水利工程中高邊坡開挖質(zhì)量實時控制

陳思

（四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

0 引言

水利項目工程中高邊坡開挖受多種因素影響，若不能實時控制這些影響因素，很容易導(dǎo)致高邊坡開挖施工出現(xiàn)偏差，不符合工程設(shè)計要求，影響后續(xù)施工程序，甚至對整個工程產(chǎn)生不利影響。高邊坡開挖施工后，要進(jìn)行嚴(yán)格細(xì)致的評定，只有在評定合格后才能進(jìn)行后續(xù)施工。隨著當(dāng)今技術(shù)發(fā)展，水利工程高邊坡開挖質(zhì)量監(jiān)測多采用三維激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行，主要構(gòu)成部分包括三維激光掃描儀、計算機及系統(tǒng)配套軟件等，這種技術(shù)方式突破傳統(tǒng)測量檢測方法，具有高精度、高效率等優(yōu)點，能快速獲取被測對象的表面空間數(shù)據(jù)，在監(jiān)測高邊坡開挖面方面優(yōu)勢明顯。

1 水利工程邊坡開挖支護(hù)重要性

在水利工程施工中，邊坡開挖支護(hù)就是可以對四周環(huán)境展開支護(hù)及保護(hù)的關(guān)鍵性舉措，而且也是提高施工水平的重要一環(huán)，在實際作業(yè)期間，相關(guān)的工作人員要注重科學(xué)應(yīng)用邊坡支護(hù)措施，除此之外，諸多因素都會影響到項目施工的質(zhì)量和安全，所以一定要系統(tǒng)化地解析各個影響要素，由此提升工程預(yù)案的可操作性，最大限度防止安全事故的發(fā)生。在作業(yè)過程中靈活利用邊坡支護(hù)技術(shù)，能夠有效地提升項目開挖的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故，保證水利工程項目的順利開展。

2 水利工程高邊坡穩(wěn)定性影響因素

2.1 地質(zhì)結(jié)構(gòu)因素

高邊坡質(zhì)量控制實施，需要有效參考相應(yīng)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)因素，根據(jù)不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點，選用相應(yīng)的高邊坡加固施工途徑，進(jìn)而有效提高水利項目的總體水平。

2.2 自然環(huán)境因素

通常而言，在高邊坡的底層經(jīng)常會蘊含很多地下水。如果這樣的問題得不到妥善解決，則會對高邊坡的底層結(jié)構(gòu)造成相應(yīng)的侵蝕，隨著侵蝕作用的不斷積累，往往會導(dǎo)致高邊坡結(jié)構(gòu)變形的問題出現(xiàn)，影響水利工程的穩(wěn)定性。此外，日常降水也能夠?qū)Ω哌吰碌慕Y(jié)構(gòu)造成影響，在較大的降水過程中，甚至?xí)?dǎo)致滑坡等危險事故的發(fā)生。因此，在高邊坡質(zhì)量控制技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要充分考慮自然環(huán)境因素的影響。

2.3 施工影響因素

水利工程的施工階段，往往會對邊坡產(chǎn)生威脅穩(wěn)定性的影響。由于施工流程的需要，水利工程中通常會采用爆破等施工手段，爆破產(chǎn)生的震動及沖擊波，往往會對邊坡產(chǎn)生直接影響，導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性降低。因此，在水利工程施工過程中，需要進(jìn)行謹(jǐn)慎選擇施工的方法，并且嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，從而盡量減少施工階段對高邊坡穩(wěn)定的影響。

2.4 人為因素

在水利工程的施工過程中，很多施工規(guī)劃人員沒有考慮到相應(yīng)的高邊坡穩(wěn)定因素，因此，在施工設(shè)計的過程中，忽略相應(yīng)的高邊坡施工。這種人為造成的失誤，會對水利工程造成相應(yīng)的高邊坡安全隱患，很容易導(dǎo)致在后續(xù)的施工過程中，出現(xiàn)各種高邊坡安全問題。

3 高邊坡開挖質(zhì)量實時控制方法

3.1 工程實例

某地區(qū)水庫工程作為一座以城鄉(xiāng)供水為主，同時給城市供水提供源源不斷水源及電力的重要設(shè)施，工程等級為II 等工程（大（二）型）。水庫總庫容1.73 億m3，正常蓄水位763.00m，相應(yīng)庫容1.65 億m3，主要建筑物包括擋水大壩、引水發(fā)電以及供水建筑物等。壩后電站利用灌溉、生態(tài)流量及水庫棄水發(fā)電，裝機容量12MW，裝機3 臺，供水電站裝機容量6.4MW，裝機2 臺。此水庫工程大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，其最大壩高123.0m，壩頂軸長373.0m。在水庫左岸高邊坡開挖區(qū)域主要集中左壩肩EL768m以上邊坡和EL768m 以下趾板邊坡，整個邊坡開挖深度達(dá)到209m，開挖共分為十四級馬道進(jìn)行，總開挖方量在266000m3，工程施工工期較緊。

3.2 高邊坡開挖施工問題

高邊坡開挖施工前期主要面臨的問題有以下幾點：①高邊坡底板不平，反鏟清渣施工較為困難，開挖深度增加較為緩慢，且清渣不徹底對后續(xù)施工影響較大；②邊坡開挖爆破施工時巨石和大石塊較多，需要進(jìn)行二次爆破施工，對施工連續(xù)性及出渣效率影響較大；③馬道高邊坡開挖施工不易控制，容易出現(xiàn)超前挖現(xiàn)象，導(dǎo)致馬道坡腳缺損嚴(yán)重；④支護(hù)規(guī)劃不合理，窩工現(xiàn)象嚴(yán)重，對施工進(jìn)度影響較大；⑤預(yù)裂面地質(zhì)層質(zhì)量較差，坡面的不平整度不易控制，誤差較大。

3.3 高邊坡爆破質(zhì)量控制

考慮到該項目高邊坡開挖爆破作業(yè)特征，相關(guān)的工作人員要采取可操作性強的方法，在控制質(zhì)量期間著重強調(diào)過程控制，過程控制已經(jīng)成為質(zhì)量控制的核心。

依據(jù)技術(shù)要求以及國家規(guī)范編制各流程的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。對開挖爆破環(huán)節(jié)予以嚴(yán)格劃定，劃分為23 個工序予以把控。開挖爆破主要工序：爆破設(shè)計及審批→清面→爆破區(qū)上鉆平臺找平→上鉆前驗收→測量放線→布孔→對鉆孔作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底→鉆孔→清孔→鉆孔保護(hù)→鉆孔質(zhì)量檢查及驗收→鉆孔合格→爆破申請→進(jìn)行爆破前的技術(shù)交底→裝藥→網(wǎng)絡(luò)連接→網(wǎng)絡(luò)檢查→起爆→安全檢查→出渣→爆破效果分析→優(yōu)化鉆爆參數(shù)→下一循環(huán)。

3.4 高邊坡開挖質(zhì)量實時控制

本工程采用三維激光掃描系統(tǒng)獲取高邊坡開挖面的點云數(shù)據(jù)，建立高邊坡開挖模型，開挖面數(shù)據(jù)掃描采用徠卡HDS8800 三維激光掃描儀，依據(jù)高邊坡開挖面已知設(shè)計資料得到四個控制點坐標(biāo)見表1，根據(jù)得到的控制點坐標(biāo)和設(shè)計基準(zhǔn)面平面方程，得到方程系數(shù)A、B、C、D 分別為－1.3601、-0.05275、1.0、1018.8501，根據(jù)設(shè)計基準(zhǔn)面平面方程還能得到擬合誤差。

表1 四個控制點坐標(biāo)及相應(yīng)誤差分析

通過利用三維激光掃描系統(tǒng)獲取高邊坡開挖面的點云數(shù)據(jù)，主要數(shù)據(jù)采集流程包括地形勘探、選點架站、開挖地形掃描、獲取數(shù)據(jù)校驗等，其中掃描站點的選擇非常關(guān)鍵，應(yīng)選擇安全開闊無遮擋，且對施工無干擾區(qū)域。但由于掃描數(shù)據(jù)量較大，干擾數(shù)據(jù)較多，不能直接利用，所以需要對獲取的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要目的有：①刪除指定掃描區(qū)域以外的點云數(shù)據(jù)；②刪除重復(fù)、缺陷點云數(shù)據(jù)；③處理掉點云數(shù)據(jù)中的明顯噪聲。點云數(shù)據(jù)預(yù)處理后導(dǎo)出TXT 格式，用于后續(xù)數(shù)據(jù)的精細(xì)處理及計算。

對本工程采集的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，最后保證數(shù)據(jù)提取范圍和工程設(shè)計范圍相吻合，確保無范圍外數(shù)據(jù)。依據(jù)處理后的數(shù)據(jù)分析高邊坡開挖面質(zhì)量，選取14 個分析斷面，保證斷面間隔5m 分析間距，計算出斷面的平均坡比值為1 0.731，跛腳標(biāo)高值為1126.355m，顯示兩項指標(biāo)均符合工程設(shè)計要求。高邊坡超前挖選取4 個分析斷面，每個分析斷面間隔15m，分析結(jié)果顯示在高邊坡坡腳附近普遍存在超挖現(xiàn)象，且隨著靠近跛腳位置，超挖尺寸越嚴(yán)重。根據(jù)數(shù)據(jù)采集獲取的工程實際施工點云數(shù)據(jù)，計算出高邊坡開挖施工不平整度為23.61cm，高出工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。分析高邊坡不平整度數(shù)據(jù)分布圖得出，高邊坡不平整度值較大的原因是在邊坡坡腳位置嚴(yán)重出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。

針對上述高邊坡開挖實時質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果，相關(guān)技術(shù)人員提出以下整改措施：邊坡開挖施工時要做好邊坡掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)，每開挖3m 就要建立一次支護(hù)，但容易出現(xiàn)窩工現(xiàn)象，經(jīng)地質(zhì)勘測后確定圍巖的自穩(wěn)能力在8m 以上，所以調(diào)整支護(hù)方式，在邊坡爆破施工完成后，錨桿支護(hù)緊隨開挖面，待開挖一個臺階后再進(jìn)行邊坡掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)，同時為保證施工安全，在高邊坡開挖面周圍布設(shè)監(jiān)測點，進(jìn)行邊坡穩(wěn)定實時監(jiān)測；依據(jù)工程設(shè)計要求及實際邊坡超挖數(shù)據(jù)調(diào)整施工方案，進(jìn)行超挖回填，若超挖部分為巖層，應(yīng)采用混凝土回填。

4 結(jié)語

綜上所述，水利工程微觀上關(guān)系人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活，在很大程度上影響社會經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展。水利工程在實際施工時，高邊坡開挖質(zhì)量在很大程度上影響水利工程的質(zhì)量與施工進(jìn)度，所以開展高邊坡開挖面實時控制質(zhì)量非常關(guān)鍵。本文在概述高邊坡穩(wěn)定性影響因素基礎(chǔ)上，結(jié)合實際案例分析高邊坡開挖質(zhì)量實施控制措施，希望能夠由此提高水利工程施工質(zhì)量水平。