水利工程施工中的邊坡開挖支護技術分析

王旭鑫

甘肅水利機械化工程有限責任公司，甘肅蘭州，730000

0 引言

水利工程的開展具有工程量較大且施工周期較長的特征，通常情況下水利工程的開展涉及的建設范圍較廣，同時水利工程的建設質量也對人們的日常生產生活產生了極大的影響。因此，在施工過程中施工技術人員必須要結合不同地理環境下建設水利工程的影響因素，充分考慮到施工區域周邊的地質條件以及水文條件，才能進行合理的施工設計。除此之外，施工技術人員還應該結合施工區域周邊居民的居住狀態以及河道狀況，全方位、多角度地考慮水利工程的施工規模以及施工整體結構。邊坡開挖技術是水利工程施工環節中常見的工程技術之一，同時也是確保水利工程后期運行穩定性的重要環節。但是由于邊坡在開挖過程中容易受到施工人員專業技術以及周邊地質環境條件的影響，很可能會導致邊坡開挖過程中出現變形或不均勻沉降的問題，為了有效地應對邊坡開挖過程中的土層變形以及不均勻沉降等問題，邊坡開挖支護技術由此誕生。目前，邊坡開挖支護技術被廣泛地應用在我國的水利工程基礎環節建設工作中，在水利工程邊坡開挖環節穩定土質基層、強化地基承受能力等方面起到了不可替代的重要價值，同時，邊坡開挖支護技術也為水利工程的支護結構提供了重要的安全性保障，為后期水利工程的有序開展鋪墊了良好的基礎。

1 工程概述

本文主要是研究了張家川富川水源工程，該工程位于甘肅省天水市張家川回族自治縣，距離省會蘭州市378公里。為了確保水利工程施工能夠順利進行，施工專業技術人員需要提前在施工區域進行現場勘查工作，以便及時了解水利工程開展過程中周邊的地質條件以及水文狀況。在該水利工程的規劃過程中，主要將工程分為了水利大壩、溢洪道、泄洪洞以及引水工程這幾部分，而該水庫的總容積達到了498萬立方米，該設計的壩頂高程為1947米，工程屬于小規模工程。而混凝土面板堆石壩的設計工程中，壩頂高程達到了1947米，最大高度達到了71米，而壩頂的長度達到了一百八十三點五米。該工程的上下游區域坡度為1比1.4，并且該工程中在下游壩坡設置了馬道，馬道的寬度為2.5米。而該工程的下游區域壩坡一級馬道以上漿砌塊石護坡，而在一級馬道以下建立塊石護坡。該水利工程樞紐處從左向右依次分別為左岸的灌漿廊道工程、側槽式河岸溢洪道工程、面板堆石壩工程以及右岸灌漿廊道工程。其中，側槽式河岸溢洪道工程位于該河道的左岸，該工程中，控制段與水利工程大壩的軸線之間呈現出17.7度的夾角，而在河道右側，主要是通過利用混凝土水壩結構與主體大壩結構之間相互銜接，河道的左側與河岸邊的基巖結構之間直接相連，而在側槽下游的控制端設計了一座連接河道兩岸的交通橋，將壩頂位置和河道的左岸道路之間相互連接。該工程中的溢洪道采用的是敞開式溢洪道設計方式，而溢洪道主要是由控制段、12米的側槽段、8.395米的調整段以及200米的泄槽段所構成的，溢洪道的水平總距離長度約為226.644米。因此，水利工程的施工團隊必須要根據土方開挖的深度以及周邊地質水文條件合理地選擇和應用邊坡開挖支護技術，才能確保后期施工的穩定運行[1]。

2 水利工程施工過程中邊坡開挖支護技術的應用價值

水利工程是國家基礎性土木工程建設的重要構成部分，水利工程的建設能夠通過合理的調節和控制地下水以及自然界的地表水，方便人們的日常生產和生活用水。與此同時，水利工程的開展對于防止城市內澇災害、城鎮供排水、提升水利資源的應用效率、生態環保、抗干旱等方面都扮演著至關重要的角色。因此，水利工程的建設屬于一項公益性的基礎性建設，對于維持國民經濟的穩定性發展、維護周邊城鎮地區居民的生活穩定性和安全性具有重要意義。在水利工程施工建設中，邊坡開挖環節是最為重要的基礎性環節，在水利防洪工程、農田周邊水利工程、水力發電工程以及水利綜合應用工程中都會涉及邊坡開挖工程。但由于水利工程開展過程中所處的周邊地質條件復雜多樣，因此，在邊坡開挖環節中邊坡所屬的地質結構也大不相同。例如，根據時間依據可以將邊坡工程劃分為臨時邊坡工程和永久邊坡工程。而根據邊坡工程的地質巖性條件，可以將邊坡工程劃分為層狀結構邊坡工程、塊狀結構邊坡工程、順向邊坡工程、立志邊坡工程以及反向邊坡工程等類型。而在邊坡施工環節中為了保障施工結構的穩定性以及施工的安全質量，確保邊坡施工環節能夠在水利工程開展過程中發揮應有的作用，必須要根據水利工程周邊的地質條件以及巖性條件選擇合適的支護技術，確保邊坡開挖工程的質量能夠符合水利工程的建設要求，避免在邊坡開挖環節中出現巖層塌陷、不均勻沉降或土層滑坡等現象[2]。

3 影響水利工程邊坡開挖支護質量的重要因素

3.1 水利工程施工前期爆破工程的影響因素

在水利工程施工過程中的邊坡挖掘工作進行之前，如果土方開挖的深度較深，就需要提前進行爆破工作，而爆破工作也是為后期水利工程邊坡開挖環節中尋找挖窗并且留下窗口的重要工程。而在水利工程施工開展之前，采用的爆破施工技術主要有鉆爆法，這種爆破技術在應用過程中具有爆破能力較強且準確性較高的優勢，同時，在應用時也不會產生較大的安全風險。而在水利工程的土方挖掘工程之前，采用鉆爆法進行爆破工作，必須要確保爆破區域周邊的土層條件以及巖石結構具備相應的承載能力。目前，在我國水利工程建設項目中鉆爆技術已經得到了廣泛的應用，并且這項爆破技術還能夠有效地提升水利工程涵洞施工環節以及土方開挖工程的施工效率。但由于爆破技術在施工過程中可能會產生巨大的震動作用，導致周邊的土層結構存在較大的不穩定性，這也影響到了后期水利工程邊坡開挖的穩定性[3]。

3.2 周邊地質水文條件的影響

水利工程是國家建設的大型基礎性項目工程，水利工程的建設效率以及建設質量會直接影響到國民經濟的穩定性，同時也與人們的日常生產、生活之間具有密不可分的關系。在水利工程建設過程中，周邊水文地質條件的變化以及差異性也會直接影響到水利工程的施工條件，如果水利工程周邊的地下水位極不穩定，或周邊土層區域的不穩定性較強就可能會為水利工程的邊坡施工環節帶來較多的不確定性因素。因此，水利工程在進行正式施工之前，施工人員必須要對施工區域周邊的水文地質狀況進行實地勘察，尤其是要掌握施工周邊的地形、地貌特征、地下水位變動狀況，提前排查水利工程后期邊坡施工環節中的影響因素，在對工程周邊的地質水文條件進行全方位的挖掘后才能夠進行邊坡挖掘施工[4]。

4 水利工程中的邊坡開挖支護技術

4.1 邊坡開挖施工技術

4.1.1 土方開挖技術

在邊坡開挖工程正式開始之前，測量人員必須用專業的設備、儀器對施工周邊的狀況進行深度探測，同時，還應該利用計算機設備對施工地區周邊的水文地質條件進行綜合評估，了解施工區域周邊的水文特征、土壤特性、環境狀態、基坑深度等情況，并以此為參考依據，制定科學的邊坡開挖方案。在土方開挖的環節中，通常情況下需要選擇與施工地區水文地質條件相適應的施工機械進行挖掘施工，施工過程中應該科學地控制施工深度，并且根據周邊水文地質狀況選擇相應的支護方案。如果在邊坡開發環節中受到周邊地質條件或其他因素的限制，無法應用大型的機械設備進行挖掘，還可以通過預先放映以及邊坡軌道的方式進行人工挖掘作業，并且根據邊坡開挖的深度以及周邊的土層條件對鉆井線進行靈活的調整，確保施工過程中的挖掘深度和坡度與設計圖紙保持一致[5]。

4.1.2 石方開挖技術

而在石方開挖環節中，由于周邊的巖層具有較高的硬度以及厚度，因此，在施工之前，必須要對周邊的巖石層面進行綜合性的評估，根據巖石層的相關參數確認挖掘技術和方案。通常情況下在石方開挖工程中都會選擇鉆孔施工技術，鉆孔施工技術應用過程中，必須確保施工速度的合理控制，并且能夠及時清理挖掘機上所粘附的其他雜質或殘留物質。如果挖掘過程中巖層浮于土層表面，應該用挖掘機將巖石拔出并且斬斷，施工作業需要始終遵循分層開挖的原則來進行操作。在進行爆破施工時，還需要根據周邊地區的巖層條件、巖層高度、邊坡的坡度來選擇爆破的方法和技巧。總而言之，無論是土方開挖工程還是石方開挖工程在開發過程中，都可能會由于受到周邊環境的影響造成挖掘施工的不穩定性，因此，必須要根據土方開挖或石方開挖工程周邊的土層條件和地質狀況選擇合適的邊坡支護技術，確保水利工程中邊坡開挖工程的穩定性[6]。

4.1.3 鉆爆技術

如果水利工程所處位置周邊坡土體的整體硬度較大，就可以考慮采用鉆爆施工技術，從而滿足水利工程邊坡開挖施工的要求。鉆爆施工技術主要是應用了爆破原理，同時也結合了巖體力學等相關領域的知識，這項技術的施工人員需要具備相應的綜合性知識才能確保鉆爆技術的施工效果。在鉆爆技術應用過程中還應該混合錨桿支護以及混凝土噴射支護技術，尤其是在面臨涵洞和隧道的支護問題時，通過鉆爆技術的應用，也能夠在水利工程的涵洞施工環節中未體的開挖支護創造條件[7]。

4.2 邊坡支護施工技術

4.2.1 深層支護技術

深層支護技術在應用過程中需要采用不同的施工輔助設備進行。深層支護技術也是水利工程邊坡開挖環節中最為重要的輔助支護技術。在施工過程中，可以通過預應力錨桿、固結灌漿以及預應力錨索這三種形式進行，其中，預應力錨索以及預應的錨桿在施工步驟上相對接近，都是通過錨索對需要加固的土層施加預應力的方式，避免邊坡挖掘過程中出現進一步的變形危害，從而有效地提升周邊圍巖結構的承受能力。

4.2.2 擋土墻支護技術

在進行懸臂擋土墻施工過程中，需要根據周邊地區的水文地質條件，采用鋼筋或木樁等材料嵌入邊坡的土壤層中，這樣就能夠為邊坡的土壤帶來堅硬的防護層，確保邊坡的支護能力[8]。在利用擋土墻支護技術時，首先需要合理地選擇鋼筋或木樁等材料的嵌入位置，然后再利用焊接的方式對鋼筋進行處理，可以根據邊坡支護的實際要求或周邊土層結構的穩定性構建一道懸臂擋土墻，這樣就能夠有效地防止在邊坡挖掘過程中，周邊土層塌落或出現不均勻沉降的問題。為了達到良好的擋土墻支護效果，還需要將擋土墻中的鋼筋或木樁的位置間隔進行靈活的調整，應該根據邊坡挖掘的角度以及坡度來確認擋土墻的高度，通常情況下需要將擋土墻的高度控制在六米到九米之間[9]。

4.2.3 錨桿支護技術

錨桿支護技術在正式應用之前，需要對錨桿原材料進行防腐蝕處理工作，這樣才能確保錨桿在后期土層環境應用過程中不會受到土層介質的影響發生腐蝕問題。在施工過程中，錨桿的插入點以及位置需要根據邊坡挖掘的傾斜角度來進行調節，并以此為依據來選擇抗滑樁技術、預應力錨固技術、噴錨支護技術等不同的技術類型[10]。可以根據水利工程邊坡開挖環節，施工區域周邊不同的巖土介

質狀況以及設計要求確認鉆錨固孔的位置，并且靈活地控制錨桿之間的距離，通常情況下每一根錨桿之間的距離需要控制在三米左右。在支護工程開始時，需要將錨桿的位置設置在鉆孔的中央位置，并且利用環形墊塊對錨桿周邊的土層進行加固。需要注意的是，不同錨桿之間的位置，間距誤差值必須要小于1.5厘米，與此同時錨桿與鉆孔軸線之間的偏差角度也不能超過3度。根據土層條件的不同判斷，在水利工程的邊坡挖掘環節中，采用永久性錨桿固定技術還是臨時性錨桿固定技術（如圖1）。為了更好地對支護欄進行固定，可以利用三根以上質量以及規格相同的鋼筋固定在錨桿上，并且將三根質量和規格相同的鋼筋焊接成三角形，確保錨桿支護攔的結構穩定性[11]。

4.2.4 混凝土噴涂支護技術

為了更好地抵御邊坡挖掘施工過程中惡劣地質條件以及周邊自然環境帶來的侵蝕能力，以及其他不穩定因素，可以采用混凝土噴涂的施工技術，保障邊坡施工的穩定性。在混凝土噴涂技術中，混凝土的配比以及其物理化學性質是影響混凝土噴涂技術應用效果最為關鍵的因素。因此，施工人員應該根據周邊的土質條件，對混凝土進行科學的配比，如果邊坡挖掘過程中作業危險度較高，還需要應用吊籃裝置進行加固處理。混凝土噴涂施工技術需要有專業的施工設備輔助控制混凝土噴涂施工過程中混凝土原材料的溫度，在噴涂結束之后還需要用刮刀和膩子進行抹平操作，同時，在后期還應該通過噴水養護等措施確保施工表面的平整度[12]。

5 結語

綜上所述，邊坡開挖支護技術是維護水利工程基層穩定性以及后期正常運轉的重要施工環節，同時也是確保水利工程功能發揮的基礎性施工步驟，能夠保障水利工程在后期即使遇到外界水環境的強力沖擊也能夠維持穩定性。因此，在邊坡開挖施工環節中必須要考慮到影響邊坡開挖施工穩定性的因素，并根據不同的影響因素選擇合適的邊坡開挖支護技術，確保水利工程中邊坡開挖環節的穩定性，提升水利工程的建設可靠性。