水利工程施工中的邊坡開挖支護(hù)技術(shù)分析

王旭鑫

甘肅水利機(jī)械化工程有限責(zé)任公司，甘肅蘭州，730000

0 引言

水利工程的開展具有工程量較大且施工周期較長(zhǎng)的特征，通常情況下水利工程的開展涉及的建設(shè)范圍較廣，同時(shí)水利工程的建設(shè)質(zhì)量也對(duì)人們的日常生產(chǎn)生活產(chǎn)生了極大的影響。因此，在施工過(guò)程中施工技術(shù)人員必須要結(jié)合不同地理環(huán)境下建設(shè)水利工程的影響因素，充分考慮到施工區(qū)域周邊的地質(zhì)條件以及水文條件，才能進(jìn)行合理的施工設(shè)計(jì)。除此之外，施工技術(shù)人員還應(yīng)該結(jié)合施工區(qū)域周邊居民的居住狀態(tài)以及河道狀況，全方位、多角度地考慮水利工程的施工規(guī)模以及施工整體結(jié)構(gòu)。邊坡開挖技術(shù)是水利工程施工環(huán)節(jié)中常見的工程技術(shù)之一，同時(shí)也是確保水利工程后期運(yùn)行穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)。但是由于邊坡在開挖過(guò)程中容易受到施工人員專業(yè)技術(shù)以及周邊地質(zhì)環(huán)境條件的影響，很可能會(huì)導(dǎo)致邊坡開挖過(guò)程中出現(xiàn)變形或不均勻沉降的問(wèn)題，為了有效地應(yīng)對(duì)邊坡開挖過(guò)程中的土層變形以及不均勻沉降等問(wèn)題，邊坡開挖支護(hù)技術(shù)由此誕生。目前，邊坡開挖支護(hù)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在我國(guó)的水利工程基礎(chǔ)環(huán)節(jié)建設(shè)工作中，在水利工程邊坡開挖環(huán)節(jié)穩(wěn)定土質(zhì)基層、強(qiáng)化地基承受能力等方面起到了不可替代的重要價(jià)值，同時(shí)，邊坡開挖支護(hù)技術(shù)也為水利工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)提供了重要的安全性保障，為后期水利工程的有序開展鋪墊了良好的基礎(chǔ)。

1 工程概述

本文主要是研究了張家川富川水源工程，該工程位于甘肅省天水市張家川回族自治縣，距離省會(huì)蘭州市378公里。為了確保水利工程施工能夠順利進(jìn)行，施工專業(yè)技術(shù)人員需要提前在施工區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查工作，以便及時(shí)了解水利工程開展過(guò)程中周邊的地質(zhì)條件以及水文狀況。在該水利工程的規(guī)劃過(guò)程中，主要將工程分為了水利大壩、溢洪道、泄洪洞以及引水工程這幾部分，而該水庫(kù)的總?cè)莘e達(dá)到了498萬(wàn)立方米，該設(shè)計(jì)的壩頂高程為1947米，工程屬于小規(guī)模工程。而混凝土面板堆石壩的設(shè)計(jì)工程中，壩頂高程達(dá)到了1947米，最大高度達(dá)到了71米，而壩頂?shù)拈L(zhǎng)度達(dá)到了一百八十三點(diǎn)五米。該工程的上下游區(qū)域坡度為1比1.4，并且該工程中在下游壩坡設(shè)置了馬道，馬道的寬度為2.5米。而該工程的下游區(qū)域壩坡一級(jí)馬道以上漿砌塊石護(hù)坡，而在一級(jí)馬道以下建立塊石護(hù)坡。該水利工程樞紐處從左向右依次分別為左岸的灌漿廊道工程、側(cè)槽式河岸溢洪道工程、面板堆石壩工程以及右岸灌漿廊道工程。其中，側(cè)槽式河岸溢洪道工程位于該河道的左岸，該工程中，控制段與水利工程大壩的軸線之間呈現(xiàn)出17.7度的夾角，而在河道右側(cè)，主要是通過(guò)利用混凝土水壩結(jié)構(gòu)與主體大壩結(jié)構(gòu)之間相互銜接，河道的左側(cè)與河岸邊的基巖結(jié)構(gòu)之間直接相連，而在側(cè)槽下游的控制端設(shè)計(jì)了一座連接河道兩岸的交通橋，將壩頂位置和河道的左岸道路之間相互連接。該工程中的溢洪道采用的是敞開式溢洪道設(shè)計(jì)方式，而溢洪道主要是由控制段、12米的側(cè)槽段、8.395米的調(diào)整段以及200米的泄槽段所構(gòu)成的，溢洪道的水平總距離長(zhǎng)度約為226.644米。因此，水利工程的施工團(tuán)隊(duì)必須要根據(jù)土方開挖的深度以及周邊地質(zhì)水文條件合理地選擇和應(yīng)用邊坡開挖支護(hù)技術(shù)，才能確保后期施工的穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

2 水利工程施工過(guò)程中邊坡開挖支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

水利工程是國(guó)家基礎(chǔ)性土木工程建設(shè)的重要構(gòu)成部分，水利工程的建設(shè)能夠通過(guò)合理的調(diào)節(jié)和控制地下水以及自然界的地表水，方便人們的日常生產(chǎn)和生活用水。與此同時(shí)，水利工程的開展對(duì)于防止城市內(nèi)澇災(zāi)害、城鎮(zhèn)供排水、提升水利資源的應(yīng)用效率、生態(tài)環(huán)保、抗干旱等方面都扮演著至關(guān)重要的角色。因此，水利工程的建設(shè)屬于一項(xiàng)公益性的基礎(chǔ)性建設(shè)，對(duì)于維持國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定性發(fā)展、維護(hù)周邊城鎮(zhèn)地區(qū)居民的生活穩(wěn)定性和安全性具有重要意義。在水利工程施工建設(shè)中，邊坡開挖環(huán)節(jié)是最為重要的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，在水利防洪工程、農(nóng)田周邊水利工程、水力發(fā)電工程以及水利綜合應(yīng)用工程中都會(huì)涉及邊坡開挖工程。但由于水利工程開展過(guò)程中所處的周邊地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，因此，在邊坡開挖環(huán)節(jié)中邊坡所屬的地質(zhì)結(jié)構(gòu)也大不相同。例如，根據(jù)時(shí)間依據(jù)可以將邊坡工程劃分為臨時(shí)邊坡工程和永久邊坡工程。而根據(jù)邊坡工程的地質(zhì)巖性條件，可以將邊坡工程劃分為層狀結(jié)構(gòu)邊坡工程、塊狀結(jié)構(gòu)邊坡工程、順向邊坡工程、立志邊坡工程以及反向邊坡工程等類型。而在邊坡施工環(huán)節(jié)中為了保障施工結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及施工的安全質(zhì)量，確保邊坡施工環(huán)節(jié)能夠在水利工程開展過(guò)程中發(fā)揮應(yīng)有的作用，必須要根據(jù)水利工程周邊的地質(zhì)條件以及巖性條件選擇合適的支護(hù)技術(shù)，確保邊坡開挖工程的質(zhì)量能夠符合水利工程的建設(shè)要求，避免在邊坡開挖環(huán)節(jié)中出現(xiàn)巖層塌陷、不均勻沉降或土層滑坡等現(xiàn)象[2]。

3 影響水利工程邊坡開挖支護(hù)質(zhì)量的重要因素

3.1 水利工程施工前期爆破工程的影響因素

在水利工程施工過(guò)程中的邊坡挖掘工作進(jìn)行之前，如果土方開挖的深度較深，就需要提前進(jìn)行爆破工作，而爆破工作也是為后期水利工程邊坡開挖環(huán)節(jié)中尋找挖窗并且留下窗口的重要工程。而在水利工程施工開展之前，采用的爆破施工技術(shù)主要有鉆爆法，這種爆破技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中具有爆破能力較強(qiáng)且準(zhǔn)確性較高的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，在應(yīng)用時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。而在水利工程的土方挖掘工程之前，采用鉆爆法進(jìn)行爆破工作，必須要確保爆破區(qū)域周邊的土層條件以及巖石結(jié)構(gòu)具備相應(yīng)的承載能力。目前，在我國(guó)水利工程建設(shè)項(xiàng)目中鉆爆技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且這項(xiàng)爆破技術(shù)還能夠有效地提升水利工程涵洞施工環(huán)節(jié)以及土方開挖工程的施工效率。但由于爆破技術(shù)在施工過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生巨大的震動(dòng)作用，導(dǎo)致周邊的土層結(jié)構(gòu)存在較大的不穩(wěn)定性，這也影響到了后期水利工程邊坡開挖的穩(wěn)定性[3]。

3.2 周邊地質(zhì)水文條件的影響

水利工程是國(guó)家建設(shè)的大型基礎(chǔ)性項(xiàng)目工程，水利工程的建設(shè)效率以及建設(shè)質(zhì)量會(huì)直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定性，同時(shí)也與人們的日常生產(chǎn)、生活之間具有密不可分的關(guān)系。在水利工程建設(shè)過(guò)程中，周邊水文地質(zhì)條件的變化以及差異性也會(huì)直接影響到水利工程的施工條件，如果水利工程周邊的地下水位極不穩(wěn)定，或周邊土層區(qū)域的不穩(wěn)定性較強(qiáng)就可能會(huì)為水利工程的邊坡施工環(huán)節(jié)帶來(lái)較多的不確定性因素。因此，水利工程在進(jìn)行正式施工之前，施工人員必須要對(duì)施工區(qū)域周邊的水文地質(zhì)狀況進(jìn)行實(shí)地勘察，尤其是要掌握施工周邊的地形、地貌特征、地下水位變動(dòng)狀況，提前排查水利工程后期邊坡施工環(huán)節(jié)中的影響因素，在對(duì)工程周邊的地質(zhì)水文條件進(jìn)行全方位的挖掘后才能夠進(jìn)行邊坡挖掘施工[4]。

4 水利工程中的邊坡開挖支護(hù)技術(shù)

4.1 邊坡開挖施工技術(shù)

4.1.1 土方開挖技術(shù)

在邊坡開挖工程正式開始之前，測(cè)量人員必須用專業(yè)的設(shè)備、儀器對(duì)施工周邊的狀況進(jìn)行深度探測(cè)，同時(shí)，還應(yīng)該利用計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)施工地區(qū)周邊的水文地質(zhì)條件進(jìn)行綜合評(píng)估，了解施工區(qū)域周邊的水文特征、土壤特性、環(huán)境狀態(tài)、基坑深度等情況，并以此為參考依據(jù)，制定科學(xué)的邊坡開挖方案。在土方開挖的環(huán)節(jié)中，通常情況下需要選擇與施工地區(qū)水文地質(zhì)條件相適應(yīng)的施工機(jī)械進(jìn)行挖掘施工，施工過(guò)程中應(yīng)該科學(xué)地控制施工深度，并且根據(jù)周邊水文地質(zhì)狀況選擇相應(yīng)的支護(hù)方案。如果在邊坡開發(fā)環(huán)節(jié)中受到周邊地質(zhì)條件或其他因素的限制，無(wú)法應(yīng)用大型的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行挖掘，還可以通過(guò)預(yù)先放映以及邊坡軌道的方式進(jìn)行人工挖掘作業(yè)，并且根據(jù)邊坡開挖的深度以及周邊的土層條件對(duì)鉆井線進(jìn)行靈活的調(diào)整，確保施工過(guò)程中的挖掘深度和坡度與設(shè)計(jì)圖紙保持一致[5]。

4.1.2 石方開挖技術(shù)

而在石方開挖環(huán)節(jié)中，由于周邊的巖層具有較高的硬度以及厚度，因此，在施工之前，必須要對(duì)周邊的巖石層面進(jìn)行綜合性的評(píng)估，根據(jù)巖石層的相關(guān)參數(shù)確認(rèn)挖掘技術(shù)和方案。通常情況下在石方開挖工程中都會(huì)選擇鉆孔施工技術(shù)，鉆孔施工技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，必須確保施工速度的合理控制，并且能夠及時(shí)清理挖掘機(jī)上所粘附的其他雜質(zhì)或殘留物質(zhì)。如果挖掘過(guò)程中巖層浮于土層表面，應(yīng)該用挖掘機(jī)將巖石拔出并且斬?cái)啵┕ぷ鳂I(yè)需要始終遵循分層開挖的原則來(lái)進(jìn)行操作。在進(jìn)行爆破施工時(shí)，還需要根據(jù)周邊地區(qū)的巖層條件、巖層高度、邊坡的坡度來(lái)選擇爆破的方法和技巧。總而言之，無(wú)論是土方開挖工程還是石方開挖工程在開發(fā)過(guò)程中，都可能會(huì)由于受到周邊環(huán)境的影響造成挖掘施工的不穩(wěn)定性，因此，必須要根據(jù)土方開挖或石方開挖工程周邊的土層條件和地質(zhì)狀況選擇合適的邊坡支護(hù)技術(shù)，確保水利工程中邊坡開挖工程的穩(wěn)定性[6]。

4.1.3 鉆爆技術(shù)

如果水利工程所處位置周邊坡土體的整體硬度較大，就可以考慮采用鉆爆施工技術(shù)，從而滿足水利工程邊坡開挖施工的要求。鉆爆施工技術(shù)主要是應(yīng)用了爆破原理，同時(shí)也結(jié)合了巖體力學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的施工人員需要具備相應(yīng)的綜合性知識(shí)才能確保鉆爆技術(shù)的施工效果。在鉆爆技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中還應(yīng)該混合錨桿支護(hù)以及混凝土噴射支護(hù)技術(shù)，尤其是在面臨涵洞和隧道的支護(hù)問(wèn)題時(shí)，通過(guò)鉆爆技術(shù)的應(yīng)用，也能夠在水利工程的涵洞施工環(huán)節(jié)中未體的開挖支護(hù)創(chuàng)造條件[7]。

4.2 邊坡支護(hù)施工技術(shù)

4.2.1 深層支護(hù)技術(shù)

深層支護(hù)技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中需要采用不同的施工輔助設(shè)備進(jìn)行。深層支護(hù)技術(shù)也是水利工程邊坡開挖環(huán)節(jié)中最為重要的輔助支護(hù)技術(shù)。在施工過(guò)程中，可以通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨桿、固結(jié)灌漿以及預(yù)應(yīng)力錨索這三種形式進(jìn)行，其中，預(yù)應(yīng)力錨索以及預(yù)應(yīng)的錨桿在施工步驟上相對(duì)接近，都是通過(guò)錨索對(duì)需要加固的土層施加預(yù)應(yīng)力的方式，避免邊坡挖掘過(guò)程中出現(xiàn)進(jìn)一步的變形危害，從而有效地提升周邊圍巖結(jié)構(gòu)的承受能力。

4.2.2 擋土墻支護(hù)技術(shù)

在進(jìn)行懸臂擋土墻施工過(guò)程中，需要根據(jù)周邊地區(qū)的水文地質(zhì)條件，采用鋼筋或木樁等材料嵌入邊坡的土壤層中，這樣就能夠?yàn)檫吰碌耐寥缼?lái)堅(jiān)硬的防護(hù)層，確保邊坡的支護(hù)能力[8]。在利用擋土墻支護(hù)技術(shù)時(shí)，首先需要合理地選擇鋼筋或木樁等材料的嵌入位置，然后再利用焊接的方式對(duì)鋼筋進(jìn)行處理，可以根據(jù)邊坡支護(hù)的實(shí)際要求或周邊土層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性構(gòu)建一道懸臂擋土墻，這樣就能夠有效地防止在邊坡挖掘過(guò)程中，周邊土層塌落或出現(xiàn)不均勻沉降的問(wèn)題。為了達(dá)到良好的擋土墻支護(hù)效果，還需要將擋土墻中的鋼筋或木樁的位置間隔進(jìn)行靈活的調(diào)整，應(yīng)該根據(jù)邊坡挖掘的角度以及坡度來(lái)確認(rèn)擋土墻的高度，通常情況下需要將擋土墻的高度控制在六米到九米之間[9]。

4.2.3 錨桿支護(hù)技術(shù)

錨桿支護(hù)技術(shù)在正式應(yīng)用之前，需要對(duì)錨桿原材料進(jìn)行防腐蝕處理工作，這樣才能確保錨桿在后期土層環(huán)境應(yīng)用過(guò)程中不會(huì)受到土層介質(zhì)的影響發(fā)生腐蝕問(wèn)題。在施工過(guò)程中，錨桿的插入點(diǎn)以及位置需要根據(jù)邊坡挖掘的傾斜角度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并以此為依據(jù)來(lái)選擇抗滑樁技術(shù)、預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)、噴錨支護(hù)技術(shù)等不同的技術(shù)類型[10]。可以根據(jù)水利工程邊坡開挖環(huán)節(jié)，施工區(qū)域周邊不同的巖土介

質(zhì)狀況以及設(shè)計(jì)要求確認(rèn)鉆錨固孔的位置，并且靈活地控制錨桿之間的距離，通常情況下每一根錨桿之間的距離需要控制在三米左右。在支護(hù)工程開始時(shí)，需要將錨桿的位置設(shè)置在鉆孔的中央位置，并且利用環(huán)形墊塊對(duì)錨桿周邊的土層進(jìn)行加固。需要注意的是，不同錨桿之間的位置，間距誤差值必須要小于1.5厘米，與此同時(shí)錨桿與鉆孔軸線之間的偏差角度也不能超過(guò)3度。根據(jù)土層條件的不同判斷，在水利工程的邊坡挖掘環(huán)節(jié)中，采用永久性錨桿固定技術(shù)還是臨時(shí)性錨桿固定技術(shù)（如圖1）。為了更好地對(duì)支護(hù)欄進(jìn)行固定，可以利用三根以上質(zhì)量以及規(guī)格相同的鋼筋固定在錨桿上，并且將三根質(zhì)量和規(guī)格相同的鋼筋焊接成三角形，確保錨桿支護(hù)攔的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[11]。

4.2.4 混凝土噴涂支護(hù)技術(shù)

為了更好地抵御邊坡挖掘施工過(guò)程中惡劣地質(zhì)條件以及周邊自然環(huán)境帶來(lái)的侵蝕能力，以及其他不穩(wěn)定因素，可以采用混凝土噴涂的施工技術(shù)，保障邊坡施工的穩(wěn)定性。在混凝土噴涂技術(shù)中，混凝土的配比以及其物理化學(xué)性質(zhì)是影響混凝土噴涂技術(shù)應(yīng)用效果最為關(guān)鍵的因素。因此，施工人員應(yīng)該根據(jù)周邊的土質(zhì)條件，對(duì)混凝土進(jìn)行科學(xué)的配比，如果邊坡挖掘過(guò)程中作業(yè)危險(xiǎn)度較高，還需要應(yīng)用吊籃裝置進(jìn)行加固處理。混凝土噴涂施工技術(shù)需要有專業(yè)的施工設(shè)備輔助控制混凝土噴涂施工過(guò)程中混凝土原材料的溫度，在噴涂結(jié)束之后還需要用刮刀和膩?zhàn)舆M(jìn)行抹平操作，同時(shí)，在后期還應(yīng)該通過(guò)噴水養(yǎng)護(hù)等措施確保施工表面的平整度[12]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，邊坡開挖支護(hù)技術(shù)是維護(hù)水利工程基層穩(wěn)定性以及后期正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要施工環(huán)節(jié)，同時(shí)也是確保水利工程功能發(fā)揮的基礎(chǔ)性施工步驟，能夠保障水利工程在后期即使遇到外界水環(huán)境的強(qiáng)力沖擊也能夠維持穩(wěn)定性。因此，在邊坡開挖施工環(huán)節(jié)中必須要考慮到影響邊坡開挖施工穩(wěn)定性的因素，并根據(jù)不同的影響因素選擇合適的邊坡開挖支護(hù)技術(shù)，確保水利工程中邊坡開挖環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性，提升水利工程的建設(shè)可靠性。