水利水電工程邊坡開挖技術及支護施工技術

胡美榮

（寧夏萬潤建設工程有限公司，寧夏銀川 750000）

華夏民族通過對水力資源的開發與利用，來改善自身生存環境的行為可謂歷史悠久。中華民族歷來堅信人定勝天，水利工程也是祖先們謀求自強自立、擺脫靠天吃飯而改造自然的智慧結晶。在公元前2000年的黃河流域，勤勞勇敢的中華民族就曾經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。從長遠角度來看，水利工程也確確實實有助于當地民眾擺脫貧困，也給地方的經濟帶來了新的增長支撐[1-2]。

1 邊坡的開挖與支護對水利工程意義

1.1 為下游的農業生產提供安全保障

水利工程是人類開發資源、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地農業種植條件，減少洪澇、干旱災害的發生頻率。還可以提供巨大的動能能量用以發電，創造新的財富，可謂功在當代，利在千秋。由于水利工程是關乎國計民生的關鍵工程，對當地百姓的日常生活影響較大，也是政府施行執政思路、落實執政計劃的重要基礎施工項目，其施工安全因此顯得格外重要。受自然條件限制，施工場地經常存在復雜而惡劣的施工環境，不僅加大水利工程施工作業的難度，也會嚴重影響工程施工的穩定性。這就需要以邊坡作為堤壩主體來進行施工以確保攔水堤壩具有足夠的結構強度。根據施工場地的土質成分，合理的使用邊坡加固方式并設計好邊坡角度，避免出現結構性坍塌、土石滑塌的地質情況。有效保障邊坡開挖尺寸的科學性、合理性，從而提升水利水電工程的工程質量。

1.2 促進堤壩區域的生態系統自然恢復

鑒于水利工程的大型土木施工工程的屬性，必然會嚴重破壞施工區域的地表以及地下生態環境。也就必然會影響到與河流向下游相關聯的生態系統。而這也是人類文明發展過程中所必須付出的代價。但是通過一些護坡的保護措施可以讓原本遭受嚴重破壞的環境部分得以恢復。眾所周知，在水利工程竣工之后，河流下游的地面徑流量會大幅降低，一些水生動植物可能會因此而面臨滅絕危機。與之對應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，一定會通過一些人工手段，將河流上下游的動植物移植，這一過程會在客觀上增強了河流流經區域的生物多樣性，豐富了當地的物種基因庫。此外，在水利工程投入使用以后，新形成的生態系統的供水情況可以通過水利工程進行有效調節，更加避免了自然災害對環境的破壞，所以總體而言，水利工程對于自然生態系統的調節仍具有一定的積極意義。

2 影響堤壩邊坡安全穩定的主要因素

2.1 地殼運動帶來的地質結構改變

影響邊坡工程穩定性因素有很多，既包括組成邊坡的巖土體類型及性質、邊坡地質構造、邊坡形態等自身因素，也包含地下水流動、磁場偏移、氣候條件、風化作用、坡體植被、人類工程活動等外部環境作用等。對于堤壩邊坡而言，當地的地質結構和組成成分是決定其受力結構穩定性的最關鍵因素，也是分析坡體受力機構的重要憑證。不同地層的巖石形成原因、受擠壓的程度和時間都有一定的差異性，這就導致巖石本身的物理性質、化學性質產生變化，這種現象被稱之為巖性，而邊坡的土壤巖性會在一定程度上影響到邊坡地質的褶皺形態、巖層產狀、斷層和節理裂隙發育特征，這些都與邊坡的穩定息息相關。

2.2 自然風化和野生動植物活動

自然風化現象是威脅水利工程邊坡安全穩定的另一個關鍵因素。不同于地殼運動和地質構造對堤壩邊坡穩定性立竿見影的影響效果，自然風化更多是通過在細微處破壞其受力結構，通過日積月累的作用，最終摧毀其整體結構，常言道：“千里之堤，潰于蟻穴”正是自然風化對土木工程破壞的直觀體現。自然風化主要包含氣候風化作用和動植物活動兩個方面，其中氣候風化主要指風吹雨打、地表徑流和地下徑流對坡體的沖刷等，這種作用相對較慢且主要作用于外部，通過日常檢測巡視可以發現其破損情況。而動植物的活動主要指植物根系的無節制延伸以及昆蟲以及老鼠、野兔等嚙齒動物筑巢行為對土木工程的破壞，這種損害過程往往很快，且其對坡體產生的損害更多是在硬化層面以下，因此難以發覺，是采取水利工程安全防范措施的主要作用對象。

3 水利工程中堤壩邊坡的主要支護手段

3.1 水壩邊坡的幾種主要支護形式

水壩邊坡的支護起到了保證邊坡及其環境安全的作用，其中包括重力式擋墻、扶壁式擋墻、懸臂式支護、板肋式或格構式錨桿擋墻支護、排樁式錨采取的支擋等。常用的支護結構形式有桿擋墻支護、錨噴支護、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、混凝土預制塊作為砌體，或采用片石混凝土、混凝土進行整體澆筑。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。它的優點是就地取材，施工方便，經濟效果好。但是，對于部分堤壩對承重限制比較敏感或對邊坡尺寸有一定要求的，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，其主要特點是構造簡單、施工方便、墻身斷面較小、自身質量輕，可以較好的發揮材料的強度性能，能適應承載力較低的地基。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。

3.2 土石方的開挖加固

對堤壩的養護手段以邊坡的開挖加固為主，邊坡開挖施工前，首先要做好目標區域的測繪工作，以按照技術及設計圖紙為根據進行開挖輪廓測量放線，確保其滿足水利工程質量要求。在施工成型后，做好斷面檢測，如發現工程施工缺陷要按照設計規范要求及時補救；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行，爆破需在施工前鉆出多個硐室或豎井，便于放置爆破物。若施工區域地質惡劣，需采用短進尺、弱爆破、強支護方式開展施工；最后進行槽挖施工。邊坡開挖鉆爆設計應開展水質巖質邊坡施工，提升開挖施工效率及質量。若發現不合理內容及時有針對性地修復,確保滿足所有條件后，進一步開展工作。

3.3 邊坡的柔性支護

通過鋼繩網鞏固護坡土壤，加種植被防止坍塌滑坡的防護模式，被稱為柔性支護。整個柔性支護設施一般由鋼繩網、固定系統、減壓環和鋼柱四部分組成。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構邊坡有優良的加固效果。另一方面，通過綠色植被的支護，可以有效的緩解水利工程施工帶來的環境負面效應，減少對自然環境的影響。

4 水利工程中邊坡土方挖掘和支護作業的施工要求

4.1 邊坡土方挖掘和支護的施工方案應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。不僅對河流上下游的地貌環境、經濟態勢產生巨大影響，也可能會給周邊的道路交通和居民設施帶來意想不到的安全風險。因此，在水利項目建設過程中還要對其影響范圍內的安全性進行評估。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《水庫大壩安全鑒定辦法》相關要求，水庫安全鑒定前應全面收集流域概況、水文氣象、勘察、設計、施工、驗收、除險加固、安全監測、安全鑒定及運行管理等資料。其檢查范圍包括壩體、壩基、壩肩，各類泄洪、輸水設施及其閘門，以及對大壩安全有重大影響的近壩區岸坡和其它與大壩安全有直接關系的建筑物和設施。

4.2 各種土方施工作業應滿足長遠發展需求

水利施工建設對當地的影響不僅局限在空間范圍，其影響的時間跨度也相當大。由于地面徑流的永久性改變，有可能出現當地河道泥沙淤積導致河道隨機性變更的問題，所以在建設過程中就應該將這一問題納入安全考量范圍，在水壩護坡的建設過程中就做好河道疏浚作業的預留設施。另一方面，對施工區域生態環境的自然修復，也是水壩建設過程中需要考慮的問題。應協調發展河道與周邊自然生態，相關部門及人員要堅持因地制宜的原則，結合地區實際情況，對自然植被合理種植，將自然植被的水土保持作用充分發揮出來，促使區域生態系統得到改善。

5 結語

綜上所述，堤壩護坡的開挖和支護作用是整個水利工程施工的重要一環，會直接影響到水利工程整體價值的發揮。為了提升水利工程的施工質量，必須深入貫徹施工人員的主體意識思想觀念，來探索更加高效、適宜的施工技術，以期達到持續提升水利工程施工技術的目的。