水利水電工程施工中的邊坡開挖與支護技術

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，我國水資源區域分布并不均衡，在我國西北地區的水資源嚴重匱乏，而東南區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，為西北地區供應水資源，改善西北地區人民群眾的生活條件，促進西北地區的經濟發展[1]。在水利水電工程項目施工過程中邊坡開挖支護技術的妥善應用，能夠提升項目工程施工質量，最大化水利水電工程的經濟效益[2]。但邊坡開挖支護技術在具體應用過程中極易受到地質、環境等多重因素的影響，為此需要提升邊坡開挖支護技術應用水平，改良水利水電工程的應用技術[3]。

1 邊坡開挖支護技術應用價值

水利水電工程項目是我國重點的民生工程項目，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目，有效緩解我國水資源緊缺的現狀，妥善解決國內現存的重大民生問題。水利水電工程項目在進行開挖作業過程中，工作人員需要根據施工現場的圖紙情況選擇開挖技術方法。在進行土質邊坡開挖過程中，項目施工人員需要根據施工圖紙要求開挖深度設置開挖分層厚度，借助反鏟挖掘機作業裝置進行作業[4]。

2 案例工程概述

該案例工程邊坡開挖設計深度的最大值為120m，但案例工程項目實際開挖值達到140m，為了確保案例工程邊坡的穩定性，對于支護作業進行調整，利用支護技術對于邊坡中極易塌方的區域進行處理。本次案例工程設計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 邊坡開挖與支護技術在水利水電案例工程的應用

3.1 準備階段

3.1.1 施工現場準備階段

水利水電工程項目只有做好準備工作，才能確保后續施工環節的施工質量。1）項目施工人員需要根據項目施工設計要求確定項目施工范圍與場地。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”的項目施工準備工作，確保每項的施工環節開展前都能做好相應的準備工作，加強項目施工活動開展的主動性。2）水利水電案例工程需要根據自身的設計需求以及具體施工內容配置相應的施工技術人員與管理人員，實現施工任務在具體崗位的有效落實，明確不同施工人員的崗位職責。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計算公式進行數據計算，如公式（1）和公式（2）所示。

式中：c為巖土體真實的黏聚力；φ為內摩擦角；c'為折減后的黏聚力；φ'為內摩擦角；F為折減系數。

3.1.2 截水溝施工

在邊坡開挖活動開展前，需要測量案例工程項目的開挖線，同時在開挖線的2m 區域設置人工開挖截水溝。截水溝的寬度設置為0.8m，截水溝的深度設置為0.65m，利用膠合板模板進行支護，采取人工澆筑混凝土的形式。

3.1.3 排水溝施工

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

3.1.4 開挖土壤保護工作

水利水電案例工程在施工作業開展前，需要組織項目施工人員積極開展施工調查工作，對于已開挖部分的土壤進行相應的保護工作，避免引發邊坡塌方事故發生，與此同時項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過程中，需要全面落實監測管理工作，全面掌握基坑邊坡移量，實時測量周圍的土體，一旦發現超出警戒值時，需要立即開展邊坡支護工作，實現對于邊坡塌方問題的有效控制，加強水利水電工程項目的施工安全性。

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，將分層開挖高度設置成為3m。在土方及卵石層開挖期間，將其挖甩至設備施工操作平臺，配置 HP160 推土機將棄渣推運至583.1m 平臺下。同時需要在575m 的操作平臺上設置1m3反鏟設備，利用承載量在10t 左右的汽車將土方以及卵石運輸至棄渣場。此外案例工程也要在棄渣場配置ZL50 裝載機進行棄渣場的整平活動。

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行分層開挖，設置的分層開挖高度為2m。施工人員需要利用YT-28 手風鉆在破線上按照設計的坡比進行鉆孔設計，孔間距設置為0.45m，排距設置為1m，孔深設置為2.5m，泥巖單耗則是按照0.4kg/m3進行控制，而砂巖單耗則是按照0.45kg/m3進行控制。爆破方法為不耦合裝藥方法，線裝藥密度在150g/m，利用導爆索進行光面爆破。

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

3.3 邊坡支護施工工藝

3.3.1 邊坡錨桿支護技術

錨桿支護技術在作為水利水電工程項目邊坡支護環節中應用極為廣泛的施工工藝，具備應用占地面積小、成本低以及應用安全性極高的技術特征。錨桿支護技術的應用質量關乎邊坡支護施工的整體安全性，對于整個工程項目的施工安全有一定的影響，為此需要重視邊坡錨桿支護工藝應用的各項環節。錨桿支護技術應用至水利水電案例工程的具體流程如圖1 所示。

圖1 錨桿支護技術應用流程圖

第一，案例工程項目所應用的邊坡錨桿噴護技術為干噴方法。需要嚴格把控錨桿施工工藝的原材料施工質量，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，案例工程項目錨桿鉆孔位置設置在預定方位，在巖石邊坡區域，每開挖2m 則需要進行錨桿空位的側方工作，錨桿深度設置為3.2m，孔徑設置為0.6m，施工人員需要利用YT-28 手風鉆進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，因此在注漿活動完成后，需要立即將錨桿桿體插入孔洞內。施工人員在完成錨桿孔位開孔后須及時清理空洞。

第四，工作人員需要利用運輸承載量為10t 的汽車將混凝土運輸至項目施工現場，同時利用 PZ-7 型噴射機開展邊坡錨桿的噴護工作。噴護施工活動需要緊緊跟隨掛網施工環節，在混凝土噴護結束后用土工布進行覆蓋，在混凝土終凝后進行進行灑水養護。

3.3.2 掛網噴混凝土施工技術

掛網噴混凝土施工技術主要是在邊坡掛網之后通過噴射混凝土來加強邊坡本身的穩定性，使水利水電施工現場與邊坡土有效隔離，降低水利水電工程項目中外界因素帶來的負面影響，為后續施工工作的開展提供保障。

掛網噴混凝土施工技術應用至水利水電案例工程的具體流程如圖2 所示。

圖2 掛網噴混凝土施工技術應用流程圖

第一，案例工程所應用的鋼筋網是在加工場已經加工完成的A6.5@15cm×15cm 的鋼筋網片，而所應用的鋼筋網片規格為1m×1m 以及2m×2m，而案例工程所設計的鋼筋網片搭接長度為10cm。鋼筋網與錨桿端頭是利用點焊技術進行連接與固定，而鋼筋網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在噴層內部居中區域，同時所設置的保護層厚度則在5cm 以上。

第二，在進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順序則是自下而上。各個連接部分不可出現漏噴的問題。在進行分段分層混凝土噴射過程中，對于凹凸不平的區域，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，施工人員需要實現噴槍與壁面的垂直，確保噴槍噴射的均勻性，同時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，案例工程項目需要噴射混凝土終凝2h 后，及時開展混凝土的灑水養護工作，混凝土的養護時間需要在7d以上。

3.3.3 排水孔施工

第一，案例工程項目邊坡排水孔鉆孔活動需要與錨桿鉆孔活動同時開展，同時案例工程也要做好孔口保護活動，繼而開展混凝土噴射施工活動。

第二，案例工程的排水孔施工工作需要結合噴錨支護技術進行施工，排水孔的孔徑設置為φ50mm，孔深設置成為3m。通過利用CM351 鉆機進行鑿空，孔口則是利用20cm 長的DN40mmPVC 管，同時端頭超出坡面10cm，防止混凝土噴射過程中出現堵塞排水孔的情況。

第三，在排水孔造孔過程中，需要按照設計圖紙進行定位、定向，開孔的偏差需要在8cm 范圍以內，同時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，需要利用高壓風對于孔內的粉末進行清理，確保排水設施的通暢性。孔內排水設施采用120cm 的DN40mm 塑料盲管進行孔洞保護，而孔口保護則是利用20cm 長的DN40mmPVC 管。

3.4 框格梁防護工作

水平方向下的每10 根榀框架梁需要設計伸縮縫，而伸縮縫的寬度設計為2cm，伸縮縫內部需要利用瀝青模板進行填充。框架梁鋼筋施工需要先進行豎梁施工，在橫豎梁交叉區域預留出橫梁鋼筋，在豎梁施工完成后進行橫梁施工。同時模板拼裝過程中利用φ48mm鋼管以及方木支撐進行模板固定，模板底部需要與基礎緊密連接，避免出現脹模、跑漿的問題。框格梁所澆筑的混凝土為C25 混凝土，厚度設置為10cm，所應用振動棒為φ50mm 插入式振動棒進行振搗，在混凝土強度達到2.5MPa 時，方可進行脫模施工。

3.5 邊坡安全監測技術

考慮到案例工程的地質條件、邊坡支護技術等因素，在進行邊坡安全檢測項目內容設計時，需要對表面變形情況、巖體內部的變形情況、支護應力、混凝土應力應變情況、開挖爆破影響等內容進行檢測。

第一，在進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置相應的外部觀測墩，在施工現場形成多條監測斷面，對案例工程邊坡表面的水平位移情況以及垂直位移情況進行監測，確保其位移數值在0.2m 以內。

第二，在進行淺表監測過程中，案例工程人員需要利用多點位移計、錨索測力計以及測斜管對于邊坡淺表的應力應變情況以及位移情況進行監測。

第三，在開展深部變形監測期間，需要利用石墨桿收斂計、裂縫計以及砂漿條帶對于邊坡深度的變形情況進行有效監測。

第四，案例工程所應用的監測系統時由22 個傳感器組合而成，覆蓋范圍達到600m×400m×600m，通過全天候的實時監測，繼而做好巖質邊坡失穩預報活動。

第五，在進行開挖爆破監測過程中，監測人員需要對案例工程的開挖爆破振動情況進行監測，在案例工程爆破前以及爆破后開展相應的聲波監測，降低對于邊坡巖石的損傷程度。

4 邊坡開挖支護技術應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

水利水電工程項目具體施工過程中常常會遭遇多種多樣的突發性施工方案，為此對于項目施工人員提出了相對較高的要求。工程內的施工人員，不僅需要具備極高的施工技術水平，豐富的項目施工經驗，同時也要靈活應對項目施工環節中遭遇的各項問題。為此，施工單位需要以崗前培訓的方式幫助每名施工人員充分了解工程項目的施工目的，加強對施工人員的安全思想教育。同時施工單位需要構建完善的管理機制以及環節施工準則，全面提升工程人員的綜合素養水平，確保水利水電工程項目中邊坡開挖支護技術應用的效率及質量。

4.2 提升儀器監測技術水平

水利水電工程項目本身是一項利國惠民的工程項目，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下，我國水利水電工程開發建設規模及數量不斷增加，與此同時對于水利水電工程的建設質量要求也在不斷提升。為了確保水利水電工程項目在采用邊坡開挖支護工藝時的施工質量，工程項目中的技術人員需要對施工環境中的水流情況進行動態性監測，確保后續項目施工工作的有效開展。同時技術人員需要對于監測儀器的應用價值有一個正確性認識，應用科學合理化手段，最大程度確保監測數據信息的合理性與安全性。

5 結語

案例工程表明，邊坡開挖支護技術的應用可有效提升水利電工程項目的施工質量，降低工程項目的施工技術風險，加快工程項目的施工進度。

綜上所述，邊坡開挖支護技術作為水利水電工程項目高效施工的重要環節，水利水電工程項目的工作人員需要提前做好施工現場的地址勘察工作，結合項目工程的實際情況制定邊坡開挖支護技術應用方案，選擇性應用邊坡開挖技術以及支護技術，強化水利水電工程邊坡的安全性與穩定性，為人民幸福美滿的生活提供保障[6]。