水利水電工程邊坡開挖技術(shù)及支護(hù)施工技術(shù)

胡美榮

摘 要 隨著我國綜合國力的顯著提升，在土木工程方面的投入力度也不斷加大，水利方面的工程作為一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其施工技術(shù)也隨之得以長足發(fā)展。但是，水利工程本質(zhì)上是以人為手段強(qiáng)制改變自然態(tài)勢(shì)的工程，所以一定要充分考慮自然作用對(duì)于工程主體的破壞力，特別是邊坡與堤壩的支撐維護(hù)，關(guān)系到無數(shù)百姓的身家性命，更容不得一絲馬虎。因此，本文就水利水電工程邊坡開挖技術(shù)及其支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行簡要的論述。

關(guān)鍵詞 水利水電工程建設(shè) 邊坡開挖與支護(hù) 承重結(jié)構(gòu) 抗風(fēng)化技術(shù)

中圖分類號(hào)：TV7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）12-0023-02

華夏民族通過對(duì)水力資源的開發(fā)與利用，來改善自身生存環(huán)境的行為可謂歷史悠久。中華民族歷來堅(jiān)信人定勝天，水利工程也是祖先們謀求自強(qiáng)自立、擺脫靠天吃飯而改造自然的智慧結(jié)晶。在公元前2000年的黃河流域，勤勞勇敢的中華民族就曾經(jīng)為治理黃河泛濫而努力，“大禹治水”的傳奇典故至今仍被人們口口相傳。從長遠(yuǎn)角度來看，水利工程也確確實(shí)實(shí)有助于當(dāng)?shù)孛癖姅[脫貧困，也給地方的經(jīng)濟(jì)帶來了新的增長支撐[1-2]。

1 邊坡的開挖與支護(hù)對(duì)水利工程意義

1.1 為下游的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供安全保障

水利工程是人類開發(fā)資源、改造自然的重要手段。合理的水利工程施工不僅可以改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種植條件，減少洪澇、干旱災(zāi)害的發(fā)生頻率。還可以提供巨大的動(dòng)能能量用以發(fā)電，創(chuàng)造新的財(cái)富，可謂功在當(dāng)代，利在千秋。由于水利工程是關(guān)乎國計(jì)民生的關(guān)鍵工程，對(duì)當(dāng)?shù)匕傩盏娜粘Ｉ钣绊戄^大，也是政府施行執(zhí)政思路、落實(shí)執(zhí)政計(jì)劃的重要基礎(chǔ)施工項(xiàng)目，其施工安全因此顯得格外重要。受自然條件限制，施工場(chǎng)地經(jīng)常存在復(fù)雜而惡劣的施工環(huán)境，不僅加大水利工程施工作業(yè)的難度，也會(huì)嚴(yán)重影響工程施工的穩(wěn)定性。這就需要以邊坡作為堤壩主體來進(jìn)行施工以確保攔水堤壩具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。根據(jù)施工場(chǎng)地的土質(zhì)成分，合理的使用邊坡加固方式并設(shè)計(jì)好邊坡角度，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性坍塌、土石滑塌的地質(zhì)情況。有效保障邊坡開挖尺寸的科學(xué)性、合理性，從而提升水利水電工程的工程質(zhì)量。

1.2 促進(jìn)堤壩區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)自然恢復(fù)

鑒于水利工程的大型土木施工工程的屬性，必然會(huì)嚴(yán)重破壞施工區(qū)域的地表以及地下生態(tài)環(huán)境。也就必然會(huì)影響到與河流向下游相關(guān)聯(lián)的生態(tài)系統(tǒng)。而這也是人類文明發(fā)展過程中所必須付出的代價(jià)。但是通過一些護(hù)坡的保護(hù)措施可以讓原本遭受嚴(yán)重破壞的環(huán)境部分得以恢復(fù)。眾所周知，在水利工程竣工之后，河流下游的地面徑流量會(huì)大幅降低，一些水生動(dòng)植物可能會(huì)因此而面臨滅絕危機(jī)。與之對(duì)應(yīng)的河流上游原本一些陸地生物可能由于水壩堰塞湖的形成而被淹沒。在施工工程開始之前，一定會(huì)通過一些人工手段，將河流上下游的動(dòng)植物移植，這一過程會(huì)在客觀上增強(qiáng)了河流流經(jīng)區(qū)域的生物多樣性，豐富了當(dāng)?shù)氐奈锓N基因庫。此外，在水利工程投入使用以后，新形成的生態(tài)系統(tǒng)的供水情況可以通過水利工程進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，更加避免了自然災(zāi)害對(duì)環(huán)境的破壞，所以總體而言，水利工程對(duì)于自然生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)仍具有一定的積極意義。

2 影響堤壩邊坡安全穩(wěn)定的主要因素

2.1 地殼運(yùn)動(dòng)帶來的地質(zhì)結(jié)構(gòu)改變

影響邊坡工程穩(wěn)定性因素有很多，既包括組成邊坡的巖土體類型及性質(zhì)、邊坡地質(zhì)構(gòu)造、邊坡形態(tài)等自身因素，也包含地下水流動(dòng)、磁場(chǎng)偏移、氣候條件、風(fēng)化作用、坡體植被、人類工程活動(dòng)等外部環(huán)境作用等。對(duì)于堤壩邊坡而言，當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)和組成成分是決定其受力結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的最關(guān)鍵因素，也是分析坡體受力機(jī)構(gòu)的重要憑證。不同地層的巖石形成原因、受擠壓的程度和時(shí)間都有一定的差異性，這就導(dǎo)致巖石本身的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生變化，這種現(xiàn)象被稱之為巖性，而邊坡的土壤巖性會(huì)在一定程度上影響到邊坡地質(zhì)的褶皺形態(tài)、巖層產(chǎn)狀、斷層和節(jié)理裂隙發(fā)育特征，這些都與邊坡的穩(wěn)定息息相關(guān)。

2.2 自然風(fēng)化和野生動(dòng)植物活動(dòng)

自然風(fēng)化現(xiàn)象是威脅水利工程邊坡安全穩(wěn)定的另一個(gè)關(guān)鍵因素。不同于地殼運(yùn)動(dòng)和地質(zhì)構(gòu)造對(duì)堤壩邊坡穩(wěn)定性立竿見影的影響效果，自然風(fēng)化更多是通過在細(xì)微處破壞其受力結(jié)構(gòu)，通過日積月累的作用，最終摧毀其整體結(jié)構(gòu)，常言道：“千里之堤，潰于蟻穴”正是自然風(fēng)化對(duì)土木工程破壞的直觀體現(xiàn)。自然風(fēng)化主要包含氣候風(fēng)化作用和動(dòng)植物活動(dòng)兩個(gè)方面，其中氣候風(fēng)化主要指風(fēng)吹雨打、地表徑流和地下徑流對(duì)坡體的沖刷等，這種作用相對(duì)較慢且主要作用于外部，通過日常檢測(cè)巡視可以發(fā)現(xiàn)其破損情況。而動(dòng)植物的活動(dòng)主要指植物根系的無節(jié)制延伸以及昆蟲以及老鼠、野兔等嚙齒動(dòng)物筑巢行為對(duì)土木工程的破壞，這種損害過程往往很快，且其對(duì)坡體產(chǎn)生的損害更多是在硬化層面以下，因此難以發(fā)覺，是采取水利工程安全防范措施的主要作用對(duì)象。

3 水利工程中堤壩邊坡的主要支護(hù)手段

3.1 水壩邊坡的幾種主要支護(hù)形式

水壩邊坡的支護(hù)起到了保證邊坡及其環(huán)境安全的作用，其中包括重力式擋墻、扶壁式擋墻、懸臂式支護(hù)、板肋式或格構(gòu)式錨桿擋墻支護(hù)、排樁式錨采取的支擋等。常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式有桿擋墻支護(hù)、錨噴支護(hù)、坡率法等。首先，重力式擋土墻，指的是依靠墻身自重抵抗土體側(cè)壓力的擋土墻。它以擋土墻自身重力來維持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定，它是我國目前常用的一種擋土墻。重力式擋土墻可用石砌或混凝土建成，一般都做成簡單的梯形。重力式擋土墻可用塊石、片石、混凝土預(yù)制塊作為砌體，或采用片石混凝土、混凝土進(jìn)行整體澆筑。半重力式擋土墻可采用混凝土或少筋混凝土澆筑。重力式擋土墻可用石砌或混凝土建成，一般都做成簡單的梯形。它的優(yōu)點(diǎn)是就地取材，施工方便，經(jīng)濟(jì)效果好。但是，對(duì)于部分堤壩對(duì)承重限制比較敏感或?qū)吰鲁叽缬幸欢ㄒ蟮?，可采用扶壁式擋墻。扶壁式擋土墻指的是沿懸臂式擋土墻的立臂，每隔一定距離加一道扶壁，將立壁與踵板連接起來的擋土墻，其主要特點(diǎn)是構(gòu)造簡單、施工方便、墻身斷面較小、自身質(zhì)量輕，可以較好的發(fā)揮材料的強(qiáng)度性能，能適應(yīng)承載力較低的地基。扶壁式擋土墻適用6～12m高的填方邊坡，可有效地防止填方邊坡的滑動(dòng)。

3.2 土石方的開挖加固

對(duì)堤壩的養(yǎng)護(hù)手段以邊坡的開挖加固為主，邊坡開挖施工前，首先要做好目標(biāo)區(qū)域的測(cè)繪工作，以按照技術(shù)及設(shè)計(jì)圖紙為根據(jù)進(jìn)行開挖輪廓測(cè)量放線，確保其滿足水利工程質(zhì)量要求。在施工成型后，做好斷面檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)工程施工缺陷要按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求及時(shí)補(bǔ)救;其次是開挖硐室及豎井。開挖過程可以用鉆孔爆破的方式進(jìn)行，爆破需在施工前鉆出多個(gè)硐室或豎井，便于放置爆破物。若施工區(qū)域地質(zhì)惡劣，需采用短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)方式開展施工;最后進(jìn)行槽挖施工。邊坡開挖鉆爆設(shè)計(jì)應(yīng)開展水質(zhì)巖質(zhì)邊坡施工，提升開挖施工效率及質(zhì)量。若發(fā)現(xiàn)不合理內(nèi)容及時(shí)有針對(duì)性地修復(fù)，確保滿足所有條件后，進(jìn)一步開展工作。

3.3 邊坡的柔性支護(hù)

通過鋼繩網(wǎng)鞏固護(hù)坡土壤，加種植被防止坍塌滑坡的防護(hù)模式，被稱為柔性支護(hù)。整個(gè)柔性支護(hù)設(shè)施一般由鋼繩網(wǎng)、固定系統(tǒng)、減壓環(huán)和鋼柱四部分組成。不僅適用于所有開挖后的巖體邊坡，還適用于巖體交互發(fā)育、坡面整體性差和有巖崩可能的高路塹邊坡，特別是存在大量巖堆、軟巖、碎裂巖、散體巖、極酸性土巖的混凝土結(jié)構(gòu)邊坡有優(yōu)良的加固效果。另一方面，通過綠色植被的支護(hù)，可以有效的緩解水利工程施工帶來的環(huán)境負(fù)面效應(yīng)，減少對(duì)自然環(huán)境的影響。

4 水利工程中邊坡土方挖掘和支護(hù)作業(yè)的施工要求

4.1 邊坡土方挖掘和支護(hù)的施工方案應(yīng)兼顧考慮多方面影響

通常情況下，水利工程的施工所牽扯的因素極多。不僅對(duì)河流上下游的地貌環(huán)境、經(jīng)濟(jì)態(tài)勢(shì)產(chǎn)生巨大影響，也可能會(huì)給周邊的道路交通和居民設(shè)施帶來意想不到的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，在水利項(xiàng)目建設(shè)過程中還要對(duì)其影響范圍內(nèi)的安全性進(jìn)行評(píng)估。以庫容10萬（含）～100萬立方米（不含）且壩高小于15米（不含）的小型水庫為例，根據(jù)《水庫大壩安全鑒定辦法》相關(guān)要求，水庫安全鑒定前應(yīng)全面收集流域概況、水文氣象、勘察、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、除險(xiǎn)加固、安全監(jiān)測(cè)、安全鑒定及運(yùn)行管理等資料。其檢查范圍包括壩體、壩基、壩肩，各類泄洪、輸水設(shè)施及其閘門，以及對(duì)大壩安全有重大影響的近壩區(qū)岸坡和其它與大壩安全有直接關(guān)系的建筑物和設(shè)施。

4.2 各種土方施工作業(yè)應(yīng)滿足長遠(yuǎn)發(fā)展需求

水利施工建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)氐挠绊懖粌H局限在空間范圍，其影響的時(shí)間跨度也相當(dāng)大。由于地面徑流的永久性改變，有可能出現(xiàn)當(dāng)?shù)睾拥滥嗌秤俜e導(dǎo)致河道隨機(jī)性變更的問題，所以在建設(shè)過程中就應(yīng)該將這一問題納入安全考量范圍，在水壩護(hù)坡的建設(shè)過程中就做好河道疏浚作業(yè)的預(yù)留設(shè)施。另一方面，對(duì)施工區(qū)域生態(tài)環(huán)境的自然修復(fù)，也是水壩建設(shè)過程中需要考慮的問題。應(yīng)協(xié)調(diào)發(fā)展河道與周邊自然生態(tài)，相關(guān)部門及人員要堅(jiān)持因地制宜的原則，結(jié)合地區(qū)實(shí)際情況，對(duì)自然植被合理種植，將自然植被的水土保持作用充分發(fā)揮出來，促使區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)得到改善。

5 結(jié)語

綜上所述，堤壩護(hù)坡的開挖和支護(hù)作用是整個(gè)水利工程施工的重要一環(huán)，會(huì)直接影響到水利工程整體價(jià)值的發(fā)揮。為了提升水利工程的施工質(zhì)量，必須深入貫徹施工人員的主體意識(shí)思想觀念，來探索更加高效、適宜的施工技術(shù)，以期達(dá)到持續(xù)提升水利工程施工技術(shù)的目的。

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