水利工程施工中边坡开挖支护技术的应用

2022-02-28隋建华东营市小清河管理服务中心山东东营257000

中国房地产业 2022年2期

文／隋建华东营市小清河管理服务中心山东东营 257000

引言：

边坡开挖支护作为水利工程施工中的一项关键技术，在降低滑坡与坍塌事故发生概率以及增强边坡稳定性等方面发挥着至关重要的作用。但是，在受到地质条件、水文气象条件以及主观人为等因素的影响，水利工程的边坡支护施工难度越来越大，为此，施工单位针对浅层与深层两种不同的支护方式，不断对支护技术进行创新改良，确保在提高土体稳定性的前提下，使水利工程施工的其它工序能够顺利进行。

1、边坡开挖支护技术在水利工程施工中发挥的重要作用

在水利工程边坡开挖施工中，由于工程所在地的地质结构以及土壤性状存在较大差异，因此，为了提高边坡的稳定性，施工单位往往利用支护技术对边坡进行加固处理，以防止滑坡、岩层坍塌、基础冲毁等事故的发生。比如对于直立边坡来说，由于边坡本身处于竖直状态，如果不及时采取支护措施，在水体的浸泡或者雨水的冲刷下，极易出现垮塌事故，不仅给人民群众的生命安全构成威胁，而且也使水利工程的防护功能丧失。基于对这些因素的考量，施工单位在应用支护技术时，往往更加关注技术的专业性、实用性以及便于操作性，旨在发挥支护技术支撑防护作用的同时，为水利工程项目的整体质量与安全保驾护航。

2、影响水利工程边坡稳定性的主要因素

2.1 水文地质因素

受到地域性差异的影响，水利工程项目所在地的水文地质条件存在明显差异，比如有的地方地下水位深、地质结构复杂，有的地方地下土壤属于黏性土质，使得边坡施工难度加大。以边坡岩土的类型及性质为例，通常情况下，如果岩土当中的泥质成分越高，那么边坡自身的抵抗变形能力就会越弱。而每一种不同类型的岩土层，发生的土地结构改变形式也有所不同，比如性状较为坚硬的岩土层以及黄土层，容易发生崩塌，而沉积中的软弱夹层土则极易发生滑坡。另外，地表水和地下水的静水压力或者动水压力，也会给边坡土体的稳定性造成影响。以动水压力为例，当地下水边坡岩土层中渗流排出以后，由于水压力呈现出不同的梯度，这时，水体就会对边坡产生动水压力，一般情况下，动水压力的方向往往指向斜坡的临空面，这就增加了边坡垮塌的风险[1]。

2.2 地震飓风等不可抗力因素

新中国成立70年以来，我国的水利工程规模及数量已经位居世界前列，目前，全国各类水库数量已近10 万座，总库容从新中国成立之初的200 亿立方米增加到现在的近9000 亿立方米，5 级以上江河堤防超过30 万公里，全国水利工程供水能力达到8600 多亿立方米，每一座城市、每一个乡镇都可以看到水利工程的身影。但是，对于地震与飓风等自然灾害的频发地区来说，受到这些灾害破坏力的冲击和影响，部分水利工程的边坡稳定性也持续下降，在这种情况之下，边坡发生垮塌、滑坡等事故的概率也显著提升。

2.3 爆破作业的影响因素

对于一些地质结构复杂，土层坚硬的施工区域来说，在边坡开挖施工开始之前，施工单位需要对土体进行爆破作业，而受到爆破强大冲击力的影响，土体结构极易失稳，如果不及时采取支护措施，将无法保证边坡的稳定性，加之受到人工作业扰动的影响，边坡出现垮塌的风险将呈现出明显的上升趋势。

2.4 开挖坡度与支护时间的影响因素

在水利工程边坡开挖施工中，边坡的坡度值直接影响着边坡的稳定性，如果工程施工地点的水文地质条件好，土层的层理均匀，在深度不超过3 米时，坡度值应当介于1：1-1：1.25之间，当开挖深度超过3 米而小于12 米时，坡度值应当介于1：1.25-1：1.5 之间，当开挖深度超过12 米，坡度值应当介于1：0.3-1：1.25 之间。如果开挖坡度超出取值范围限值，那么土体的稳定性将受到严重影响，甚至极易发生塌方或者滑坡事故。另外，支护时间对边坡的稳定性也会产生一定影响，如果采取先开挖后支护的方法，边坡土体则极易出现垮塌事故，因此，在边坡开挖支护施工中，施工单位多采用边开挖边支护的方法。

3、水利工程施工中边坡开挖与支护

3.1 边坡开挖方法

在边坡支护施工开始之前，施工单位需要对边坡进行开挖施工，目前，较为常见的边坡开挖方法有质边坡开挖、岩质边坡开挖、槽挖以及钻爆开挖法。其中，质边坡开挖是采取挖掘机械配合人工开挖的方式，由上至下对边坡土体进行挖掘，在挖掘过程中，施工单位应当严格遵照施工组织设计要求，对削坡层厚度予以严格控制，以防止出现削坡层过薄或者过厚的情况。岩质边坡开挖主要是采取爆破的方式，对岩质土层进行处理，为了避免爆破作业时给周边群众的生命安全或者正常生活造成影响，施工单位应当有效控制爆破范围，合理选择爆破点。槽挖主要是将边坡工程划分为若干个小工程，然后层层开挖。而相比于其它开挖方式，在水利工程边坡开挖施工中，钻爆法的应用频率相对较高[2]。

3.1.1 钻爆开挖技术进度指标

钻爆法主要是通过钻孔、装药、爆破开挖岩石层的方式对边坡进行挖掘，这种方法多适用于边坡岩层较为坚硬的地区。在钻爆施工过程中，不同的岩层级别，所采用的施工方法也有所不同。首先通过放线测量来确定炮眼的准确位置，然后按照钻爆参数来确定炮眼的深度、角度与间距，其中，掏槽眼间距、眼底间距、行距误差值不得超过5cm，当炮眼深度超过2.5m，内圈炮眼与周边眼的斜率应保持一致。为了在爆破过程中减少飞石的产生量，掏槽眼的布设位置应当位于开挖断面中下部。在装药前，施工人员需要利用鼓风机等设备将炮眼内部清理干净，以防止炮眼阻塞。利用钻爆施工技术应当避免出现超挖或者欠挖的情况，同时，应当确保爆破过程不会对衬砌结构稳定性与强度造成影响，钻爆开挖技术的进度指标如表1所示。

表1 钻爆开挖技术的进度指标

3.1.2 爆破注意事项

与其它土建工程不同，水利工程施工中的爆破网络呈现出一定的微差顺序特征，因此，为了减少这一误差值，提高爆破作业的安全性，施工人员在起爆过程中，应当严格控制预裂孔位置的引爆时间，并且掌握预裂孔的装药量，这样既可以提供后续施工质量与进度，同时，也能够保障爆破作业安全。其次，在爆破作业开始之前，需要准确钻出爆破孔与缓冲孔，通常情况下，钻孔工具选择液压钻，主要是由于这种钻孔工具更易于操作，而且两个钻孔之间也能够始终保持平衡状态。在控制缓冲孔的药卷直径时，上下误差值不得超过50mm，与此同时，尽量选择连续不耦合的装药方式，以防止孔洞堵塞情况的发生。最后，技术人员应当合理控制预裂孔的尺寸以及爆破标准，按照裂孔外观划分，预裂孔主要分为马道水平孔与坡面孔，孔的类型不同，在施钻时，所选用的设备也明显不同。当钻孔施工开始后，技术人员应当合理控制钻孔的尺寸。尤其在进行马道水平预裂孔钻孔时，各个孔洞之间的距离应当控制在50cm 左右，孔洞口的堵塞深度应当控制在50cm 左右。而在坡面预裂孔钻孔过程中，孔径大小应当控制在90cm 以内，这样，能够收到较好的爆破效果。

3.1.3 土质边坡开挖方式

受到土壤性状的影响，在雨水较为频繁的季节不能进行边坡土方开挖施工，究其原因是由于土体在雨水长时间的浸泡之下，如果产生松动与滑塌现象，如果盲目作业，则极易引发坍塌、滑坡等安全事故。在对土质边坡进行开挖作业时，首先应当确定边坡线的准确位置，然后沿着边坡线，对土体逐层进行开挖，为了避免开挖过程中出现漏水或者塌方等安全事故，施工单位利用挖掘机进行开挖作业时，应当着眼于施工现场的实际情况，如果遇到较为松散的土体，应当及时采取人工挖掘的方法，以规避土体开挖风险。当开挖工序结束以后，为了提高土体的稳定性，施工人员应当做好后续的碾压工作，同时，将开挖出来的土方运送至指定的堆放场地，以防止阻塞施工便道。

3.1.4 岩质边坡开挖方式

与土质边坡相比，岩质边坡的开挖难度相对较大，如果仅仅凭借挖掘机或者人工作业的方式，那么前期的挖掘工作将异常艰难。因此，为了推进施工进度，保证挖掘质量，在对岩质边坡进行开挖时，常常采取事前爆破的方式进行，出于施工人员安全性的考虑，在爆破作业开始之前，技术人员应当事先对施工现场进行仔细勘查，当确认开挖岩层具备爆破条件后，方可执行爆破操作，并在爆破前，督促安全范围之外的其他人员及时撤出施爆现场。

3.2 边坡支护方法

在边坡支护施工中，根据边坡作业层的厚度划分，主要包括浅层支护施工与深层支护施工。其中，浅层支护所需的设备包括混凝土喷射泵、排水管、锚杆等，其中锚杆类别主要包括机械式、倒楔式、胀壳式、楔缝式以及水力胀管式等多个种类（如图1所示），施工时，不同的锚固方式，需要选择与之相对应用锚杆，以确保锚固效果。而深层支护则多用于土质较为松软的地区，在施工过程中，需要注意的是：在灌浆作业时，施工单位应当采用高压灌浆泵，以确保灌浆能够达到施工锚墩混凝土的强度值，灌浆结束后，应利用锚索进行张拉试验。

图1 锚杆种类

4、边坡开挖支护技术要点分析

4.1 技术交底与测量放线

为了进一步增强边坡开挖支护施工的安全性，在支护施工开始之前，技术人员需要对现场作业人员进行交底工作，交底的内容应当包括边坡开挖工序与注意事项、支护技术要点与流程以及企业的各项施工安全管理制度，当现场作业人员掌握了这些基础信息以后，应当及时进入到施工现场。另外，测量放线的精确度直接影响着支护质量，因此，测量人员在进驻施工场地以后，应当第一时间开展测量放线工作，首先对施工现场的各种杂物进行清理，然后对原有的边坡进行修复施工，为了保证开挖与支护效果，施工人员应当严格遵守施工设计图纸的规定，以确保边坡开挖质量能够满足行业标准要求。

4.2 锚杆、锚筋桩造孔

施工单位首先需要根据施工设计图纸要求，来确定锚杆与锚筋桩的孔位，需要注意的是，孔位偏差不得大于10cm，孔轴方向偏差不得大于5°，孔的深度偏差不得大于5cm，当钻孔工序结束以后，施工人员应当及时清理孔内残留的碎石、渣土，确保孔内无积水，无杂物。

4.3 锚杆与锚筋桩注桩

该道工序主要分为三个步骤，即拌制注桩砂浆、发插锚杆、锚杆注浆养护。其中拌制注桩砂浆时，应当严格执行配合比试验标准，并在混凝土拌和之前对水泥、砂子等材料质量进行检验，检验内容主要包括砂子的平滑度、规格尺寸、形状、水泥强度等。在安插锚杆阶段，技术人员应对锚杆尺寸参数以及锚杆注浆的饱满程度进行检验，如果在描杆注浆过程中出现砂浆外溢的情况，施工人员应当及时采取补浆措施，为了提高注浆饱满度，在补浆时，切忌使用锚杆口抹浆的方法，当注浆与补浆工作完成后，应缓慢拔出锚杆。在锚杆注桩养护阶段，为了使锚杆强度满足标准要求，养护时间不得低于30 天，在养护期间，技术人员应当不定时对锚杆的密实度以及混凝土强度进行检查，如果锚杆密实度不达标，应当及时采取补强措施，以确保边坡支护效果[3]。

4.4 设置辅助钢筋网

为了防止边坡支护施工中出现土体坍塌或者滑坡事故，施工单位可以采取设置辅助钢筋网的方式来增强边坡土体的稳定性。辅助钢筋网的设置位置应当选择岩层或土体破碎区，在选择辅助钢筋网时，钢管尺寸应当以48mm 为宜，钢筋网尺寸以20cm×20cm 为宜，当钢管与钢筋网布设完毕，应当采取人工绑扎的方式，对钢筋网予以固定，为了便于运输与施工，施工单位可以适当增加钢筋网的铺设面积。当绑扎工序结束后，施工人员应对锚杆头进行焊接作业，使锚杆与辅助钢筋网构成一个坚实的整体，这样可以有效避免坍塌或者滑坡事故的发生。在喷涂混凝土阶段，施工人员应当遵循分区、分片、分层的喷涂模式进行，这样能够保证混凝土喷涂的连贯性与均匀性，在分层喷涂时，每一个分层结构的喷涂间隔应当在1 小时以上，以确保上一层混凝土的强度值满足标准要求。在进入混凝土养护工序以后，技术人员应当加大对混凝土强度的检查频次，并通过抗压测试的方法，来确定混凝土强度值，如果养护工序结束后，混凝土强度不达标，应当及是采取补强措施，以增强边坡的稳定性与安全性。