水利工程施工中邊坡開挖支護技術的應用

文／隋建華 東營市小清河管理服務中心 山東東營 257000

引言：

邊坡開挖支護作為水利工程施工中的一項關鍵技術，在降低滑坡與坍塌事故發生概率以及增強邊坡穩定性等方面發揮著至關重要的作用。但是，在受到地質條件、水文氣象條件以及主觀人為等因素的影響，水利工程的邊坡支護施工難度越來越大，為此，施工單位針對淺層與深層兩種不同的支護方式，不斷對支護技術進行創新改良，確保在提高土體穩定性的前提下，使水利工程施工的其它工序能夠順利進行。

1、邊坡開挖支護技術在水利工程施工中發揮的重要作用

在水利工程邊坡開挖施工中，由于工程所在地的地質結構以及土壤性狀存在較大差異，因此，為了提高邊坡的穩定性，施工單位往往利用支護技術對邊坡進行加固處理，以防止滑坡、巖層坍塌、基礎沖毀等事故的發生。比如對于直立邊坡來說，由于邊坡本身處于豎直狀態，如果不及時采取支護措施，在水體的浸泡或者雨水的沖刷下，極易出現垮塌事故，不僅給人民群眾的生命安全構成威脅，而且也使水利工程的防護功能喪失?；趯@些因素的考量，施工單位在應用支護技術時，往往更加關注技術的專業性、實用性以及便于操作性，旨在發揮支護技術支撐防護作用的同時，為水利工程項目的整體質量與安全保駕護航。

2、影響水利工程邊坡穩定性的主要因素

2.1 水文地質因素

受到地域性差異的影響，水利工程項目所在地的水文地質條件存在明顯差異，比如有的地方地下水位深、地質結構復雜，有的地方地下土壤屬于黏性土質，使得邊坡施工難度加大。以邊坡巖土的類型及性質為例，通常情況下，如果巖土當中的泥質成分越高，那么邊坡自身的抵抗變形能力就會越弱。而每一種不同類型的巖土層，發生的土地結構改變形式也有所不同，比如性狀較為堅硬的巖土層以及黃土層，容易發生崩塌，而沉積中的軟弱夾層土則極易發生滑坡。另外，地表水和地下水的靜水壓力或者動水壓力，也會給邊坡土體的穩定性造成影響。以動水壓力為例，當地下水邊坡巖土層中滲流排出以后，由于水壓力呈現出不同的梯度，這時，水體就會對邊坡產生動水壓力，一般情況下，動水壓力的方向往往指向斜坡的臨空面，這就增加了邊坡垮塌的風險[1]。

2.2 地震颶風等不可抗力因素

新中國成立70年以來，我國的水利工程規模及數量已經位居世界前列，目前，全國各類水庫數量已近10 萬座，總庫容從新中國成立之初的200 億立方米增加到現在的近9000 億立方米，5 級以上江河堤防超過30 萬公里，全國水利工程供水能力達到8600 多億立方米，每一座城市、每一個鄉鎮都可以看到水利工程的身影。但是，對于地震與颶風等自然災害的頻發地區來說，受到這些災害破壞力的沖擊和影響，部分水利工程的邊坡穩定性也持續下降，在這種情況之下，邊坡發生垮塌、滑坡等事故的概率也顯著提升。

2.3 爆破作業的影響因素

對于一些地質結構復雜，土層堅硬的施工區域來說，在邊坡開挖施工開始之前，施工單位需要對土體進行爆破作業，而受到爆破強大沖擊力的影響，土體結構極易失穩，如果不及時采取支護措施，將無法保證邊坡的穩定性，加之受到人工作業擾動的影響，邊坡出現垮塌的風險將呈現出明顯的上升趨勢。

2.4 開挖坡度與支護時間的影響因素

在水利工程邊坡開挖施工中，邊坡的坡度值直接影響著邊坡的穩定性，如果工程施工地點的水文地質條件好，土層的層理均勻，在深度不超過3 米時，坡度值應當介于1：1-1：1.25之間，當開挖深度超過3 米而小于12 米時，坡度值應當介于1：1.25-1：1.5 之間，當開挖深度超過12 米，坡度值應當介于1：0.3-1：1.25 之間。如果開挖坡度超出取值范圍限值，那么土體的穩定性將受到嚴重影響，甚至極易發生塌方或者滑坡事故。另外，支護時間對邊坡的穩定性也會產生一定影響，如果采取先開挖后支護的方法，邊坡土體則極易出現垮塌事故，因此，在邊坡開挖支護施工中，施工單位多采用邊開挖邊支護的方法。

3、水利工程施工中邊坡開挖與支護

3.1 邊坡開挖方法

在邊坡支護施工開始之前，施工單位需要對邊坡進行開挖施工，目前，較為常見的邊坡開挖方法有質邊坡開挖、巖質邊坡開挖、槽挖以及鉆爆開挖法。其中，質邊坡開挖是采取挖掘機械配合人工開挖的方式，由上至下對邊坡土體進行挖掘，在挖掘過程中，施工單位應當嚴格遵照施工組織設計要求，對削坡層厚度予以嚴格控制，以防止出現削坡層過薄或者過厚的情況。巖質邊坡開挖主要是采取爆破的方式，對巖質土層進行處理，為了避免爆破作業時給周邊群眾的生命安全或者正常生活造成影響，施工單位應當有效控制爆破范圍，合理選擇爆破點。槽挖主要是將邊坡工程劃分為若干個小工程，然后層層開挖。而相比于其它開挖方式，在水利工程邊坡開挖施工中，鉆爆法的應用頻率相對較高[2]。

3.1.1 鉆爆開挖技術進度指標

鉆爆法主要是通過鉆孔、裝藥、爆破開挖巖石層的方式對邊坡進行挖掘，這種方法多適用于邊坡巖層較為堅硬的地區。在鉆爆施工過程中，不同的巖層級別，所采用的施工方法也有所不同。首先通過放線測量來確定炮眼的準確位置，然后按照鉆爆參數來確定炮眼的深度、角度與間距，其中，掏槽眼間距、眼底間距、行距誤差值不得超過5cm，當炮眼深度超過2.5m，內圈炮眼與周邊眼的斜率應保持一致。為了在爆破過程中減少飛石的產生量，掏槽眼的布設位置應當位于開挖斷面中下部。在裝藥前，施工人員需要利用鼓風機等設備將炮眼內部清理干凈，以防止炮眼阻塞。利用鉆爆施工技術應當避免出現超挖或者欠挖的情況，同時，應當確保爆破過程不會對襯砌結構穩定性與強度造成影響，鉆爆開挖技術的進度指標如表1所示。

表1 鉆爆開挖技術的進度指標

3.1.2 爆破注意事項

與其它土建工程不同，水利工程施工中的爆破網絡呈現出一定的微差順序特征，因此，為了減少這一誤差值，提高爆破作業的安全性，施工人員在起爆過程中，應當嚴格控制預裂孔位置的引爆時間，并且掌握預裂孔的裝藥量，這樣既可以提供后續施工質量與進度，同時，也能夠保障爆破作業安全。其次，在爆破作業開始之前，需要準確鉆出爆破孔與緩沖孔，通常情況下，鉆孔工具選擇液壓鉆，主要是由于這種鉆孔工具更易于操作，而且兩個鉆孔之間也能夠始終保持平衡狀態。在控制緩沖孔的藥卷直徑時，上下誤差值不得超過50mm，與此同時，盡量選擇連續不耦合的裝藥方式，以防止孔洞堵塞情況的發生。最后，技術人員應當合理控制預裂孔的尺寸以及爆破標準，按照裂孔外觀劃分，預裂孔主要分為馬道水平孔與坡面孔，孔的類型不同，在施鉆時，所選用的設備也明顯不同。當鉆孔施工開始后，技術人員應當合理控制鉆孔的尺寸。尤其在進行馬道水平預裂孔鉆孔時，各個孔洞之間的距離應當控制在50cm 左右，孔洞口的堵塞深度應當控制在50cm 左右。而在坡面預裂孔鉆孔過程中，孔徑大小應當控制在90cm 以內，這樣，能夠收到較好的爆破效果。

3.1.3 土質邊坡開挖方式

受到土壤性狀的影響，在雨水較為頻繁的季節不能進行邊坡土方開挖施工，究其原因是由于土體在雨水長時間的浸泡之下，如果產生松動與滑塌現象，如果盲目作業，則極易引發坍塌、滑坡等安全事故。在對土質邊坡進行開挖作業時，首先應當確定邊坡線的準確位置，然后沿著邊坡線，對土體逐層進行開挖，為了避免開挖過程中出現漏水或者塌方等安全事故，施工單位利用挖掘機進行開挖作業時，應當著眼于施工現場的實際情況，如果遇到較為松散的土體，應當及時采取人工挖掘的方法，以規避土體開挖風險。當開挖工序結束以后，為了提高土體的穩定性，施工人員應當做好后續的碾壓工作，同時，將開挖出來的土方運送至指定的堆放場地，以防止阻塞施工便道。

3.1.4 巖質邊坡開挖方式

與土質邊坡相比，巖質邊坡的開挖難度相對較大，如果僅僅憑借挖掘機或者人工作業的方式，那么前期的挖掘工作將異常艱難。因此，為了推進施工進度，保證挖掘質量，在對巖質邊坡進行開挖時，常常采取事前爆破的方式進行，出于施工人員安全性的考慮，在爆破作業開始之前，技術人員應當事先對施工現場進行仔細勘查，當確認開挖巖層具備爆破條件后，方可執行爆破操作，并在爆破前，督促安全范圍之外的其他人員及時撤出施爆現場。

3.2 邊坡支護方法

在邊坡支護施工中，根據邊坡作業層的厚度劃分，主要包括淺層支護施工與深層支護施工。其中，淺層支護所需的設備包括混凝土噴射泵、排水管、錨桿等，其中錨桿類別主要包括機械式、倒楔式、脹殼式、楔縫式以及水力脹管式等多個種類（如圖1所示），施工時，不同的錨固方式，需要選擇與之相對應用錨桿，以確保錨固效果。而深層支護則多用于土質較為松軟的地區，在施工過程中，需要注意的是：在灌漿作業時，施工單位應當采用高壓灌漿泵，以確保灌漿能夠達到施工錨墩混凝土的強度值，灌漿結束后，應利用錨索進行張拉試驗。

圖1 錨桿種類

4、邊坡開挖支護技術要點分析

4.1 技術交底與測量放線

為了進一步增強邊坡開挖支護施工的安全性，在支護施工開始之前，技術人員需要對現場作業人員進行交底工作，交底的內容應當包括邊坡開挖工序與注意事項、支護技術要點與流程以及企業的各項施工安全管理制度，當現場作業人員掌握了這些基礎信息以后，應當及時進入到施工現場。另外，測量放線的精確度直接影響著支護質量，因此，測量人員在進駐施工場地以后，應當第一時間開展測量放線工作，首先對施工現場的各種雜物進行清理，然后對原有的邊坡進行修復施工，為了保證開挖與支護效果，施工人員應當嚴格遵守施工設計圖紙的規定，以確保邊坡開挖質量能夠滿足行業標準要求。

4.2 錨桿、錨筋樁造孔

施工單位首先需要根據施工設計圖紙要求，來確定錨桿與錨筋樁的孔位，需要注意的是，孔位偏差不得大于10cm，孔軸方向偏差不得大于5°，孔的深度偏差不得大于5cm，當鉆孔工序結束以后，施工人員應當及時清理孔內殘留的碎石、渣土，確?？變葻o積水，無雜物。

4.3 錨桿與錨筋樁注樁

該道工序主要分為三個步驟，即拌制注樁砂漿、發插錨桿、錨桿注漿養護。其中拌制注樁砂漿時，應當嚴格執行配合比試驗標準，并在混凝土拌和之前對水泥、砂子等材料質量進行檢驗，檢驗內容主要包括砂子的平滑度、規格尺寸、形狀、水泥強度等。在安插錨桿階段，技術人員應對錨桿尺寸參數以及錨桿注漿的飽滿程度進行檢驗，如果在描桿注漿過程中出現砂漿外溢的情況，施工人員應當及時采取補漿措施，為了提高注漿飽滿度，在補漿時，切忌使用錨桿口抹漿的方法，當注漿與補漿工作完成后，應緩慢拔出錨桿。在錨桿注樁養護階段，為了使錨桿強度滿足標準要求，養護時間不得低于30 天，在養護期間，技術人員應當不定時對錨桿的密實度以及混凝土強度進行檢查，如果錨桿密實度不達標，應當及時采取補強措施，以確保邊坡支護效果[3]。

4.4 設置輔助鋼筋網

為了防止邊坡支護施工中出現土體坍塌或者滑坡事故，施工單位可以采取設置輔助鋼筋網的方式來增強邊坡土體的穩定性。輔助鋼筋網的設置位置應當選擇巖層或土體破碎區，在選擇輔助鋼筋網時，鋼管尺寸應當以48mm 為宜，鋼筋網尺寸以20cm×20cm 為宜，當鋼管與鋼筋網布設完畢，應當采取人工綁扎的方式，對鋼筋網予以固定，為了便于運輸與施工，施工單位可以適當增加鋼筋網的鋪設面積。當綁扎工序結束后，施工人員應對錨桿頭進行焊接作業，使錨桿與輔助鋼筋網構成一個堅實的整體，這樣可以有效避免坍塌或者滑坡事故的發生。在噴涂混凝土階段，施工人員應當遵循分區、分片、分層的噴涂模式進行，這樣能夠保證混凝土噴涂的連貫性與均勻性，在分層噴涂時，每一個分層結構的噴涂間隔應當在1 小時以上，以確保上一層混凝土的強度值滿足標準要求。在進入混凝土養護工序以后，技術人員應當加大對混凝土強度的檢查頻次，并通過抗壓測試的方法，來確定混凝土強度值，如果養護工序結束后，混凝土強度不達標，應當及是采取補強措施，以增強邊坡的穩定性與安全性。

結束語：

邊坡開挖支護技術是水利工程施工中一種常見的安全防護技術，應用該技術不僅可以提高邊坡土體的穩定性，同時，坍塌、滑坡等安全事故的發生概率也大幅降低，進而保障水利工程項目的各項使用功能可以正常發揮，這對延長水利工程項目的使用壽命都將起到積極的促動作用。