fā)展以及人們日常生活緊密相關，是利國利民的重要建設項目。和其他工程項目相比，水利水電工程存在建設環(huán)境復雜的特征，尤其是地質結構復雜地區(qū)的邊坡問題，常常成為施工過程中的重難點問題。為確保施工安全，防范滑坡及巖層塌陷等風險，水利水電工程要結合地質情況，選擇合理的開挖和支護施工技術，以強化邊坡穩(wěn)定性。本次研究結合某水利水電工程實例開展邊坡開挖和支護施工技術研究，以期作為施工參考。

1 工程概況

某水利水電工程項目位于四川省阿壩藏族羌族自治州境內。該地區(qū)平均海拔3200m，邊坡寬120m，高80m。通過地質勘察可知，該工程項目的地質條件不佳，區(qū)域內斷層發(fā)育，還存在許多細小裂縫。表面土體覆蓋層為IV級含卵石粘土，厚度15m，易受邊坡開挖干擾。工程項目所在地區(qū)地形陡峭，坡度50°～70°，施工難度極大。

2 邊坡開挖與支護施工的重要性及要求

2.1 邊坡開挖與支護施工的重要性

水利水電工程受到水流、地形地質、水文、氣象條件的影響較大，加之施工組織復雜，涉及部門多（如防洪、航運、灌溉）、臨時輔助設施多，并且存在較大施工安全隱患，施工質量備受關注。邊坡開挖與支護是該類工程施工的重要環(huán)節(jié)，如果施工技術不當或者施工水平較低，可能會降低施工質量，甚至影響工程項目的安全。邊坡開挖與支護施工不僅能夠確保施工順利進行，保障工程施工質量；還能強化工程結構，避免后續(xù)出現(xiàn)裂縫、滲水、坍塌等風險，確保工程項目的安全。

2.2 邊坡開挖與支護施工的要求

（1）邊坡開挖要求：自上而下分層式開挖，每層土方挖掘形成三個施工區(qū)域（長約30cm，寬20cm），從內向外推進[1]。

（2）邊坡支護要求：挖掘結束后支護施工，同樣自上而下分層操作，先完成淺層支護，再進行深層支護，支護間隔≥15cm。支護施工要按順序操作，分別涵蓋混凝土覆蓋，邊坡錨桿束支護，構建排水系統(tǒng)，以保障邊坡排水順利，最后安置變偶錨索。

3 邊坡開挖與支護施工技術

3.1 施工準備

該工程邊坡的坡度高，采取開挖與支護施工技術難度大，再加之存在交叉施工及當?shù)氐刭|條件限制，易影響施工質量。施工前全面落實準備工作：

（1）仔細勘察工程項目周圍環(huán)境，明確地質狀況及當?shù)厮那闆r和氣候條件，制定科學的施工方案；

（2）準備施工材料，鋪設施工道路避免延誤工期；

（3）組織施工技術人員培訓，審核施工圖紙及資料，檢查水源、電源基礎設備，明確高程放線施工；

（4）清理施工現(xiàn)場雜物，完善供水供電系統(tǒng)，落實現(xiàn)場排水設計；

（5）檢查施工設備性能，如鉆孔設備等。

3.2 邊坡開挖施工技術

3.2.1 安全監(jiān)測技術

工程所處地區(qū)地質條件特殊，邊坡較高，開挖時需及時監(jiān)測開挖面變形情況，全面開展安全監(jiān)測工作。監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定可持續(xù)施工，監(jiān)測有異常要先對邊坡進行加固（可采用預應力錨索、混凝土抗滑樁）。以利用預應力錨索加固為例，要提前確保邊坡剛度達標，注意錨索長度不宜過大。該工程施工中需要爆破施工，要結合爆破衰減規(guī)律（PDF）監(jiān)測邊坡穩(wěn)定性，為邊坡開挖施工提供理論指導。

3.2.2 邊坡清理技術

邊坡開挖前要全面清理邊坡周圍，清除現(xiàn)場的各類雜物、植被等。清理過程中尤其注意各類地下管線的走向分布，避免不慎破壞管線。將巖石表面全面暴露后，為后續(xù)土石方的開挖奠定基礎。

3.2.3 土質邊坡及覆蓋層開挖技術

利用反鏟開挖邊坡厚層土方、覆蓋層，利用自卸車將其運輸?shù)街付▓龅?。開挖時要自上而下，分層式開挖，分層高度3～4m。薄層利用推土機集渣輸送到棄渣場，孤石則將其炸裂挖掉。臨近施工設計方案規(guī)格的土質邊坡，可利用小型反鏟開挖，并預留50m用人工完成，以滿足施工設計要求。

3.2.4 土石方開挖技術

土石方開挖是該工程關鍵施工環(huán)節(jié)。工程所在地區(qū)的年均降水量712mm，雨季降水集中，占全年86%。為避免施工期間遭受外界雨水影響，要提前在上坡位置設計好節(jié)水、排水設施，并聯(lián)合工程項目實際選擇適當?shù)拈_挖技術方案。

（1）機械開挖技術：利用液壓鉆、潛孔鉆、手風鉆等設備分層次進行挖掘，保障巖體結構的穩(wěn)定性；開挖后用自卸車收集廢料、巖渣，并沿指定路線放置在棄渣場。根據(jù)開挖范圍和巖石堅硬程度選擇是否采取預裂爆破技術，過程中注意控制鉆孔距離（通常間距50cm，深度≤50cm），保障施工人員安全。巖體厚度控制在5m，能降低后續(xù)施工難度[2]。

（2）人工開挖技術：人工負責修坡，形成一定坡度有利于排水，還能避免超挖、欠挖。土石方開挖環(huán)節(jié)結束后要全面檢測，嚴格按照施工技術方案確定開挖量。

3.2.5 預裂爆破技術

該工程邊坡采取預裂爆破技術，根據(jù)施工量選擇安全有效方案，并嚴格控制爆破相關參數(shù)。主爆孔、緩沖孔直徑均約80mm，選擇用液壓鉆鉆孔；預裂孔直徑100mm，使用潛孔鉆，且排距1.5m，鉆孔深度也要合理，要根據(jù)設計的坡比和超深以及臺階高度確定，按照公式L＝（H+h）/sinα來計算。合理選擇爆破中的炸藥，設置裝藥結構和線裝藥的密度，并構建完善的起爆網(wǎng)絡。要求執(zhí)行爆破的技術人員具備專業(yè)水平，并且爆破經(jīng)驗豐富，提前接受培訓考核，以全面保障工程及人員安全。

3.3 邊坡支護施工技術

3.3.1 噴射混凝土技術

為順利進行噴射混凝土作業(yè)，提前落實工程邊坡準備工作，拆除作業(yè)面障礙物。作業(yè)區(qū)照明充足通風良好，且機械設備、輸料管路、電氣線路均檢查合格。結合該工程項目特點及試驗確定速凝劑和其他外加劑的摻量。同時需注意以下施工要點：

（1）正確使用噴射機，嚴格按操作規(guī)程，連續(xù)均勻供料，維持風壓穩(wěn)定；

（2）噴射混凝土層工作面不發(fā)生“初凝”，嚴格控制工作面周圍的溫度[3]；

（3）噴頭在工作面上進行穩(wěn)定均勻的圓形（或橢圓）軌跡運動，避免朝某個部位噴射較長時間，以免增加回彈難以把控厚度；噴射時要分區(qū)域按順序進行，以保障支護效果并便于質量管理；噴射從上到下，以免回彈物料污染待噴面；

（4）處理結構間接縫避免漏噴；

（5）噴射面要平整，滿足設計要求，可通過控制材料、水灰比、噴射速度、噴射距離、技術熟練度實現(xiàn)。

3.3.2 錨桿支護技術

考慮該工程所在環(huán)境降雨量、水流量均較大，易導致邊坡加固工程區(qū)域的土質緊實度不足發(fā)生滑坡風險，經(jīng)施工技術人員勘察后認為可采取錨桿支護技術。

（1）明確施工要求。施工材料、設備、細節(jié)均按設計方案進行準備，鉆頭直徑要超出錨桿孔徑15mm，漿液現(xiàn)配現(xiàn)用；注漿后安裝并及時裝上錨墊板，封口嚴密。

（2）根據(jù)錨桿規(guī)格及材質選擇相應鋼筋材料，選擇高強度硅酸鹽水泥，中細砂且直徑＜2.5mm。

（3）選擇氣腿式風鉆鉆孔，操作時錨桿的孔軸與開挖坡面垂直；鉆孔力度加強時要注意滑動面傾向相反，并確保交角＞45°，隨后注漿。注漿前清理錨桿孔，并按標準配置漿液后緩慢灌注。

（4）插入錨桿，加封孔口及固定。

（5）三天內避免觸碰、敲擊錨桿，現(xiàn)場進行嚴格管理。

3.3.3 鋼筋網(wǎng)鋪設技術

（1）施工前設計鋼筋網(wǎng)布置點位和連接方式，裝置加強型鋼筋網(wǎng)；

（2）考慮鋼筋網(wǎng)絡鋪設的規(guī)格、面積問題，避免受自然因素影響出現(xiàn)安全問題；

（3）鋪設后噴淋混凝土加固，排出支護結構廢水；噴射前檢查材料和設備的連接性，清理坡面的粉塵，將噴射的厚度控制在0.1m內；

（4）落實通風通氣管道布設。

3.3.4 鉆孔灌注樁技術

（1）開鉆成孔：施工前確定樁基參數(shù)、地質巖層松合度，控制樁體下沉位置及速度；

（2）清孔：將筒底沉渣清理完畢；

（3）鋼筋籠新技術：融合該技術能從力學的角度出發(fā)提升灌注樁穩(wěn)定性。整個過程中注意鋼筋籠的設計、制作、荷載，確保質量達標；

（4）埋設護筒：護筒頂設置吊環(huán)，埋設前用交叉法保護樁位，確認無誤后鉆機就位；

（5）澆灌混凝土，嚴格把控混凝土配置比例；

（6）制作鉆孔泥漿：泥漿主要由膨潤土、水、添加劑組成，結合該工程地質水文來控制抽密度；

（7）鉆孔中隨時檢查孔徑、孔深、垂直度等參數(shù)。

3.3.5 預應力錨索支護技術

（1）鉆孔固壁：鉆孔過程中分析工程地質情況。因鉆孔成孔較難，可利用C30水泥漿和M30砂漿處理固壁，利用Ф25鍍鋅管連接處理端，定量灌入后前后移動該管道促使?jié){液擴散。

（2）制作錨索：用1860Mpa的高強度低松弛預應力鋼絞線制作，結合每個孔的長度多1.0m，并用砂輪機切割下料。每束含7根鋼絞線，且鋼絞線精準整齊長短一致；編索場地干凈整潔，將注漿管、出氣管等現(xiàn)場設施逐一編號。安裝前充氣檢查，在錨索前段焊接導向帽。

（3）內錨段灌漿：注漿時要考慮到設計方案上的理論量，也要結合實際的巖層縫隙，確定注漿錨固段注滿后進行3min保壓，增加密實性。注漿壓力控制在0.3～0.5MPa間，砂漿強度控制在M30，注漿后在孔口鋼套管上安裝導向管[4]。

（4）錨索張拉。確保注漿體和框格梁混凝土滿足強度，用張拉設備來將鋼絞線拉至荷載并鎖定。

3.3.6 固結灌漿技術

固結灌漿技術的應用能有效消除及改進工程地基缺陷，確保地基更加穩(wěn)固，防滲能力更強。利用鉆孔機鉆孔，從鉆孔的深度、孔徑、傾斜角度等檢測鉆孔質量，而后再進行固結灌漿。

（1）分段灌漿：自上而下，分段鉆進灌漿；當達到預定深度時即可。優(yōu)點是鉆進成本低，缺點是需沖洗孔，易造成漿液回流浪費。

（2）止?jié){塞灌漿。由孔底逐段向上灌漿，用止?jié){塞分開孔段灌注。

（3）循環(huán)灌漿（雙管灌漿）。將進漿管和泵管連接注漿，優(yōu)點是大小孔隙都能灌注，缺點是成本相對較高。

4 邊坡開挖與支護施工質量控制

4.1 完善基礎準備工作

為保障工程邊坡開挖預支護施工質量，要完善多項基礎準備工作。首先，嚴格落實技術交底，根據(jù)施工安全、質量、進度多個維度進行衡量，防范施工中可能存在的風險；施工過程中執(zhí)行管理規(guī)定，詳細告知施工技術人員注意事項，并落實培訓考核，引導人員注重風險防范。其次，完善規(guī)劃方案。根據(jù)工程所在的巖土特征、地質因素等制定行之有效的方案，制定緊急預案，全面保障開挖與支護工程順利進行。最后，施工中尤其注意辨別和處理邊坡不良結構。結構穩(wěn)定性差易會加大崩塌風險，危害極大；爆破后要及時檢查并清理松動的巖石塊，安排專業(yè)地質工程師在現(xiàn)場監(jiān)督，提出針對性的支護措施。

4.2 強化安全監(jiān)測工作

工程邊坡開挖預支護施工過程中要落實嚴密的振動監(jiān)測，主要是分析爆破質點的振動速度。利用鉆孔對爆破前后的聲波變化進行判定，分析是否對邊坡穩(wěn)定性產生明顯的影響。監(jiān)測中使用專業(yè)技術設備，如爆破振動儀、振動分析系統(tǒng)等，并合理布設監(jiān)測點，收集爆破振動規(guī)律，整合數(shù)據(jù)分析，為該工程邊坡開挖與支護施工提供可靠參數(shù)。

5 結束語

綜上所述，水利水電工程邊坡施工具有技術難度高、影響因素多、危險性大等特點。邊坡開挖與支護施工技術的廣泛應用，可以為邊坡工程的順利和安全施工提供保障。本文分析了邊坡開挖與支護施工技術，提出要從完善基礎準備工作和強化安全監(jiān)測工作方面確保施工質量，最終確保邊坡開挖與支護施工技術能夠最大化地發(fā)揮優(yōu)勢，保障施工質量。