水利水電工程土石方施工技術的發展探討

楊桂蘭（甘肅省臨夏州水務水電局，甘肅 臨夏 731100）

1 水利水電工程中常見的土石方施工技術

1.1 爆破技術

土石方施工是水利水電工程的重要組成部分，具體包括基坑開挖、場地平整、基坑回填等，存在著面廣、量大、勞動繁重的缺點，尤其是石方施工，基巖太硬，施工更為困難。為提高施工效率，多會引進一些手段，爆破無疑是運用較多的一種施工技術。爆破需用到炸藥和起爆器，最初的爆破很簡單，但影響范圍、爆炸威力不好控制，隨著這方面技術水平的提升，以及各類新材料的不斷涌現，爆破技術也得以升級。比如，之前常使用手風鉆，現在已基本被潛孔鉆代替，潛孔鉆是爆破之前在巖石上鉆的設備，主要組成部件為鉆桿、球齒鉆頭、沖擊器、電動機、減速器等，使得爆破速度及精準度更高。各地土石方施工面臨的問題不同，以至于新設備、新工藝相繼出現，如反井鉆機、多臂鉆機、混裝炸藥車等，使得裝藥水平和爆破能力都有明顯提升[1]。比如國內的三峽工程，其永久船閘本來位于左岸山體內，采用新型爆破技術，將對巖體的影響偏差控制在最小范圍內，使得兩側山體不至于因為爆破而擠壓坍塌，進而才能進行錨固。隨著大壩主體建設完成，開始拆除圍堰，同樣采取的是爆破拆除[2]。

1.2 明挖技術

水利水電工程對地基土質要求較高，常會遇到軟土地基，其承載力較差，需經過防滲加固處理，才能開展后續工作。在此類軟土地下工程中，明挖技術有著廣泛應用，即先把地面挖開，在露天環境下進行施工作業，結束后再予以回填。該技術歷史悠久，工藝較為成熟，實際施工時相對較為簡單，速度快，經濟成本并非很高，但施工過程中會產生大量的噪聲和震動，還會影響周圍交通。

明挖技術可分為無支護放坡開挖和基坑支護開挖兩大類，前者適用于場地規模較大的工程，比如在曠野作業，雖然不用設置支護結構，但開挖總量非常之大。而在城市或者場地并非很大的項目中，多采取基坑支護開挖法，對基坑側壁進行支護加固處理，一方面是防止土體變形，另一方面也是考慮周遭建筑物的安全，在此類工程中，支護結構極其關鍵。以圍護結構加支撐法為例，現代水利水電工程的功能增多，往往基坑深度較大，所采用圍護結構的懸臂很長，為保證施工安全，常會在懸臂范圍內架設水平支撐，使得圍護結構更穩定，防止外側土方擠壓。此外還有放坡明挖法、懸臂支護明挖法等，適用范圍各有不同，無論是哪一種，都要提前對現場地質條件、工程要求、交通狀況、環境影響等因素進行綜合考慮[3]。

1.3 地下施工

水利水電工程利國利民，隨著技術工藝的不斷改進，以及各種新要求的提出，其功能越來越多，如用于發電、泄洪、航運、灌溉、水產養殖等。當然，同時對質量也要求更為嚴格，以至于在工程規模擴大的同時，地下工程隨之增多。三峽大壩是跨世紀的偉大工程，其樞紐建筑物主要包括大壩、水電站、通航建筑物三部分，水電站設有左右兩組廠房，共安裝26臺水輪發電機組，右岸就留有用于后期擴機的地下廠房位置。

水利項目的地下工程由來已久，上世紀60年代就已出現，不過當時受技術、設備條件限制，整體機械化水平較低，手風鉆爆破是主要的地下工程開挖方法，其效果可想而知，不僅施工效率低，而且質量、精準度無保證。錨桿支護技術的應用和發展，使得地下施工的安全性有所增強，之后相關技術不斷更新，地下洞室建設在技術上更有保障，開始朝著全斷面方向深入發展，機械化水平不斷提升。例如，我國貴州、四川等西南地區地質地貌較為特殊，溶洞較多，雨量非常充沛，水資源極為豐富，在長期實踐摸索中，地下洞室施工技術得以改善。

1.4 土石壩施工

大壩大致可分為拱壩、重力壩、支墩壩、土石壩四種類型，其中土石壩數量所占比重非常大，是一種歷史悠久的壩型。所謂土石壩，是指利用當地的土料、石料進行拋填碾壓等方式，最終堆起來的擋水壩，如小浪底大壩，是我國最為著名的土石壩。土壩是指土和砂礫為主要材料，石壩是石渣、卵石等為主要材料，但更多情況下是土料和石料比例相當，所以又叫土石混合壩[4]。

按照高度不同，土石壩可分為高、中、低等級別，低于30m為低壩，30—100m為中壩，大于100m為高壩。土石壩有很多優點，比如就地取材較為方便，可以節約鋼材、木材等原材料，還能減少運輸成本。結構簡單，施工難度小，建成后還可擴建。土石結構的適應變性能力強，對地基沒有太高要求。但也有缺點，不能像混凝土壩那般導流溢流，施工時受天氣影響較大，建成后需經常維護，運行管理費用較高。機械設備在施工時對場地的平整度要求很高，如果地面不夠平整，很可能會影響施工質量，當前的平衡技術開始融入到壩體建設中，使其更具合理性。

2 實際案例分析

某水利水電工程項目為一小型水庫，主要用來為周圍鄉鎮提供灌溉和生活用水，總庫容6.25×107m3，壩頂高程72m，最高壩68m，大壩為土石壩，總長450m，頂部寬12m。以其中A段為例，石方開挖量50萬m3，占總挖方量的84.75%，如何安全快速地開挖是必須先解決的問題。由于開挖量較大，工期較緊，不適宜人工開挖，結合以往經驗，采用石方爆破技術。

2.1 準備階段

按照國家相關規定，爆破施工需提前申請，獲得民用爆破物使用許可證，并經當地公安機關批準，才允許在指定的公司購買爆破用品。爆破物由公安部門負責運輸，送到當地的鄉派出所，由其負責管理和使用事宜。技術人員到現場實地勘察，了解地質情況，與之前得到的勘察報告對比，確定沒有太大誤差。爆破現場安排專業技術人員1名，安全員2名，爆破工人數名，并配備有相應的施工設施。做好技術交接工作，確保施工隊伍清楚每一個細節，正式爆破前還需對現場進行處理，把雜質、植被等都予以清理。

2.2 施工階段

依據施工方案，合理布置炮孔。本工程采取梯段臺階爆破法，為方便鉆孔裝藥，取得較好的爆破效果，盡可能地利用或創造臨空面，形成階梯。布孔時需注意，盡可能令炮孔和巖石層面正交，切勿穿過與地面貫穿的裂縫，否則極易造成漏氣。具體方法為淺孔爆破鉆爆法，科學開挖保護層，在底部設置合理的柔性墊層，盡量一次鉆爆到位。開挖過程中，邊坡的穩定性很重要，為防止爆破威力太大，影響到邊坡的變形，爆破時選擇使用中小炮。對于風化嚴重的部分，更要注意精準度，故采用小型排炮進行微差爆破。

涉及到的一些參數必須合理設計，比如布孔，炮眼的深度和間距就很關鍵，深度自然要根據巖石的堅硬程度而決定，按照行業內的計算公式，炮眼深度＝爆破巖石的厚度×巖石系數。使用排炮時，同一排的炮之間的間距與巖石的類別、節理發育程度等因素有關，間距＝最下抵抗線×系數。再有就是裝的藥量，按照炮孔深度的1/2來裝，如果只是為了松動效果，只裝1/3即可[5]。

淺孔爆破法適用于鉆孔深度不超過4m的情況，選擇沖擊鉆進行鉆孔，把握好力度和速度，鉆孔角度保持垂直，不得發生過太大偏斜。采用連續裝藥的結構形式，以及毫秒差電雷管起爆的方式。再有就是保護層，其質量關系到基建面的質量，該工程在保護層預留1m的巖體，底部設0.3m柔性墊層。

2.3 注意事項

爆破時需加強安全注意，采取一些帶有防范性的應急措施。安排專業人員成立指揮小組，包括技術員、安全員等，明確劃分各自職責。嚴格控制爆破所產生的威力，及其波及范圍，如果周圍有建筑物，或者埋設地下管線，需做好保護工作。為避免傷及無辜，施工現場尤其是爆破區，必須設立警告標志，并安排工人負責提醒。強化安全意識，內部應成立安全領導小組，組長由工程項目經理擔任，并建立健全安全保證制度和監督檢查體系。在風雨霧霾天氣，盡量不要爆破，以免引發安全事故。現場環境較為潮濕，為避免炸藥、雷管等，必須采取防水措施，或者使用抗水炸藥。技術人員和施工人員都要戴好安全帽，穿工作服，如果是高邊坡開挖，應當實時檢查，一旦發現有松動等現象，立即予以制止。如果遇到瞎炮情況，可在0.5m范圍內再打一個炮眼。

3 土石方技術的發展趨勢及施工質量控制

3.1 未來發展方向

為適應新形式新環境，土石方技術還有很多地方需要進步，比如開挖技術的創新，及時掌握施工現場的地形地貌和交通運輸等信息，制定出較為全面的方案，完善排水系統，確保排水通暢。材料、設備也應隨之創新，傳統的水利水電工程使用膨脹錨栓更多，但如今出現了化學錨栓，其優勢更多。土壤加固是一種有效的形式，經過相關物質的化學反應，最終形成高強度、高穩定的膠凝物。

3.2 質量控制措施

施工之前，充分掌握現場地質條件，經過認真勘測，與施工圖紙相比?；蛘哐垖＜覍辈靾蟾孢M行評價，并指導施工方案的制定。妥善處理現場的障礙物，尤其是基點、定位樁之處，不得有任何障礙。此外，施工質量要想有保證，還必須統籌安排，科學合理地組織施工進度，工程承包商也要保證原材料的質量[6]。

4 結 語

現代水利水電工程必然要對土石進行開挖清理，有些項目環境惡劣，施工難度很大，對技術性要求更高。經過長期研究發展，國內的土石方施工技術不斷進步，材料設備有所更新，技術工藝不斷成熟，但同時也面臨著不少新問題。所以，在今后的水利項目中，應結合工程要求、實地勘察報告等因素，選擇最為合適的施工技術。