水利水電工程邊坡開挖與支護(hù)施工技術(shù)研究

李敏

(中國安能集團(tuán)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(shè)項(xiàng)目明顯增多。水利水電工程與社會發(fā)展以及人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)，是利國利民的重要建設(shè)項(xiàng)目。和其他工程項(xiàng)目相比，水利水電工程存在建設(shè)環(huán)境復(fù)雜的特征，尤其是地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜地區(qū)的邊坡問題，常常成為施工過程中的重難點(diǎn)問題。為確保施工安全，防范滑坡及巖層塌陷等風(fēng)險，水利水電工程要結(jié)合地質(zhì)情況，選擇合理的開挖和支護(hù)施工技術(shù)，以強(qiáng)化邊坡穩(wěn)定性。本次研究結(jié)合某水利水電工程實(shí)例開展邊坡開挖和支護(hù)施工技術(shù)研究，以期作為施工參考。

1 工程概況

某水利水電工程項(xiàng)目位于四川省阿壩藏族羌族自治州境內(nèi)。該地區(qū)平均海拔3200m，邊坡寬120m，高80m。通過地質(zhì)勘察可知，該工程項(xiàng)目的地質(zhì)條件不佳，區(qū)域內(nèi)斷層發(fā)育，還存在許多細(xì)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(xiàng)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(hù)施工的重要性及要求

2.1 邊坡開挖與支護(hù)施工的重要性

水利水電工程受到水流、地形地質(zhì)、水文、氣象條件的影響較大，加之施工組織復(fù)雜，涉及部門多（如防洪、航運(yùn)、灌溉）、臨時輔助設(shè)施多，并且存在較大施工安全隱患，施工質(zhì)量備受關(guān)注。邊坡開挖與支護(hù)是該類工程施工的重要環(huán)節(jié)，如果施工技術(shù)不當(dāng)或者施工水平較低，可能會降低施工質(zhì)量，甚至影響工程項(xiàng)目的安全。邊坡開挖與支護(hù)施工不僅能夠確保施工順利進(jìn)行，保障工程施工質(zhì)量；還能強(qiáng)化工程結(jié)構(gòu)，避免后續(xù)出現(xiàn)裂縫、滲水、坍塌等風(fēng)險，確保工程項(xiàng)目的安全。

2.2 邊坡開挖與支護(hù)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(nèi)向外推進(jìn)[1]。

（2）邊坡支護(hù)要求：挖掘結(jié)束后支護(hù)施工，同樣自上而下分層操作，先完成淺層支護(hù)，再進(jìn)行深層支護(hù)，支護(hù)間隔≥15cm。支護(hù)施工要按順序操作，分別涵蓋混凝土覆蓋，邊坡錨桿束支護(hù)，構(gòu)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(hù)施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

該工程邊坡的坡度高，采取開挖與支護(hù)施工技術(shù)難度大，再加之存在交叉施工及當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件限制，易影響施工質(zhì)量。施工前全面落實(shí)準(zhǔn)備工作：

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

（2）準(zhǔn)備施工材料，鋪設(shè)施工道路避免延誤工期；

（3）組織施工技術(shù)人員培訓(xùn)，審核施工圖紙及資料，檢查水源、電源基礎(chǔ)設(shè)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(shí)現(xiàn)場排水設(shè)計(jì)；

（5）檢查施工設(shè)備性能，如鉆孔設(shè)備等。

3.2 邊坡開挖施工技術(shù)

3.2.1 安全監(jiān)測技術(shù)

工程所處地區(qū)地質(zhì)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(jìn)行加固（可采用預(yù)應(yīng)力錨索、混凝土抗滑樁）。以利用預(yù)應(yīng)力錨索加固為例，要提前確保邊坡剛度達(dá)標(biāo)，注意錨索長度不宜過大。該工程施工中需要爆破施工，要結(jié)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(dǎo)。

3.2.2 邊坡清理技術(shù)

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(chǔ)。

3.2.3 土質(zhì)邊坡及覆蓋層開挖技術(shù)

利用反鏟開挖邊坡厚層土方、覆蓋層，利用自卸車將其運(yùn)輸?shù)街付▓龅亍ｉ_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(jī)集渣輸送到棄渣場，孤石則將其炸裂挖掉。臨近施工設(shè)計(jì)方案規(guī)格的土質(zhì)邊坡，可利用小型反鏟開挖，并預(yù)留50m用人工完成，以滿足施工設(shè)計(jì)要求。

3.2.4 土石方開挖技術(shù)

土石方開挖是該工程關(guān)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(shè)計(jì)好節(jié)水、排水設(shè)施，并聯(lián)合工程項(xiàng)目實(shí)際選擇適當(dāng)?shù)拈_挖技術(shù)方案。

（1）機(jī)械開挖技術(shù)：利用液壓鉆、潛孔鉆、手風(fēng)鉆等設(shè)備分層次進(jìn)行挖掘，保障巖體結(jié)構(gòu)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(jiān)硬程度選擇是否采取預(yù)裂爆破技術(shù)，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(shù)：人工負(fù)責(zé)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(jié)束后要全面檢測，嚴(yán)格按照施工技術(shù)方案確定開挖量。

3.2.5 預(yù)裂爆破技術(shù)

該工程邊坡采取預(yù)裂爆破技術(shù)，根據(jù)施工量選擇安全有效方案，并嚴(yán)格控制爆破相關(guān)參數(shù)。主爆孔、緩沖孔直徑均約80mm，選擇用液壓鉆鉆孔；預(yù)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(shè)計(jì)的坡比和超深以及臺階高度確定，按照公式L＝（H+h）/sinα來計(jì)算。合理選擇爆破中的炸藥，設(shè)置裝藥結(jié)構(gòu)和線裝藥的密度，并構(gòu)建完善的起爆網(wǎng)絡(luò)。要求執(zhí)行爆破的技術(shù)人員具備專業(yè)水平，并且爆破經(jīng)驗(yàn)豐富，提前接受培訓(xùn)考核，以全面保障工程及人員安全。

3.3 邊坡支護(hù)施工技術(shù)

3.3.1 噴射混凝土技術(shù)

為順利進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，提前落實(shí)工程邊坡準(zhǔn)備工作，拆除作業(yè)面障礙物。作業(yè)區(qū)照明充足通風(fēng)良好，且機(jī)械設(shè)備、輸料管路、電氣線路均檢查合格。結(jié)合該工程項(xiàng)目特點(diǎn)及試驗(yàn)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(diǎn)：

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

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

（3）噴頭在工作面上進(jìn)行穩(wěn)定均勻的圓形（或橢圓）軌跡運(yùn)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(jìn)行，以保障支護(hù)效果并便于質(zhì)量管理；噴射從上到下，以免回彈物料污染待噴面；

（4）處理結(jié)構(gòu)間接縫避免漏噴；

（5）噴射面要平整，滿足設(shè)計(jì)要求，可通過控制材料、水灰比、噴射速度、噴射距離、技術(shù)熟練度實(shí)現(xiàn)。

3.3.2 錨桿支護(hù)技術(shù)

考慮該工程所在環(huán)境降雨量、水流量均較大，易導(dǎo)致邊坡加固工程區(qū)域的土質(zhì)緊實(shí)度不足發(fā)生滑坡風(fēng)險，經(jīng)施工技術(shù)人員勘察后認(rèn)為可采取錨桿支護(hù)技術(shù)。

（1）明確施工要求。施工材料、設(shè)備、細(xì)節(jié)均按設(shè)計(jì)方案進(jìn)行準(zhǔn)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(yán)密。

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

（3）選擇氣腿式風(fēng)鉆鉆孔，操作時錨桿的孔軸與開挖坡面垂直；鉆孔力度加強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(nèi)避免觸碰、敲擊錨桿，現(xiàn)場進(jìn)行嚴(yán)格管理。

3.3.3 鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)技術(shù)

（1）施工前設(shè)計(jì)鋼筋網(wǎng)布置點(diǎn)位和連接方式，裝置加強(qiáng)型鋼筋網(wǎng)；

（2）考慮鋼筋網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)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(shè)后噴淋混凝土加固，排出支護(hù)結(jié)構(gòu)廢水；噴射前檢查材料和設(shè)備的連接性，清理坡面的粉塵，將噴射的厚度控制在0.1m內(nèi)；

（4）落實(shí)通風(fēng)通氣管道布設(shè)。

3.3.4 鉆孔灌注樁技術(shù)

（1）開鉆成孔：施工前確定樁基參數(shù)、地質(zhì)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(shù)：融合該技術(shù)能從力學(xué)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(shè)計(jì)、制作、荷載，確保質(zhì)量達(dá)標(biāo)；

（4）埋設(shè)護(hù)筒：護(hù)筒頂設(shè)置吊環(huán)，埋設(shè)前用交叉法保護(hù)樁位，確認(rèn)無誤后鉆機(jī)就位；

（5）澆灌混凝土，嚴(yán)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(jié)合該工程地質(zhì)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(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)

（1）鉆孔固壁：鉆孔過程中分析工程地質(zhì)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(kuò)散。

（2）制作錨索：用1860Mpa的高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，結(jié)合每個孔的長度多1.0m，并用砂輪機(jī)切割下料。每束含7根鋼絞線，且鋼絞線精準(zhǔn)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(shè)施逐一編號。安裝前充氣檢查，在錨索前段焊接導(dǎo)向帽。

（3）內(nèi)錨段灌漿：注漿時要考慮到設(shè)計(jì)方案上的理論量，也要結(jié)合實(shí)際的巖層縫隙，確定注漿錨固段注滿后進(jìn)行3min保壓，增加密實(shí)性。注漿壓力控制在0.3～0.5MPa間，砂漿強(qiáng)度控制在M30，注漿后在孔口鋼套管上安裝導(dǎo)向管[4]。

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

3.3.6 固結(jié)灌漿技術(shù)

固結(jié)灌漿技術(shù)的應(yīng)用能有效消除及改進(jìn)工程地基缺陷，確保地基更加穩(wěn)固，防滲能力更強(qiáng)。利用鉆孔機(jī)鉆孔，從鉆孔的深度、孔徑、傾斜角度等檢測鉆孔質(zhì)量，而后再進(jìn)行固結(jié)灌漿。

（1）分段灌漿：自上而下，分段鉆進(jìn)灌漿；當(dāng)達(dá)到預(yù)定深度時即可。優(yōu)點(diǎn)是鉆進(jìn)成本低，缺點(diǎn)是需沖洗孔，易造成漿液回流浪費(fèi)。

（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(jìn)漿管和泵管連接注漿，優(yōu)點(diǎn)是大小孔隙都能灌注，缺點(diǎn)是成本相對較高。

4 邊坡開挖與支護(hù)施工質(zhì)量控制

4.1 完善基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作

為保障工程邊坡開挖預(yù)支護(hù)施工質(zhì)量，要完善多項(xiàng)基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作。首先，嚴(yán)格落實(shí)技術(shù)交底，根據(jù)施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度多個維度進(jìn)行衡量，防范施工中可能存在的風(fēng)險；施工過程中執(zhí)行管理規(guī)定，詳細(xì)告知施工技術(shù)人員注意事項(xiàng)，并落實(shí)培訓(xùn)考核，引導(dǎo)人員注重風(fēng)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(zhì)因素等制定行之有效的方案，制定緊急預(yù)案，全面保障開挖與支護(hù)工程順利進(jìn)行。最后，施工中尤其注意辨別和處理邊坡不良結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差易會加大崩塌風(fēng)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(zhì)工程師在現(xiàn)場監(jiān)督，提出針對性的支護(hù)措施。

4.2 強(qiáng)化安全監(jiān)測工作

工程邊坡開挖預(yù)支護(hù)施工過程中要落實(shí)嚴(yán)密的振動監(jiān)測，主要是分析爆破質(zhì)點(diǎn)的振動速度。利用鉆孔對爆破前后的聲波變化進(jìn)行判定，分析是否對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生明顯的影響。監(jiān)測中使用專業(yè)技術(shù)設(shè)備，如爆破振動儀、振動分析系統(tǒng)等，并合理布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，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(hù)施工提供可靠參數(shù)。

5 結(jié)束語

綜上所述，水利水電工程邊坡施工具有技術(shù)難度高、影響因素多、危險性大等特點(diǎn)。邊坡開挖與支護(hù)施工技術(shù)的廣泛應(yīng)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(hù)施工技術(shù)，提出要從完善基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作和強(qiáng)化安全監(jiān)測工作方面確保施工質(zhì)量，最終確保邊坡開挖與支護(hù)施工技術(shù)能夠最大化地發(fā)揮優(yōu)勢，保障施工質(zhì)量。