水利水電工程施工中邊坡開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

梁先吉

（中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢(xún)中南有限公司，長(zhǎng)沙 410007）

1 引言

“十三五”期間，我國(guó)水利投資達(dá)到了2.2萬(wàn)億元。在穩(wěn)增長(zhǎng)、保民生等多重舉措下，我國(guó)水利水電工程建設(shè)進(jìn)入了加速期，水利水電工程施工也由工業(yè)水利工程時(shí)代向水資源綜合開(kāi)發(fā)時(shí)代過(guò)渡。我國(guó)水利水電工程與社會(huì)大眾的日常生活存在密切關(guān)系，邊坡開(kāi)挖支護(hù)是水利水電工程施工中的常用技術(shù)，其應(yīng)用效果直接影響了水利水電工程運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

2 項(xiàng)目概況

水利水電工程位于一級(jí)支流上，壩址以上控制流域面積268 km2，是1座以供水、發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉的?。?）型工程。工程包括擋水壩、水電站、發(fā)電引水洞幾個(gè)部分，水電站總裝機(jī)容量300 kW，攔河樞紐總庫(kù)容8 560 000 m3，大壩為混凝土重力壩，最大壩高×壩頂長(zhǎng)為38 m×289 m。工程等級(jí)為IV級(jí)，主要建筑物為4級(jí)。

大壩左岸坡、右岸坡為邊坡開(kāi)挖支護(hù)范圍，左岸坡由大壩頂部高程959 m到河床最低位置高程902 m，高度為57 m，右岸坡由大壩頂部高程982 m到河床最低位置高程902 m，高度為80 m，為高邊坡。

3 邊坡開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)應(yīng)用方案

3.1 左岸坡開(kāi)挖支護(hù)方案

左壩肩岸坡巖體巖層較為平緩，穩(wěn)定性佳。但上部覆蓋粉砂巖、Q2del碎裂狀砂巖、Q2col+dl混合土塊碎石層，傾角為6.5°~13.5°，節(jié)理裂隙發(fā)育。受節(jié)理裂隙切割巖體為順向坡塊體狀、泥巖夾層的存在以及人為活動(dòng)、降水、泥化等不利條件的影響，工程性質(zhì)較差，極易出現(xiàn)掉塊、崩塌情況，需要進(jìn)行強(qiáng)風(fēng)化巖層清除（壩肩位置）工作并在弱風(fēng)化巖體上放置壩體。即在清除左壩肩坍坡積壓土體后，利用分層水平開(kāi)挖的方式開(kāi)挖邊坡坡度為1∶0.35，必要時(shí)放緩至1∶0.45，并沿著高度走向每間隔10.0 m進(jìn)行1個(gè)3.0 m寬的平臺(tái)，總開(kāi)挖坡度比為1∶0.35~1∶0.45。與此同時(shí)，進(jìn)行壩肩基巖巖體的錨固組裝、固結(jié)灌漿操作，對(duì)壩肩上部破碎巖及土層進(jìn)行防水+護(hù)坡+固結(jié)灌漿+支擋錨固施工。

3.2 右岸坡開(kāi)挖支護(hù)方案

壩肩位于單薄山梁中部，壩前單薄含量寬度、梁脊高程分別為365~582 m、959~982 m。右岸坡基座地層巖性為三疊系下統(tǒng)劉家溝組紫紅色厚層狀細(xì)砂巖夾透鏡狀泥礫巖層、砂質(zhì)泥巖，上部發(fā)育Ⅲ級(jí)基座階地，基座上覆蓋Q2pl棕紅色低液限黏土以及Q3eol淺紅色低液限粉土，厚度分別為0~8.6 m、0~4.5 m；下部覆蓋卵石混合層，厚度為0~2.5 m。開(kāi)挖時(shí)，開(kāi)挖邊坡比為1∶0.45~1∶0.65，即在清除強(qiáng)風(fēng)化層的基礎(chǔ)上，進(jìn)行臺(tái)階狀開(kāi)挖。在壩頂高程以上巖體，結(jié)合公路建設(shè)，開(kāi)挖邊坡坡度1∶0.45，并對(duì)出露巖體進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)方式為噴射混凝土。對(duì)于上部土質(zhì)邊坡，則設(shè)計(jì)開(kāi)挖邊坡坡度為1∶0.65，每一級(jí)邊坡高度最高為15.0 m，若挖方高度較大則可以摒除挖方臺(tái)階設(shè)置方式，而是直接應(yīng)用折線(xiàn)式邊坡，并采用錨固支護(hù)。

4 邊坡開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用流程

4.1 準(zhǔn)備

在邊坡開(kāi)挖支護(hù)前，準(zhǔn)備2臺(tái)日立330型挖掘機(jī)、1臺(tái)SD-160型推土機(jī)、10臺(tái)20 t自卸汽車(chē)、3臺(tái)液壓破碎錘，為開(kāi)挖作業(yè)提供支持；同時(shí)，準(zhǔn)備2臺(tái)CM-351潛孔鉆和4臺(tái)YT-28型手風(fēng)鉆，為鉆孔爆破提供支持；準(zhǔn)備1臺(tái)JDY350型攪拌機(jī)，為支護(hù)操作提供支持。由專(zhuān)業(yè)人員對(duì)材料、器具、勞動(dòng)安全防護(hù)用品進(jìn)行檢查，并根據(jù)工藝操作平面布置圖進(jìn)行各種材料堆碼，滿(mǎn)足工藝操作周轉(zhuǎn)所需[1]。

在材料準(zhǔn)備完畢后，由技術(shù)負(fù)責(zé)人結(jié)合專(zhuān)項(xiàng)方案分解施工測(cè)量、邊坡開(kāi)挖、錨桿支護(hù)與固結(jié)灌漿任務(wù)，并對(duì)相關(guān)任務(wù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行安全技術(shù)交底。

在技術(shù)交底后，技術(shù)人員可以組織專(zhuān)業(yè)測(cè)量人員進(jìn)入岸坡開(kāi)挖范圍，結(jié)合設(shè)計(jì)要求開(kāi)展測(cè)量放線(xiàn)以及岸坡開(kāi)挖輪廓線(xiàn)的標(biāo)示。同時(shí)，在人工配合下，指揮挖掘機(jī)由清基工藝操作便道進(jìn)入開(kāi)挖最高區(qū)域位置。

4.2 開(kāi)挖

案述工程開(kāi)挖可以分為左岸、右岸各一個(gè)作業(yè)面開(kāi)展，每一個(gè)開(kāi)挖作業(yè)面均選擇從上層到下層分臺(tái)階開(kāi)挖的方式一次性完成操作?？傮w工藝操作流程為挖掘機(jī)邊坡開(kāi)挖、廢棄土渣運(yùn)輸、人工坡面清理及檢查。開(kāi)挖坡面需要事先理順，依據(jù)設(shè)計(jì)坡比，由上層到下層一次性開(kāi)挖成型，規(guī)避超出開(kāi)挖體積、重復(fù)開(kāi)挖等對(duì)工期、質(zhì)量造成的影響。考慮到岸坡上存在松散堆積物，可以利用前期準(zhǔn)備的挖掘機(jī)與人工配合，將包括陡峭部分、邊角部分在內(nèi)的松散堆積物清除，并及時(shí)通過(guò)自卸汽車(chē)將開(kāi)挖土料運(yùn)輸至推土場(chǎng)。將基層清理到基巖后，面向整個(gè)壩基，采用挖掘機(jī)+破碎錘的形式，將全部樹(shù)根、樹(shù)木、亂石、表層耕植土、覆蓋層清除，促使岸坡平整度大體滿(mǎn)足要求，無(wú)反坡、臺(tái)階、急劇變坡以及孤石。

對(duì)于石方，可根據(jù)石方量先利用挖掘機(jī)沿著輪廓線(xiàn)由上層向下層開(kāi)挖翻動(dòng)，進(jìn)而選擇CM-351潛孔鉆或YT-28手縫鉆鉆爆，整個(gè)過(guò)程均需將開(kāi)挖的棄渣經(jīng)自卸汽車(chē)運(yùn)輸?shù)綏壴鼒?chǎng)地；也可以選擇深孔毫秒微差梯段爆破+手風(fēng)鉆技術(shù)，由上層到下層梯段式開(kāi)挖，每段高度為3.0~5.8 m。根據(jù)巖石邊坡厚度所選擇的爆破方式也具有一定差異，案述工程因面厚不大，主要選擇淺孔梯段爆破方式，保護(hù)層則選擇淺孔松動(dòng)爆破方式，具體包括工作面清理爆破孔位測(cè)量、潛孔鉆造孔與清孔、裝藥爆破幾個(gè)部分。

4.3 支護(hù)

在石方爆破后，可以隨機(jī)進(jìn)行錨桿支護(hù)，完成邊坡安全處理。錨桿造孔需要選擇堅(jiān)硬、平坦、具有排水溝且場(chǎng)地寬度超出4.0 m的作業(yè)面場(chǎng)，將鉆機(jī)維持在立軸（或?qū)U）、鉆桿傾角相同的狀態(tài)。同時(shí)，在人工坡面清理的情況下，結(jié)合設(shè)計(jì)要求完成孔位放樣、待造孔孔深標(biāo)識(shí)。鉆孔過(guò)程中，要合理把控鉆進(jìn)參數(shù)，特別是鉆進(jìn)速度，以降低發(fā)生卡鉆、埋鉆事故的概率。鉆孔結(jié)束后，將孔洞中多余雜質(zhì)清除，便于錨桿安裝前孔深、孔徑與孔斜的精確測(cè)量。進(jìn)而在鉆孔中心設(shè)定隔離架安裝錨桿、灌入漿液。

5 邊坡開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

5.1 土方開(kāi)挖

在土方開(kāi)挖前期，技術(shù)人員應(yīng)選擇邊坡開(kāi)挖線(xiàn)外的區(qū)域，進(jìn)行截水溝修筑，保證防排水操作的順利開(kāi)展。在截水溝修筑完畢后，技術(shù)人員可以根據(jù)圖紙要求，從上層到下層開(kāi)挖到碎落臺(tái)高度，將現(xiàn)場(chǎng)排水溝、兩側(cè)截水溝聯(lián)通，形成一定坡勢(shì)，提高排水效果。進(jìn)而利用挖掘機(jī)進(jìn)行下層邊坡范圍內(nèi)土方開(kāi)挖[2]。每一級(jí)邊坡完成后噴射混凝土。一般多臺(tái)階同時(shí)開(kāi)挖時(shí)，上部臺(tái)階較之下部臺(tái)階開(kāi)挖進(jìn)深需超出30.0 m，規(guī)避塌方風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)具體情況，分層開(kāi)挖方法也需要進(jìn)行靈活變化，常用的方法為分層縱挖法、分段縱挖法、橫挖法。其中，分層縱挖法主要是依據(jù)橫斷面全寬，沿著縱方向分層進(jìn)行土方開(kāi)挖；分段縱挖法主要是將挖方每一個(gè)工點(diǎn)劃分為幾個(gè)段落后，分層沿著縱方向進(jìn)行挖方；橫挖法主要是依據(jù)橫斷面全寬，以挖方地段的一端或兩端為出發(fā)點(diǎn)，逐步向前方開(kāi)挖。

5.2 石方爆破

在深孔毫秒微差梯段爆破+手風(fēng)鉆技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，因爆破操作風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高，技術(shù)人員應(yīng)事先進(jìn)行爆破試驗(yàn)，設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)谋茀?shù)（鉆孔直徑、梯段高度、鉆孔深度、前排炮孔單位巖石用藥量、前排炮孔間距、前排炮孔堵塞長(zhǎng)度等）、爆破規(guī)模與防護(hù)措施，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬。案述工程梯段高度小于12.0 m，垂直鉆孔直徑為115 mm，超鉆深度為1.00 m，鉆孔深度為11.0 m，臺(tái)階坡面角為75°，鉆機(jī)中心到坡頂線(xiàn)的安全距離為4.7 m。而前排炮孔單位巖石用藥量為0.45 kg/m3，前排炮孔間距為4.3 m，前排炮孔堵塞長(zhǎng)度為4.0 m。同時(shí)，在考慮前排爆破巖石對(duì)后排炮孔阻礙作用的情況下，后排炮孔單位巖石用藥量應(yīng)為0.55 kg/m3，后排炮孔按三角形布置，間距為4.25 m，排距為3.85 m，后排炮孔堵塞長(zhǎng)度為4.2 m。具體布置時(shí)，出于爆破規(guī)模控制需要，應(yīng)限制每次深孔梯段炮孔個(gè)數(shù)在30個(gè)、3排以下。裝藥時(shí)選擇連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，裝填炸藥為φ90 mm卷裝乳化炸藥、散裝銨油炸藥，從炮孔底部開(kāi)始逐層密實(shí)、均勻裝填，并在中部裝入2發(fā)非電毫秒雷管起爆藥包，最后，利用鉆孔巖粉、黃土堵塞炮孔。

在挖掘機(jī)+潛孔鉆/手風(fēng)鉆鉆爆技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，技術(shù)人員可以以控制二次爆破對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境的干擾為重點(diǎn)，利用孔徑為35.00 mm的潛孔鉆破碎大巖塊，促使大塊孤石上部“開(kāi)花”、底部炸碎，以達(dá)到有效控制飛石的效果。一般在孔深低于0.50 m時(shí)，最小抵抗線(xiàn)、孔間距均與孔深相等，堵塞長(zhǎng)度為4/5孔深；孔深為0.5~1.0 m時(shí)，最小抵抗線(xiàn)、孔間距均與孔深相等，堵塞長(zhǎng)度為3/5孔深；孔深為1.0~1.5 m時(shí)，最小抵抗線(xiàn)為0.8~1.2 m，孔間距為0.8~1.0 m，堵塞長(zhǎng)度為1/2孔深；而在孔深超出1.5 m時(shí)，最小抵抗線(xiàn)為1.0~1.2 m，孔間距為1.0~1.2 m，堵塞長(zhǎng)度為0.75~1.00 m。

需要注意的是，因案述工程邊坡開(kāi)挖面高差較大，坡度較陡峭，坍塌、滑坡風(fēng)險(xiǎn)較多，需要注意邊坡開(kāi)挖、支護(hù)間隔時(shí)間的銜接。

5.3 錨桿組裝要點(diǎn)

在鉆孔完畢后，技術(shù)人員可以利用清水完全沖洗孔底沉渣至清水返回。進(jìn)而沿著軸線(xiàn)方向，利用粗鋼筋桿體每間隔1.50~2.00 m進(jìn)行1個(gè)定中架設(shè)置。在錨桿桿體自由段，需要牢固包扎塑料管、塑料布，并利用沿絲綁扎桿體自由段錨固體連接位置。將注漿管、錨桿共同放入前期鉆設(shè)孔內(nèi)，促使管端部、孔底部之間距離為50.00 mm，且在錨桿體放入角度、鉆孔傾角數(shù)值相同，避免錨桿體出現(xiàn)壓彎曲或扭曲情況。

5.4 固結(jié)灌漿要點(diǎn)

案述工程邊坡支護(hù)采用水泥與砂比例為1.2，水灰比為0.45的漿液，技術(shù)人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)配比，放入前期準(zhǔn)備材料，均勻攪拌、過(guò)篩，邊攪拌邊使用。在砂漿泵驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)壓漿管將漿液傳輸?shù)姐@孔底部，邊灌注邊拔出注漿管，控制注漿管口處于灌漿面以下，并活動(dòng)漿液灌入管道。進(jìn)而由鉆孔底部返回到鉆孔端部，在漿液初次凝結(jié)前使用完畢，保證漿液灌注管道時(shí)處于暢通狀態(tài)[3]。

6 結(jié)語(yǔ)

水利水電工程是通過(guò)修建多種類(lèi)型水工建筑物以實(shí)現(xiàn)水資源利用的工程。加強(qiáng)水利水電工程建設(shè)不僅是強(qiáng)化城鄉(xiāng)防洪、供水、供電的需要，還是增強(qiáng)水生態(tài)治理與保護(hù)的重要抓手。因此，在工程建設(shè)過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)邊坡開(kāi)挖與邊坡支護(hù)的關(guān)注，選擇恰當(dāng)?shù)倪吰麻_(kāi)挖與邊坡支護(hù)手段，沿著正確的步驟操作，開(kāi)挖一級(jí)、防護(hù)加固一級(jí)，逐級(jí)開(kāi)挖、逐級(jí)防護(hù)，嚴(yán)格把控技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，以保證邊坡的穩(wěn)定性，為水利水電工程的安全、穩(wěn)定提供保障。