黄龙公寨沟工程中开挖和支护技术研究与应用

2022-12-25贾来喜

大科技 2022年48期

贾来喜

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西西安 710065）

1 工程概况

黄龙公寨沟水库是一座以给黄龙县城供水为主的水利工程。碾压混凝土重力坝，坝顶高程1299.00m，建基面高程1253.00m，最大坝高46.00m，坝顶宽度5.0m，坝顶长290.00m，大坝开挖主要部位是左右岸坝肩边坡开挖、坝基开挖及下游消能防护区基础和边坡开挖、管理房基础开挖、施工临时道路和施工辅助设施。

2 大坝开挖支护施工方法

2.1 土方明挖

2.1.1 施工准备

在水利工程中，大坝水库工程作为一个基础性工程项目，其施工质量将会给水利工程整体施工质量和安全带来一定影响。在大坝水库工程施工建设中，开挖支护作为重要内容，开挖技术和支护施工技术将决定水库工程性能。在开展开挖施工工作之前，需要做好施工现场的勘察工作，对施工现场道路等重新修建，配备专业的施工人员和施工设备，参与到施工现场，对施工现场环境有所了解，做好设备调试和保护工作。

2.1.2 测量放样

在开挖施工之前，需要利用型号为Rˉ202NE 全站仪对施工现场进行测量，做好开挖边线放样测量工作，在得到监理部门审核通过以后才能开展开挖施工。

2.1.3 场地清理

在场地清理过程中，涉及的内容有植被清理与表土清理。在植被清理过程中，需要对施工现场中的树根、杂草、垃圾等杂物进行清理，防止给后续施工带来影响，清理范畴可以结合施工现场情况和设计图纸内容进行确定，对于工作面比较危险的因素，及时清理。在植被清理过程中，可以利用1.2m3挖掘机进行施工，配合人工施工方式。在清被清理完成以后，在左右两岸的上下位置同步进行，利用挖掘机进行清理，将清理的杂物装运到对应车辆中，将其运送到指定位置，集中掩埋或者焚烧，保证周围群众安全，不会造成环境的污染。在表土清理过程中，存在一定的细根须、草本植物等植物的表层有机土壤。在表土清理过程中，需要利用1.2m3挖掘机施工，由20t 自卸汽车负责拉运，挖掘机把表土集中清理到装卸车指定位置，由装卸车将其运送到对应的位置堆放[1]。

2.1.4 对于覆盖层较薄的地段采用土方开挖、拉运

在土方开挖过程中，需要根据设计图纸和施工方案要求进行，开挖需要由上至下进行分层施工，严禁采用由下至上的施工方式。对于工程量比较集中的土方挖设，一般采用反铲装车，对于覆盖层比较浅的路段，应利用推出机进行松动处理，由推土机将土渣进行集中处理，由自卸车运送到指定位置。边坡外侧和沟槽土方可以利用反铲直接挖装，在人工配合下完成施工。

2.1.5 质量保证措施

利用相关设备进行土方开挖过程中，要想防止边坡开挖线出现偏移，满足施工要求，需要提前预留出宽度为0.3m 的保护层，通过人工方式进行处理。在测量团队的配合下，利用全站仪精准测量出开口线，人工打桩防线布局，利用坡尺挂线人工修整，每间隔1m 位置设有一个监测站，对其充分检查，及时找到施工中存在问题并处理，保证土方明挖满足施工要求。对开挖的边坡及时喷护，防止修建以后的边坡受到雨水等因素影响，造成边坡内部松散，通过喷射混凝土方式加固处理。

2.2 石方明挖

2.2.1 施工准备

开挖前期需要了解施工现场情况，对进场道路等重新修建，要求施工人员提前进入施工现场，了解现场环境，做好设备调试和保护工作，加强施工现场中各种风险因素的识别和控制。

2.2.2 测量放样

在开挖施工之前，需要使用型号为Rˉ202NE 全站仪完成土石分界线的测量工作，开展边线放样工作，在经过监理部门审核通过以后开展挖设工作。

2.2.3 场地清理

人工配合挖掘机进行场地表面的浮渣和杂物进行清理，及时清理危石。

2.2.4 钻孔爆破

（1）爆破方案。在开挖施工过程中，一般采用的是深孔梯段与预裂相结合的爆破方法，梯段高度和设计台阶通常不会大于15m。在边坡施工过程中，需要采用一次开挖施工工艺，坝基和马道预留对应的保护层。保护层开挖一般采用的是小梯段与预裂相结合的爆破方法。水平建基面开挖则采取水平预裂法施工。

（2）生产性爆破试验。在钻孔爆破之前，需要做好爆破试验工作，获得爆破相关参数，如爆破数值、保留岩体影响程度、爆破振动等监测数据等。爆破试验一般选择在左右岸1299 高程以上岩体，选用2 号岩石乳化炸药，爆破起爆网路使用的是毫秒微差网路，结合现场实际情况和地质条件，确定初步的爆破参数。

①深孔梯段爆破设计。在爆破施工之前，严格按照《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》（SL47—94）要求，开展爆破试验。爆破实验目的就是让开挖施工更好地满足各个建筑施工要求，对爆破设计参数和装药结构适当调整。②爆破试验。计划在左右岸坝肩高程1299m 高程以上，其面积按200m2控制。结合设计方案中的地质条件、凿孔设备、起爆方式、装载运输设备等，根据以往的施工经验，对左右岸边坡按台阶法预裂梯段爆破（梯段高度暂定15m）进行相关试验，以工程类比法初拟爆破开挖参数见表1。③梯段爆破参数。结合以往的爆破试验，根据相似工程施工案例，按照设计方案中提出的大坝地质地形条件和施工经验，初拟梯段爆破设计参数见表2。

表1 石方开挖爆破试验初拟参数

表2 初拟梯段爆破参数

2.2.5 土方明挖工程

（1）边坡开挖。边坡开挖前，应详细调查边坡岩体的稳定性，包括设计开挖线外影响施工的边坡和岸坡；对设计开挖线范围内存在不安全因素的边坡必须进行处理，并采取相应的防护措施，山坡上所有危岩、不稳定岩体均应撬除。

开挖应自上而下进行，高边坡应分阶段开挖，台阶（或层）的高度应根据爆破方法（如预裂爆破或光面爆破）、施工机械性能和开挖区域的布置确定，竖坡梯高度一般不超过15m，严禁自下而上开挖。

开挖边坡的支护应在分层开挖过程中分层进行，上层的支护应保证下一层的安全顺利开挖。上层支护未完成时，严禁相邻下层开挖爆破作业。

在工程验收前的施工期间，应定期监测边坡的稳定性。如有失稳迹象，应及时通知招标人，并立即采取有效措施，确保边坡稳定。

（2）基础开挖。除经招标人专门批准的特殊部位开挖外，永久建筑物基础开挖均在干地中施工。

在开挖过程中，应采取措施避免基础岩石表面的爆破裂缝或原结构裂缝的过度劣化和岩体的自然状态。

采用预留岩体保护层的开挖方法，上部开挖的爆破孔不得穿透保护层。在开挖防护层时，无论采用何种开挖爆破方法，钻孔都不应钻入基础表面的岩体中。

基础岩体保护层开挖应控制爆破或分层开挖，采用分层开挖时，必须严格控制垂直面保护层的开挖爆破。

开挖的岩石边坡表面应干净、粗糙。边坡岩石中的断层、裂缝和软弱夹层应清除至施工图纸规定的深度，然后按照施工图纸的要求进行处理。岩石表面不得有积水或流水，应清除所有松散岩石。

2.3 支护

2.3.1 施工方法

（1）造孔、清孔。通过人工方式，在高压风或者钢钎撬除开挖面中松动的浮石，根据施工设计图纸内容或者工程监理部门的工作标准，确定锚孔位置。锚杆孔一般使用的是YT28 手风钻完成造孔工作，钻孔倾角应该垂直岩石或根据设计图纸内容操作[2]。造孔完成以后，应该及时采取高压水枪把孔内中杂物进行清理，封堵孔口，避免在施工中杂物掉落其中。

（2）锚杆制作。锚杆一般在钢筋加工厂完成制作，严格按照施工要求确定直径和长度，将其存放在对应位置，利用8T 载重汽车运送到施工现场。

（3）锚杆安装。在锚杆安装过程中，一般采用的是后注浆方式。注浆过程中，采用的是MZ-1 型注浆机灌注，在排气管外泄水泥浆时，利用扎丝将排气管管口捆绑处理，继续灌注，直到内部砂浆灌满。在完成锚杆安装工作以后，在砂浆凝固之前，不可撞击或者拉拔锚杆。

（4）质量检查。在锚杆施工中，需要根据工程监理部门提出的要求对锚杆孔钻孔规格进行检查，做好记录工作。选择和现场锚杆直径、尺度等规格相同的锚杆及塑料管，通过和现场注浆相同的材料与配制拌和砂浆，根据施工现场工艺要求完成注浆工作，养护7d 以后检查其密实度，密实度应该满足设计要求，检查结果需要由工程监理部门审核。在边坡支护锚杆拉拔力检测过程中，按照每组300 根的锚杆，抽取部分进行检查，试验在砂浆锚杆养护28d 以后进行。在实验过程中，安装张拉设备逐级进行拉拔试验，在拉拔力得到预定要求以后，需要及时停止加载，完成试验。

2.3.2 喷射混凝土（含挂网）

（1）施工准备。在喷射混凝土施工之前，需要向监理部门提交喷射混凝土施工材料试验检测报告，报告中标注了配合比试验结果、材料类型，施工质量管理对策等，完成试验测试工作，确定喷射混凝土施工质量和强度，保证满足施工要求，之后经过监理部门审核通过以后才能施工。

（2）基础清理。在喷射混凝土试验检测通过以后，开展施工工作，利用高压水枪将喷射面进行清洗，在露出的钢筋材料中安装混凝土厚度标志。

（3）挂钢筋网。挂网钢筋运送到施工现场以后，安排专业人员捆绑处理，单根钢筋和开挖面锚杆充分连接，分排焊接成主网，之后把钢筋网纵横加密处理，网片和岩面之间距离控制在5cm 以内。

（4）混凝土喷射施工。在进行喷射混凝土施工过程中，一般采用的是ZPGˉⅡ型转盘式混凝土喷射机施工。混凝土在拌和站完成搅拌工作，其配合比需要严格按照施工设计要求进行，混凝土干料运送到施工现场以后，人工将其喷射到筛网内。通过采取分片分层施工方式进行喷射，将混凝土均匀地喷射在坡面中，喷射过程中喷嘴应该和喷面保持垂直，和岩面之间距离控制在1.0m 左右。为了减少回弹过程中气孔，需要适当的调整好其气压，保证喷射混凝土和岩面充分结合。混凝土一般填充在钢筋网和岩面之间空隙中，确保将钢筋网表面混凝土厚度控制在10cm 左右。喷射厚度控制在20cm 左右，采用分2 层方式完成喷射工作，每层控制厚度10cm。在完成喷射工作以后，应该及时清理表面的杂物，混凝土终凝2h 以后进行养护处理，养护时间应控制在7d 以上。

（5）质量控制。在对喷射混凝土配合比设计过程中，主要是根据室内和现场试验结果来获得，满足施工图纸要求。在保证喷层性能符合施工标准的情况下，尽可能的减少水和水泥用量。通过现场试验确定了促进剂的用量，喷射混凝土初凝和终凝时间满足现场喷射工艺要求，喷射混凝土厚度和强度符合设计要求，喷射混凝土与岩石之间的粘结力和喷射混凝土层之间的粘结力。根据监理指示，钻取直径为100mm 的芯样进行拉伸试验。试验结果应提交给监理部门。如果混凝土出现鼓包、剥落、强度低或其他缺陷，应及时清理和修复，直至达到设计和规范要求。