水利工程施工中邊坡開挖支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

文／隋建華 東營市小清河管理服務(wù)中心 山東東營 257000

引言：

邊坡開挖支護(hù)作為水利工程施工中的一項關(guān)鍵技術(shù)，在降低滑坡與坍塌事故發(fā)生概率以及增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但是，在受到地質(zhì)條件、水文氣象條件以及主觀人為等因素的影響，水利工程的邊坡支護(hù)施工難度越來越大，為此，施工單位針對淺層與深層兩種不同的支護(hù)方式，不斷對支護(hù)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新改良，確保在提高土體穩(wěn)定性的前提下，使水利工程施工的其它工序能夠順利進(jìn)行。

1、邊坡開挖支護(hù)技術(shù)在水利工程施工中發(fā)揮的重要作用

在水利工程邊坡開挖施工中，由于工程所在地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及土壤性狀存在較大差異，因此，為了提高邊坡的穩(wěn)定性，施工單位往往利用支護(hù)技術(shù)對邊坡進(jìn)行加固處理，以防止滑坡、巖層坍塌、基礎(chǔ)沖毀等事故的發(fā)生。比如對于直立邊坡來說，由于邊坡本身處于豎直狀態(tài)，如果不及時采取支護(hù)措施，在水體的浸泡或者雨水的沖刷下，極易出現(xiàn)垮塌事故，不僅給人民群眾的生命安全構(gòu)成威脅，而且也使水利工程的防護(hù)功能喪失。基于對這些因素的考量，施工單位在應(yīng)用支護(hù)技術(shù)時，往往更加關(guān)注技術(shù)的專業(yè)性、實用性以及便于操作性，旨在發(fā)揮支護(hù)技術(shù)支撐防護(hù)作用的同時，為水利工程項目的整體質(zhì)量與安全保駕護(hù)航。

2、影響水利工程邊坡穩(wěn)定性的主要因素

2.1 水文地質(zhì)因素

受到地域性差異的影響，水利工程項目所在地的水文地質(zhì)條件存在明顯差異，比如有的地方地下水位深、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有的地方地下土壤屬于黏性土質(zhì)，使得邊坡施工難度加大。以邊坡巖土的類型及性質(zhì)為例，通常情況下，如果巖土當(dāng)中的泥質(zhì)成分越高，那么邊坡自身的抵抗變形能力就會越弱。而每一種不同類型的巖土層，發(fā)生的土地結(jié)構(gòu)改變形式也有所不同，比如性狀較為堅硬的巖土層以及黃土層，容易發(fā)生崩塌，而沉積中的軟弱夾層土則極易發(fā)生滑坡。另外，地表水和地下水的靜水壓力或者動水壓力，也會給邊坡土體的穩(wěn)定性造成影響。以動水壓力為例，當(dāng)?shù)叵滤吰聨r土層中滲流排出以后，由于水壓力呈現(xiàn)出不同的梯度，這時，水體就會對邊坡產(chǎn)生動水壓力，一般情況下，動水壓力的方向往往指向斜坡的臨空面，這就增加了邊坡垮塌的風(fēng)險[1]。

2.2 地震颶風(fēng)等不可抗力因素

新中國成立70年以來，我國的水利工程規(guī)模及數(shù)量已經(jīng)位居世界前列，目前，全國各類水庫數(shù)量已近10 萬座，總庫容從新中國成立之初的200 億立方米增加到現(xiàn)在的近9000 億立方米，5 級以上江河堤防超過30 萬公里，全國水利工程供水能力達(dá)到8600 多億立方米，每一座城市、每一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)都可以看到水利工程的身影。但是，對于地震與颶風(fēng)等自然災(zāi)害的頻發(fā)地區(qū)來說，受到這些災(zāi)害破壞力的沖擊和影響，部分水利工程的邊坡穩(wěn)定性也持續(xù)下降，在這種情況之下，邊坡發(fā)生垮塌、滑坡等事故的概率也顯著提升。

2.3 爆破作業(yè)的影響因素

對于一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，土層堅硬的施工區(qū)域來說，在邊坡開挖施工開始之前，施工單位需要對土體進(jìn)行爆破作業(yè)，而受到爆破強(qiáng)大沖擊力的影響，土體結(jié)構(gòu)極易失穩(wěn)，如果不及時采取支護(hù)措施，將無法保證邊坡的穩(wěn)定性，加之受到人工作業(yè)擾動的影響，邊坡出現(xiàn)垮塌的風(fēng)險將呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢。

2.4 開挖坡度與支護(hù)時間的影響因素

在水利工程邊坡開挖施工中，邊坡的坡度值直接影響著邊坡的穩(wěn)定性，如果工程施工地點(diǎn)的水文地質(zhì)條件好，土層的層理均勻，在深度不超過3 米時，坡度值應(yīng)當(dāng)介于1：1-1：1.25之間，當(dāng)開挖深度超過3 米而小于12 米時，坡度值應(yīng)當(dāng)介于1：1.25-1：1.5 之間，當(dāng)開挖深度超過12 米，坡度值應(yīng)當(dāng)介于1：0.3-1：1.25 之間。如果開挖坡度超出取值范圍限值，那么土體的穩(wěn)定性將受到嚴(yán)重影響，甚至極易發(fā)生塌方或者滑坡事故。另外，支護(hù)時間對邊坡的穩(wěn)定性也會產(chǎn)生一定影響，如果采取先開挖后支護(hù)的方法，邊坡土體則極易出現(xiàn)垮塌事故，因此，在邊坡開挖支護(hù)施工中，施工單位多采用邊開挖邊支護(hù)的方法。

3、水利工程施工中邊坡開挖與支護(hù)

3.1 邊坡開挖方法

在邊坡支護(hù)施工開始之前，施工單位需要對邊坡進(jìn)行開挖施工，目前，較為常見的邊坡開挖方法有質(zhì)邊坡開挖、巖質(zhì)邊坡開挖、槽挖以及鉆爆開挖法。其中，質(zhì)邊坡開挖是采取挖掘機(jī)械配合人工開挖的方式，由上至下對邊坡土體進(jìn)行挖掘，在挖掘過程中，施工單位應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵照施工組織設(shè)計要求，對削坡層厚度予以嚴(yán)格控制，以防止出現(xiàn)削坡層過薄或者過厚的情況。巖質(zhì)邊坡開挖主要是采取爆破的方式，對巖質(zhì)土層進(jìn)行處理，為了避免爆破作業(yè)時給周邊群眾的生命安全或者正常生活造成影響，施工單位應(yīng)當(dāng)有效控制爆破范圍，合理選擇爆破點(diǎn)。槽挖主要是將邊坡工程劃分為若干個小工程，然后層層開挖。而相比于其它開挖方式，在水利工程邊坡開挖施工中，鉆爆法的應(yīng)用頻率相對較高[2]。

3.1.1 鉆爆開挖技術(shù)進(jìn)度指標(biāo)

鉆爆法主要是通過鉆孔、裝藥、爆破開挖巖石層的方式對邊坡進(jìn)行挖掘，這種方法多適用于邊坡巖層較為堅硬的地區(qū)。在鉆爆施工過程中，不同的巖層級別，所采用的施工方法也有所不同。首先通過放線測量來確定炮眼的準(zhǔn)確位置，然后按照鉆爆參數(shù)來確定炮眼的深度、角度與間距，其中，掏槽眼間距、眼底間距、行距誤差值不得超過5cm，當(dāng)炮眼深度超過2.5m，內(nèi)圈炮眼與周邊眼的斜率應(yīng)保持一致。為了在爆破過程中減少飛石的產(chǎn)生量，掏槽眼的布設(shè)位置應(yīng)當(dāng)位于開挖斷面中下部。在裝藥前，施工人員需要利用鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備將炮眼內(nèi)部清理干凈，以防止炮眼阻塞。利用鉆爆施工技術(shù)應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)超挖或者欠挖的情況，同時，應(yīng)當(dāng)確保爆破過程不會對襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與強(qiáng)度造成影響，鉆爆開挖技術(shù)的進(jìn)度指標(biāo)如表1所示。

表1 鉆爆開挖技術(shù)的進(jìn)度指標(biāo)

3.1.2 爆破注意事項

與其它土建工程不同，水利工程施工中的爆破網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出一定的微差順序特征，因此，為了減少這一誤差值，提高爆破作業(yè)的安全性，施工人員在起爆過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制預(yù)裂孔位置的引爆時間，并且掌握預(yù)裂孔的裝藥量，這樣既可以提供后續(xù)施工質(zhì)量與進(jìn)度，同時，也能夠保障爆破作業(yè)安全。其次，在爆破作業(yè)開始之前，需要準(zhǔn)確鉆出爆破孔與緩沖孔，通常情況下，鉆孔工具選擇液壓鉆，主要是由于這種鉆孔工具更易于操作，而且兩個鉆孔之間也能夠始終保持平衡狀態(tài)。在控制緩沖孔的藥卷直徑時，上下誤差值不得超過50mm，與此同時，盡量選擇連續(xù)不耦合的裝藥方式，以防止孔洞堵塞情況的發(fā)生。最后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)合理控制預(yù)裂孔的尺寸以及爆破標(biāo)準(zhǔn)，按照裂孔外觀劃分，預(yù)裂孔主要分為馬道水平孔與坡面孔，孔的類型不同，在施鉆時，所選用的設(shè)備也明顯不同。當(dāng)鉆孔施工開始后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)合理控制鉆孔的尺寸。尤其在進(jìn)行馬道水平預(yù)裂孔鉆孔時，各個孔洞之間的距離應(yīng)當(dāng)控制在50cm 左右，孔洞口的堵塞深度應(yīng)當(dāng)控制在50cm 左右。而在坡面預(yù)裂孔鉆孔過程中，孔徑大小應(yīng)當(dāng)控制在90cm 以內(nèi)，這樣，能夠收到較好的爆破效果。

3.1.3 土質(zhì)邊坡開挖方式

受到土壤性狀的影響，在雨水較為頻繁的季節(jié)不能進(jìn)行邊坡土方開挖施工，究其原因是由于土體在雨水長時間的浸泡之下，如果產(chǎn)生松動與滑塌現(xiàn)象，如果盲目作業(yè)，則極易引發(fā)坍塌、滑坡等安全事故。在對土質(zhì)邊坡進(jìn)行開挖作業(yè)時，首先應(yīng)當(dāng)確定邊坡線的準(zhǔn)確位置，然后沿著邊坡線，對土體逐層進(jìn)行開挖，為了避免開挖過程中出現(xiàn)漏水或者塌方等安全事故，施工單位利用挖掘機(jī)進(jìn)行開挖作業(yè)時，應(yīng)當(dāng)著眼于施工現(xiàn)場的實際情況，如果遇到較為松散的土體，應(yīng)當(dāng)及時采取人工挖掘的方法，以規(guī)避土體開挖風(fēng)險。當(dāng)開挖工序結(jié)束以后，為了提高土體的穩(wěn)定性，施工人員應(yīng)當(dāng)做好后續(xù)的碾壓工作，同時，將開挖出來的土方運(yùn)送至指定的堆放場地，以防止阻塞施工便道。

3.1.4 巖質(zhì)邊坡開挖方式

與土質(zhì)邊坡相比，巖質(zhì)邊坡的開挖難度相對較大，如果僅僅憑借挖掘機(jī)或者人工作業(yè)的方式，那么前期的挖掘工作將異常艱難。因此，為了推進(jìn)施工進(jìn)度，保證挖掘質(zhì)量，在對巖質(zhì)邊坡進(jìn)行開挖時，常常采取事前爆破的方式進(jìn)行，出于施工人員安全性的考慮，在爆破作業(yè)開始之前，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)事先對施工現(xiàn)場進(jìn)行仔細(xì)勘查，當(dāng)確認(rèn)開挖巖層具備爆破條件后，方可執(zhí)行爆破操作，并在爆破前，督促安全范圍之外的其他人員及時撤出施爆現(xiàn)場。

3.2 邊坡支護(hù)方法

在邊坡支護(hù)施工中，根據(jù)邊坡作業(yè)層的厚度劃分，主要包括淺層支護(hù)施工與深層支護(hù)施工。其中，淺層支護(hù)所需的設(shè)備包括混凝土噴射泵、排水管、錨桿等，其中錨桿類別主要包括機(jī)械式、倒楔式、脹殼式、楔縫式以及水力脹管式等多個種類（如圖1所示），施工時，不同的錨固方式，需要選擇與之相對應(yīng)用錨桿，以確保錨固效果。而深層支護(hù)則多用于土質(zhì)較為松軟的地區(qū)，在施工過程中，需要注意的是：在灌漿作業(yè)時，施工單位應(yīng)當(dāng)采用高壓灌漿泵，以確保灌漿能夠達(dá)到施工錨墩混凝土的強(qiáng)度值，灌漿結(jié)束后，應(yīng)利用錨索進(jìn)行張拉試驗。

圖1 錨桿種類

4、邊坡開挖支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)分析

4.1 技術(shù)交底與測量放線

為了進(jìn)一步增強(qiáng)邊坡開挖支護(hù)施工的安全性，在支護(hù)施工開始之前，技術(shù)人員需要對現(xiàn)場作業(yè)人員進(jìn)行交底工作，交底的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括邊坡開挖工序與注意事項、支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)與流程以及企業(yè)的各項施工安全管理制度，當(dāng)現(xiàn)場作業(yè)人員掌握了這些基礎(chǔ)信息以后，應(yīng)當(dāng)及時進(jìn)入到施工現(xiàn)場。另外，測量放線的精確度直接影響著支護(hù)質(zhì)量，因此，測量人員在進(jìn)駐施工場地以后，應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r間開展測量放線工作，首先對施工現(xiàn)場的各種雜物進(jìn)行清理，然后對原有的邊坡進(jìn)行修復(fù)施工，為了保證開挖與支護(hù)效果，施工人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守施工設(shè)計圖紙的規(guī)定，以確保邊坡開挖質(zhì)量能夠滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 錨桿、錨筋樁造孔

施工單位首先需要根據(jù)施工設(shè)計圖紙要求，來確定錨桿與錨筋樁的孔位，需要注意的是，孔位偏差不得大于10cm，孔軸方向偏差不得大于5°，孔的深度偏差不得大于5cm，當(dāng)鉆孔工序結(jié)束以后，施工人員應(yīng)當(dāng)及時清理孔內(nèi)殘留的碎石、渣土，確?？變?nèi)無積水，無雜物。

4.3 錨桿與錨筋樁注樁

該道工序主要分為三個步驟，即拌制注樁砂漿、發(fā)插錨桿、錨桿注漿養(yǎng)護(hù)。其中拌制注樁砂漿時，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行配合比試驗標(biāo)準(zhǔn)，并在混凝土拌和之前對水泥、砂子等材料質(zhì)量進(jìn)行檢驗，檢驗內(nèi)容主要包括砂子的平滑度、規(guī)格尺寸、形狀、水泥強(qiáng)度等。在安插錨桿階段，技術(shù)人員應(yīng)對錨桿尺寸參數(shù)以及錨桿注漿的飽滿程度進(jìn)行檢驗，如果在描桿注漿過程中出現(xiàn)砂漿外溢的情況，施工人員應(yīng)當(dāng)及時采取補(bǔ)漿措施，為了提高注漿飽滿度，在補(bǔ)漿時，切忌使用錨桿口抹漿的方法，當(dāng)注漿與補(bǔ)漿工作完成后，應(yīng)緩慢拔出錨桿。在錨桿注樁養(yǎng)護(hù)階段，為了使錨桿強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，養(yǎng)護(hù)時間不得低于30 天，在養(yǎng)護(hù)期間，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)不定時對錨桿的密實度以及混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢查，如果錨桿密實度不達(dá)標(biāo)，應(yīng)當(dāng)及時采取補(bǔ)強(qiáng)措施，以確保邊坡支護(hù)效果[3]。

4.4 設(shè)置輔助鋼筋網(wǎng)

為了防止邊坡支護(hù)施工中出現(xiàn)土體坍塌或者滑坡事故，施工單位可以采取設(shè)置輔助鋼筋網(wǎng)的方式來增強(qiáng)邊坡土體的穩(wěn)定性。輔助鋼筋網(wǎng)的設(shè)置位置應(yīng)當(dāng)選擇巖層或土體破碎區(qū)，在選擇輔助鋼筋網(wǎng)時，鋼管尺寸應(yīng)當(dāng)以48mm 為宜，鋼筋網(wǎng)尺寸以20cm×20cm 為宜，當(dāng)鋼管與鋼筋網(wǎng)布設(shè)完畢，應(yīng)當(dāng)采取人工綁扎的方式，對鋼筋網(wǎng)予以固定，為了便于運(yùn)輸與施工，施工單位可以適當(dāng)增加鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè)面積。當(dāng)綁扎工序結(jié)束后，施工人員應(yīng)對錨桿頭進(jìn)行焊接作業(yè)，使錨桿與輔助鋼筋網(wǎng)構(gòu)成一個堅實的整體，這樣可以有效避免坍塌或者滑坡事故的發(fā)生。在噴涂混凝土階段，施工人員應(yīng)當(dāng)遵循分區(qū)、分片、分層的噴涂模式進(jìn)行，這樣能夠保證混凝土噴涂的連貫性與均勻性，在分層噴涂時，每一個分層結(jié)構(gòu)的噴涂間隔應(yīng)當(dāng)在1 小時以上，以確保上一層混凝土的強(qiáng)度值滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。在進(jìn)入混凝土養(yǎng)護(hù)工序以后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)加大對混凝土強(qiáng)度的檢查頻次，并通過抗壓測試的方法，來確定混凝土強(qiáng)度值，如果養(yǎng)護(hù)工序結(jié)束后，混凝土強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，應(yīng)當(dāng)及是采取補(bǔ)強(qiáng)措施，以增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性與安全性。

結(jié)束語：

邊坡開挖支護(hù)技術(shù)是水利工程施工中一種常見的安全防護(hù)技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)不僅可以提高邊坡土體的穩(wěn)定性，同時，坍塌、滑坡等安全事故的發(fā)生概率也大幅降低，進(jìn)而保障水利工程項目的各項使用功能可以正常發(fā)揮，這對延長水利工程項目的使用壽命都將起到積極的促動作用。