水利水电工程土石方施工技术初探

余祚民

（古田县卓洋水工混凝土模板施工有限公司 福建古田　352200）

水利水电工程土石方施工技术初探

余祚民

（古田县卓洋水工混凝土模板施工有限公司 福建古田352200）

水利水电工程是关系国计民生的重大基础设施，土石方施工则是水利水电工程的重要基础环节之一。本文将主要探讨当前水利水电施工工程土石方施工技术的主要类别，分析了做好土石方施工在整个工程中的重要作用，从而为水利水电的施工提供有效的基础保障。

土石方；水利水电工程；施工技术

引言

在我国的水利水电工程施工过程中，土石方施工是非常重要的施工技术，其中包含了大量的土石方开挖以及填筑的施工项目，这些都是较为关键的核心项目。在近十几年的发展过程中，我国水利水电土石方工程在施工规模、机械化水平、强度以及爆破技术上都得到了较大进步，同时在应对复杂地形情况以及高难度施工方面也取得较大突破。

1　水利水电工程中的土石方施工技术分析

1.1土石方工程施工爆破技术

炸药和起爆器材的发展带动了机械化水平的持续提高。手风钻爆破施工的时代已经结束，如今已经是潜孔钻爆破施工时期，而且高风压逐渐取代低风压正在成为主流，这此发展同时为工程爆破技术提高速度、加大钻孔直径等提供了良好的技术条件。另外，从国外引进的技术和设备也为我国相关技术的发展做出了一定的贡献，如液压钻机、多臂钻机和反井钻机等的引进与应用，为我国的高钻孔效率与精度提供了参考，正带领国内钻孔爆破技术上升一个新台阶。当前，我国已经实现了现场连续、自动化合成炸药生产工艺与装药机械化技术，这有赖于混装炸药车的引进与开发，通过对引进产品生产条件的逐渐完善、产品质量的不断提高，不断改进爆破效果，进而显著提高了我国的装药技术水平与爆破效果。

1.2土石方明挖技术发展分析

随着我国爆破机械以及凿岩机等机械的研发的进步，这些科研成果对于我国的施工爆破技术做出了很大贡献。例如我国的微差爆破技术、预裂爆破技术都发展到了成熟阶段。凿岩机具和爆破器材的研发与进步带动了我国梯段爆破技术的发展创新，梯段爆破布孔如图1所示。而且当前我国预裂爆破技术、光面爆破技术和微差爆破技术日臻完善，基本已经处于成熟应用阶段，并且随着工程施工机具的不断研发，工程施工方法和工艺也在持续提升、完善。据相关统计，我国当前在建或者已建大型水电站有51座，已开发土石方总面积达4.45亿m3，每年土石方开挖量大于4400万m3。

1.3土石方明挖施工机械发展

图1　梯段爆破布孔示意图

解放初期建设的部分大型水电站，基本上都经历了从半机械化到机械化的土石方明挖施工技术转变过程。我国的土石方明挖施工机械化起步较晚，60年代末期，低水平的机械化土石方开挖施工技术才逐渐形成，这个阶段自卸汽车、斗容挖掘机和手风钻是主要的施工设备。如果遇到大型的土石方工程，这此设备基本无法施工，只能大量引进国外先进设备。70年代后期到80年代，是我国土石方施工机械化水平快速发展阶段，主要常用的机械设备也出现了变化，主要有辅助机械、挖装机械、运输机械和钻孔机械，并且当时已经可以构成配套的开挖设备了。

1.4控制爆破技术分析

在我国基岩保护层的开挖工程中，从之前的分层开挖逐步向目前的水平预裂或是光面预裂爆破方式进步，在一些工程中开始使用更为先进的在孔底铺设柔性垫层爆破方式来进行拆除。这种先进技术的应用不仅可以保证质量还可以加快施工进度。在针对基岩层的一此特殊区域进行爆破工作时，也可以同时对于之前的混凝上结果以及灌浆区难题等进行解决。控制爆破的基本原理为等能原理，即使介质只产生一定宽度的裂缝或原地松动破碎，而无剩余的能量造成危害。单位爆炸能A可用下式进行计算：

式中：Qv——单位炸药爆热，J/kg；。

T1——爆炸反应终了瞬间爆炸气体温度；。

T2——爆炸气体膨胀后的温度。

如果设介质裂纹表面能为φ则裂纹扩展单位面积所需能量2φ，若介质破坏后形成的裂纹表面积为F，则需的能量总和为2Fφ。

等能原理可用下式表示：

式中：Q——炮孔装药量，kg；

η——爆炸能量利用系数。

1.5土石方高陡边坡开挖技术分析

水利水电工程施工过程中通常会遇到高边坡问题，需要采取加固措施以防止滑动。而土石方高边坡加固技术的应用，可以加固岩体，从而保证边坡稳定性。其具体表现有两种：①预应力锚固技术；②混凝土结构抗滑技术。预应力锚固施工技术具有高效、灵活、受力好等优点，同时还可以保证岩体主动受力不受破坏。预应力锚固施工技术的施工工艺包括：打孔造束落束与锚固张拉审核加固。进行打孔时，应严格根据实际施工要求进行打孔、测孔、扩孔、扫孔。若有特殊情况，应确保直孔段固定性，并于扫孔后进行再次扩孔。打孔时需根据位置关系确定钢丝间隔，避免出现互相交叉问题。另外，为了保护钢丝，应保证钢绞丝和锚束钢丝之间的间隙。预应力锚固施工过程中，还应保证预应力锚固施工质量，在锚固段灌浆和封孔灌浆进浆管之间合理布置排气管和通道。混凝土结构抗滑技术通常包括混凝土挡墙技术、抗滑桩技术及框架、喷护技术。混凝土挡墙技术通过混凝土挡墙可以局部改变滑坡体的受力平衡状态，从而预防滑坡体变形延展；抗滑桩技术具有的经济性和高效性，使其在滑坡治理中得到广泛应用，尤其是在滑动面倾角较缓治理方面。其中，深井在滑坡工程中的应用不仅可以充分发挥挡土墙的作用，同时还能起到一定的防滑桩作用；框架、喷护技术中的混凝土框架可以保护滑坡体的表层，全面提升坡体整体性，同时，还能有效避免风化和地表水渗水的影响。此外，框架护坡技术还具有施工便捷、排水方便等优点。

2　土石方平衡

对于较为大型的水利水电工程来说，科学合理利用开挖料是非常重要的一个环节，对于保持挖填的平衡具有良好效果。比如说在我国多个项目施工过程中都曾有效使用开挖料来对大江进行截留以及工作面的填筑等。某工程开挖的土石方体积达到了700万m3，而开挖料的利用率达到了9成以上，做到了完美的土石方平衡与利用，这此案例都对我国土石方挖填的平衡起了很大作用。土石方平衡的计算有两种：①方格网法，如图2所示；②断面法，如图3所示。目前，在我国建设完毕的坝高在30m之上的多种坝型之中，其中土石类的大坝占据了8成以上，自从20世纪90年代以来我国在建设中的高土石坝数量迅速增加，待建的工程项目数量则更多。在众多工程中土石坝施工技术得到了很大进步。在20世纪70～80年代中期我国开始自主研发大型的施工机械，这对于高土石坝的发展来说起到了很大的推进作用。例如我国心墙土石坝以及混凝上堆石坝等因为工程的成本较低以及施工口期较短等让这此技术等得到了很大进步。

图2　网格法

图3　断面法

3　土石坝施工技术

土石坝是我国当前水利水电工程当中主要的坝型，在我国已经建成的坝高30m以上的坝型中大约占80%左右，尤其是从20世纪90年代开始，在待建和正建工程中土石坝坝型逐渐增多，随着高土石坝坝型修建工程的不断增多，土石坝工程施工技术也得到了较快的发展。尤其是随着新型和大型工程施工机械的出现与应用，直接推动了高土石坝的建设及其技术发展、此外，由于沥青混凝上面板堆石坝、混凝上面板堆石坝和心墙土石坝工程造价比较低，而且工期相对也比较短，所以这此技术也得到了业界人士的关注与肯定。当前，我国土石坝的施工规模、施工技术和管理水平等与国外先进水平相比还有一定的差距，但是随着更多工程的实施和相关工作人员的不断努力研发，在不久的将来我国土石坝施工技术水平必将得到快速的发展与提高。

4　地下工程建设与发展

在20世纪60年代前，我国水利水电工程中都是采用较低机械化水平的手风钻孔爆破技术进行施工，整体施工水平不高，且施工进度不高。1963年，陆浑水库首次应用锚杆支护施工技术，并取得较好的施工效果，随后该技术在1985年鲁布革水胆战的施工中应用，并创新了施工进度记录，此后，锚杆支护技术开始在水利水电工程施工中逐渐得到应用。当前，我国水利水电工程随着我国社会经济和科学技术的快速发展而迅速发展，而水利水电工程的发展相应促进我国抽水蓄能电站施工建设的发展。如二滩水电站、小浪底水电站等施工建设中，地下工程的众多优势使其整体水平位列世界领先水平。据相关资料统计显示，我国当前已建和在建的地下厂房已达60座以上，例如，在龙滩水电站施工中，设置了超过100个洞室，各个洞室相互贯通，形成一个系列的洞室群。而水利水电工程建设在丰富的水力资源环境下进行施工，可以充分利用不良地质洞段施工技术，从而保证了工程施工进度。

5　结语

总而言之，土石方施工技术在水利水电工程中的逐渐应用，并已经成为水利水电工程中不可或缺的一部分。在水利水电工程施工过程中，应合理应用土石方明挖技术、爆破技术、高边坡加固技术，同时，今后仍需继续加强对土石方施工技术的研究，不断提升施工技术含量，从而提高土石方施工技术在水利水电工程中的应用质量，促进水利水电工程的良好发展。

[1]农世林.水利水电工程的土石方施工技术研究[J].建筑知识：学术刊，2013：372.

[2]周南贤.水利水电工程土石方施工技术探讨[J].建筑工程技术与设计，2014（22）：45.

[3]吴祖宏.水利水电工程中的土石方施工技术[J].城市建设理论研究：电子版，2014（24）：232.

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2015-4-28