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

隋建華

【摘要】水利工程作為一項(xiàng)利國(guó)利民的民生工程，在防洪、除澇、灌溉、發(fā)電、供水以及水資源保護(hù)方面發(fā)揮著不可替代的重要作用。而近年來(lái)，隨著我國(guó)水利工程項(xiàng)目的逐年遞增，國(guó)家對(duì)水利工程項(xiàng)目的安全性能尤為關(guān)注，特別在邊坡開(kāi)挖支護(hù)施工中，如果出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，將給工程整體結(jié)構(gòu)的安全性造成嚴(yán)重影響，甚至引發(fā)坍塌、滑坡等重大安全事故?；诖耍疚膶⒅貒@影響水利工程邊坡穩(wěn)定性的主要因素以及邊坡開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)予以全面闡述。

【關(guān)鍵詞】水利工程;邊坡開(kāi)挖;支護(hù)技術(shù);具體應(yīng)用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.02.056

引言：

邊坡開(kāi)挖支護(hù)作為水利工程施工中的一項(xiàng)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(guān)人為等因素的影響，水利工程的邊坡支護(hù)施工難度越來(lái)越大，為此，施工單位針對(duì)淺層與深層兩種不同的支護(hù)方式，不斷對(duì)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(kāi)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(kāi)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(duì)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(duì)于直立邊坡來(lái)說(shuō)，由于邊坡本身處于豎直狀態(tài)，如果不及時(shí)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?；趯?duì)這些因素的考量，施工單位在應(yīng)用支護(hù)技術(shù)時(shí)，往往更加關(guān)注技術(shù)的專(zhuān)業(yè)性、實(shí)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(shí)，為水利工程項(xiàng)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(xiàng)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(lèi)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(huì)越弱。而每一種不同類(lèi)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(jiān)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(dòng)水壓力，也會(huì)給邊坡土體的穩(wěn)定性造成影響。以動(dòng)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(shí)，水體就會(huì)對(duì)邊坡產(chǎn)生動(dòng)水壓力，一般情況下，動(dòng)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(xiǎn)[1]。

2.2 地震颶風(fēng)等不可抗力因素

新中國(guó)成立70年以來(lái)，我國(guó)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(guó)各類(lèi)水庫(kù)數(shù)量已近10萬(wàn)座，總庫(kù)容從新中國(guó)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(jí)以上江河堤防超過(guò)30萬(wàn)公里，全國(guó)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(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)都可以看到水利工程的身影。但是，對(duì)于地震與颶風(fēng)等自然災(zāi)害的頻發(fā)地區(qū)來(lái)說(shuō)，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(duì)于一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，土層堅(jiān)硬的施工區(qū)域來(lái)說(shuō)，在邊坡開(kāi)挖施工開(kāi)始之前，施工單位需要對(duì)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(shí)采取支護(hù)措施，將無(wú)法保證邊坡的穩(wěn)定性，加之受到人工作業(yè)擾動(dòng)的影響，邊坡出現(xiàn)垮塌的風(fēng)險(xiǎn)將呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)。

2.4 開(kāi)挖坡度與支護(hù)時(shí)間的影響因素

在水利工程邊坡開(kāi)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(guò)3米時(shí)，坡度值應(yīng)當(dāng)介于1：1-1：1.25之間，當(dāng)開(kāi)挖深度超過(guò)3米而小于12米時(shí)，坡度值應(yīng)當(dāng)介于1：1.25-1：1.5之間，當(dāng)開(kāi)挖深度超過(guò)12米，坡度值應(yīng)當(dāng)介于1：0.3-1：1.25之間。如果開(kāi)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(shí)間對(duì)邊坡的穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生一定影響，如果采取先開(kāi)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(kāi)挖支護(hù)施工中，施工單位多采用邊開(kāi)挖邊支護(hù)的方法。

3、水利工程施工中邊坡開(kāi)挖與支護(hù)

3.1 邊坡開(kāi)挖方法

在邊坡支護(hù)施工開(kāi)始之前，施工單位需要對(duì)邊坡進(jìn)行開(kāi)挖施工，目前，較為常見(jiàn)的邊坡開(kāi)挖方法有質(zhì)邊坡開(kāi)挖、巖質(zhì)邊坡開(kāi)挖、槽挖以及鉆爆開(kāi)挖法。其中，質(zhì)邊坡開(kāi)挖是采取挖掘機(jī)械配合人工開(kāi)挖的方式，由上至下對(duì)邊坡土體進(jìn)行挖掘，在挖掘過(guò)程中，施工單位應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵照施工組織設(shè)計(jì)要求，對(duì)削坡層厚度予以嚴(yán)格控制，以防止出現(xiàn)削坡層過(guò)薄或者過(guò)厚的情況。巖質(zhì)邊坡開(kāi)挖主要是采取爆破的方式，對(duì)巖質(zhì)土層進(jìn)行處理，為了避免爆破作業(yè)時(shí)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(gè)小工程，然后層層開(kāi)挖。而相比于其它開(kāi)挖方式，在水利工程邊坡開(kāi)挖施工中，鉆爆法的應(yīng)用頻率相對(duì)較高[2]。

3.1.1 鉆爆開(kāi)挖技術(shù)進(jìn)度指標(biāo)

鉆爆法主要是通過(guò)鉆孔、裝藥、爆破開(kāi)挖巖石層的方式對(duì)邊坡進(jìn)行挖掘，這種方法多適用于邊坡巖層較為堅(jiān)硬的地區(qū)。在鉆爆施工過(guò)程中，不同的巖層級(jí)別，所采用的施工方法也有所不同。首先通過(guò)放線(xiàn)測(cè)量來(lái)確定炮眼的準(zhǔn)確位置，然后按照鉆爆參數(shù)來(lái)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(guò)5cm，當(dāng)炮眼深度超過(guò)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(guò)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(kāi)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(shí)，應(yīng)當(dāng)確保爆破過(guò)程不會(huì)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與強(qiáng)度造成影響，鉆爆開(kāi)挖技術(shù)的進(jìn)度指標(biāo)如表1所示。

3.1.2 爆破注意事項(xiàng)

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(guò)程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制預(yù)裂孔位置的引爆時(shí)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(shí)，也能夠保障爆破作業(yè)安全。其次，在爆破作業(yè)開(kāi)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(gè)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(shí)，上下誤差值不得超過(guò)50mm，與此同時(shí)，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(guān)劃分，預(yù)裂孔主要分為馬道水平孔與坡面孔，孔的類(lèi)型不同，在施鉆時(shí)，所選用的設(shè)備也明顯不同。當(dāng)鉆孔施工開(kāi)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(shí)，各個(gè)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(guò)程中，孔徑大小應(yīng)當(dāng)控制在90cm以?xún)?nèi)，這樣，能夠收到較好的爆破效果。

3.1.3土質(zhì)邊坡開(kāi)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(kāi)挖施工，究其原因是由于土體在雨水長(zhǎng)時(shí)間的浸泡之下，如果產(chǎn)生松動(dòng)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(duì)土質(zhì)邊坡進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)確定邊坡線(xiàn)的準(zhǔn)確位置，然后沿著邊坡線(xiàn)，對(duì)土體逐層進(jìn)行開(kāi)挖，為了避免開(kāi)挖過(guò)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(kāi)挖作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)著眼于施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，如果遇到較為松散的土體，應(yīng)當(dāng)及時(shí)采取人工挖掘的方法，以規(guī)避土體開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)開(kāi)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(shí)，將開(kāi)挖出來(lái)的土方運(yùn)送至指定的堆放場(chǎng)地，以防止阻塞施工便道。

3.1.4巖質(zhì)邊坡開(kāi)挖方式

與土質(zhì)邊坡相比，巖質(zhì)邊坡的開(kāi)挖難度相對(duì)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(duì)巖質(zhì)邊坡進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，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(kāi)始之前，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)事先對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行仔細(xì)勘查，當(dāng)確認(rèn)開(kāi)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(shí)撤出施爆現(xiàn)場(chǎng)。

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(lèi)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(gè)種類(lèi)（如圖1所示），施工時(shí)，不同的錨固方式，需要選擇與之相對(duì)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(guò)程中，需要注意的是：在灌漿作業(yè)時(shí)，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(yàn)。

4、邊坡開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)分析

4.1 技術(shù)交底與測(cè)量放線(xiàn)

為了進(jìn)一步增強(qiáng)邊坡開(kāi)挖支護(hù)施工的安全性，在支護(hù)施工開(kāi)始之前，技術(shù)人員需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)挖工序與注意事項(xiàng)、支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)與流程以及企業(yè)的各項(xiàng)施工安全管理制度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員掌握了這些基礎(chǔ)信息以后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)入到施工現(xiàn)場(chǎng)。另外，測(cè)量放線(xiàn)的精確度直接影響著支護(hù)質(zhì)量，因此，測(cè)量人員在進(jìn)駐施工場(chǎng)地以后，應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間開(kāi)展測(cè)量放線(xiàn)工作，首先對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的各種雜物進(jìn)行清理，然后對(duì)原有的邊坡進(jìn)行修復(fù)施工，為了保證開(kāi)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(jì)圖紙的規(guī)定，以確保邊坡開(kāi)挖質(zhì)量能夠滿(mǎn)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(jì)圖紙要求，來(lái)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(shí)清理孔內(nèi)殘留的碎石、渣土，確?？變?nèi)無(wú)積水，無(wú)雜物。

4.3 錨桿與錨筋樁注樁

該道工序主要分為三個(gè)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(shí)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行配合比試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，并在混凝土拌和之前對(duì)水泥、砂子等材料質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)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(duì)錨桿尺寸參數(shù)以及錨桿注漿的飽滿(mǎn)程度進(jìn)行檢驗(yàn)，如果在描桿注漿過(guò)程中出現(xiàn)砂漿外溢的情況，施工人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)采取補(bǔ)漿措施，為了提高注漿飽滿(mǎn)度，在補(bǔ)漿時(shí)，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(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，養(yǎng)護(hù)時(shí)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(shí)對(duì)錨桿的密實(shí)度以及混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢查，如果錨桿密實(shí)度不達(dá)標(biāo)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)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(lái)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(shí)，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(duì)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(duì)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(gè)堅(jiān)實(shí)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(shí)，每一個(gè)分層結(jié)構(gòu)的噴涂間隔應(yīng)當(dāng)在1小時(shí)以上，以確保上一層混凝土的強(qiáng)度值滿(mǎn)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(duì)混凝土強(qiáng)度的檢查頻次，并通過(guò)抗壓測(cè)試的方法，來(lái)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(yǔ)：

邊坡開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)是水利工程施工中一種常見(jiàn)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(shí)，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(xiàng)目的各項(xiàng)使用功能可以正常發(fā)揮，這對(duì)延長(zhǎng)水利工程項(xiàng)目的使用壽命都將起到積極的促動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

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