水利水电工程施工中的边坡开挖与支护技术

李 涛

（青州市水利建筑总公司，山东 青州 262500）

0 引言

从国家地理角度可以看出，我国水资源区域分布并不均衡，在我国西北地区的水资源严重匮乏，而东南区域的水资源则极为丰富，水利水电工程的修建能够妥善解决水资源分布不均匀的问题，为西北地区供应水资源，改善西北地区人民群众的生活条件，促进西北地区的经济发展[1]。在水利水电工程项目施工过程中边坡开挖支护技术的妥善应用，能够提升项目工程施工质量，最大化水利水电工程的经济效益[2]。但边坡开挖支护技术在具体应用过程中极易受到地质、环境等多重因素的影响，为此需要提升边坡开挖支护技术应用水平，改良水利水电工程的应用技术[3]。

1 边坡开挖支护技术应用价值

水利水电工程项目是我国重点的民生工程项目，为了提升我国的水电资源综合利用效率，国家需要大力兴建水利水电工程项目，有效缓解我国水资源紧缺的现状，妥善解决国内现存的重大民生问题。水利水电工程项目在进行开挖作业过程中，工作人员需要根据施工现场的图纸情况选择开挖技术方法。在进行土质边坡开挖过程中，项目施工人员需要根据施工图纸要求开挖深度设置开挖分层厚度，借助反铲挖掘机作业装置进行作业[4]。

2 案例工程概述

该案例工程边坡开挖设计深度的最大值为120m，但案例工程项目实际开挖值达到140m，为了确保案例工程边坡的稳定性，对于支护作业进行调整，利用支护技术对于边坡中极易塌方的区域进行处理。本次案例工程设计的边坡开挖工程量见表1。

表1 案例工程边坡开挖工程量

3 边坡开挖与支护技术在水利水电案例工程的应用

3.1 准备阶段

3.1.1 施工现场准备阶段

水利水电工程项目只有做好准备工作，才能确保后续施工环节的施工质量。1）项目施工人员需要根据项目施工设计要求确定项目施工范围与场地。为该水利水电案例工程的施工人员需要提前做好“四通一平”的项目施工准备工作，确保每项的施工环节开展前都能做好相应的准备工作，加强项目施工活动开展的主动性。2）水利水电案例工程需要根据自身的设计需求以及具体施工内容配置相应的施工技术人员与管理人员，实现施工任务在具体岗位的有效落实，明确不同施工人员的岗位职责。此外为了确保案例工程施工的安全性，需要借助边坡安全系数计算公式进行数据计算，如公式（1）和公式（2）所示。

式中：c为岩土体真实的黏聚力；φ为内摩擦角；c'为折减后的黏聚力；φ'为内摩擦角；F为折减系数。

3.1.2 截水沟施工

在边坡开挖活动开展前，需要测量案例工程项目的开挖线，同时在开挖线的2m 区域设置人工开挖截水沟。截水沟的宽度设置为0.8m，截水沟的深度设置为0.65m，利用胶合板模板进行支护，采取人工浇筑混凝土的形式。

3.1.3 排水沟施工

每级马道开挖施工以及喷护施工完成后，需要由施工人员及时进行排水沟的开挖工作，排水沟的宽度设置为0.6m，截水沟的深度设置为0.45m，利用胶合板模板进行支护，采取人工浇筑混凝土的形式。

3.1.4 开挖土壤保护工作

水利水电案例工程在施工作业开展前，需要组织项目施工人员积极开展施工调查工作，对于已开挖部分的土壤进行相应的保护工作，避免引发边坡塌方事故发生，与此同时项目施工人员需要做好软土持力层部分的观察工作，做好防止软土持力层被破坏的控制管理。在水利水电案例工程施工作业过程中，需要全面落实监测管理工作，全面掌握基坑边坡移量，实时测量周围的土体，一旦发现超出警戒值时，需要立即开展边坡支护工作，实现对于边坡塌方问题的有效控制，加强水利水电工程项目的施工安全性。

3.2 边坡开挖施工工艺

3.2.1 土方以及卵石层的开挖工艺

采取1m3反铲开挖工艺，在自上而下分层开挖过程中，将分层开挖高度设置成为3m。在土方及卵石层开挖期间，将其挖甩至设备施工操作平台，配置 HP160 推土机将弃渣推运至583.1m 平台下。同时需要在575m 的操作平台上设置1m3反铲设备，利用承载量在10t 左右的汽车将土方以及卵石运输至弃渣场。此外案例工程也要在弃渣场配置ZL50 装载机进行弃渣场的整平活动。

3.2.2 泥岩以及砂岩的开挖工艺

采用潜孔控制爆破方法进行分层开挖，设置的分层开挖高度为2m。施工人员需要利用YT-28 手风钻在破线上按照设计的坡比进行钻孔设计，孔间距设置为0.45m，排距设置为1m，孔深设置为2.5m，泥岩单耗则是按照0.4kg/m3进行控制，而砂岩单耗则是按照0.45kg/m3进行控制。爆破方法为不耦合装药方法，线装药密度在150g/m，利用导爆索进行光面爆破。

案例工程所应用的炸药为φ32mm 的乳化炸药，爆照雷管则是利用非电毫秒雷管，引爆雷管设计应用为8#的电雷管。雷管爆破过程中设计的警戒范围为350m 以外，所有的施工人员以及施工设备需要撤离到爆破警戒范围以外。

3.3 边坡支护施工工艺

3.3.1 边坡锚杆支护技术

锚杆支护技术在作为水利水电工程项目边坡支护环节中应用极为广泛的施工工艺，具备应用占地面积小、成本低以及应用安全性极高的技术特征。锚杆支护技术的应用质量关乎边坡支护施工的整体安全性，对于整个工程项目的施工安全有一定的影响，为此需要重视边坡锚杆支护工艺应用的各项环节。锚杆支护技术应用至水利水电案例工程的具体流程如图1 所示。

图1 锚杆支护技术应用流程图

第一，案例工程项目所应用的边坡锚杆喷护技术为干喷方法。需要严格把控锚杆施工工艺的原材料施工质量，做好原材料选择工作，不仅需要选择具备防锈蚀、防腐蚀性能的施工原材料，同时需要选择并添加未含有腐蚀性成分的水泥砂浆。

第二，案例工程项目锚杆钻孔位置设置在预定方位，在岩石边坡区域，每开挖2m 则需要进行锚杆空位的侧方工作，锚杆深度设置为3.2m，孔径设置为0.6m，施工人员需要利用YT-28 手风钻进行锚杆孔的钻孔工作。

第三，案例工程选择先注浆后插锚杆的施工工艺，因此在注浆活动完成后，需要立即将锚杆杆体插入孔洞内。施工人员在完成锚杆孔位开孔后须及时清理空洞。

第四，工作人员需要利用运输承载量为10t 的汽车将混凝土运输至项目施工现场，同时利用 PZ-7 型喷射机开展边坡锚杆的喷护工作。喷护施工活动需要紧紧跟随挂网施工环节，在混凝土喷护结束后用土工布进行覆盖，在混凝土终凝后进行进行洒水养护。

3.3.2 挂网喷混凝土施工技术

挂网喷混凝土施工技术主要是在边坡挂网之后通过喷射混凝土来加强边坡本身的稳定性，使水利水电施工现场与边坡土有效隔离，降低水利水电工程项目中外界因素带来的负面影响，为后续施工工作的开展提供保障。

挂网喷混凝土施工技术应用至水利水电案例工程的具体流程如图2 所示。

图2 挂网喷混凝土施工技术应用流程图

第一，案例工程所应用的钢筋网是在加工场已经加工完成的A6.5@15cm×15cm 的钢筋网片，而所应用的钢筋网片规格为1m×1m 以及2m×2m，而案例工程所设计的钢筋网片搭接长度为10cm。钢筋网与锚杆端头是利用点焊技术进行连接与固定，而钢筋网与岩面之间则是利用插钢筋头支垫。施工人员需要确保钢筋网在喷层内部居中区域，同时所设置的保护层厚度则在5cm 以上。

第二，在进行边坡混凝土喷射过程中，需要遵循分段、分片的喷射原则，而边坡混凝土的喷设顺序则是自下而上。各个连接部分不可出现漏喷的问题。在进行分段分层混凝土喷射过程中，对于凹凸不平的区域，施工人员需要先喷射凹处再喷射凸出。

第三，混凝土喷射期间，施工人员需要实现喷枪与壁面的垂直，确保喷枪喷射的均匀性，同时也需要控制混凝土的厚度以及混凝土的回弹率。将喷头与受喷面的距离控制在1m 左右。

第四，案例工程项目需要喷射混凝土终凝2h 后，及时开展混凝土的洒水养护工作，混凝土的养护时间需要在7d以上。

3.3.3 排水孔施工

第一，案例工程项目边坡排水孔钻孔活动需要与锚杆钻孔活动同时开展，同时案例工程也要做好孔口保护活动，继而开展混凝土喷射施工活动。

第二，案例工程的排水孔施工工作需要结合喷锚支护技术进行施工，排水孔的孔径设置为φ50mm，孔深设置成为3m。通过利用CM351 钻机进行凿空，孔口则是利用20cm 长的DN40mmPVC 管，同时端头超出坡面10cm，防止混凝土喷射过程中出现堵塞排水孔的情况。

第三，在排水孔造孔过程中，需要按照设计图纸进行定位、定向，开孔的偏差需要在8cm 范围以内，同时钻孔过程中倾角以及方位角的误差值在2°以下，以避免施工过程中出现打断锚杆的行为。

第四，施工人员在排水孔造孔完成后，需要利用高压风对于孔内的粉末进行清理，确保排水设施的通畅性。孔内排水设施采用120cm 的DN40mm 塑料盲管进行孔洞保护，而孔口保护则是利用20cm 长的DN40mmPVC 管。

3.4 框格梁防护工作

水平方向下的每10 根榀框架梁需要设计伸缩缝，而伸缩缝的宽度设计为2cm，伸缩缝内部需要利用沥青模板进行填充。框架梁钢筋施工需要先进行竖梁施工，在横竖梁交叉区域预留出横梁钢筋，在竖梁施工完成后进行横梁施工。同时模板拼装过程中利用φ48mm钢管以及方木支撑进行模板固定，模板底部需要与基础紧密连接，避免出现胀模、跑浆的问题。框格梁所浇筑的混凝土为C25 混凝土，厚度设置为10cm，所应用振动棒为φ50mm 插入式振动棒进行振捣，在混凝土强度达到2.5MPa 时，方可进行脱模施工。

3.5 边坡安全监测技术

考虑到案例工程的地质条件、边坡支护技术等因素，在进行边坡安全检测项目内容设计时，需要对表面变形情况、岩体内部的变形情况、支护应力、混凝土应力应变情况、开挖爆破影响等内容进行检测。

第一，在进行表面变形检测过程中，工程施工人员需要在案例工程的边坡马道设置相应的外部观测墩，在施工现场形成多条监测断面，对案例工程边坡表面的水平位移情况以及垂直位移情况进行监测，确保其位移数值在0.2m 以内。

第二，在进行浅表监测过程中，案例工程人员需要利用多点位移计、锚索测力计以及测斜管对于边坡浅表的应力应变情况以及位移情况进行监测。

第三，在开展深部变形监测期间，需要利用石墨杆收敛计、裂缝计以及砂浆条带对于边坡深度的变形情况进行有效监测。

第四，案例工程所应用的监测系统时由22 个传感器组合而成，覆盖范围达到600m×400m×600m，通过全天候的实时监测，继而做好岩质边坡失稳预报活动。

第五，在进行开挖爆破监测过程中，监测人员需要对案例工程的开挖爆破振动情况进行监测，在案例工程爆破前以及爆破后开展相应的声波监测，降低对于边坡岩石的损伤程度。

4 边坡开挖支护技术应用至水利水电工程的保障策略

4.1 提升工程人员的综合素养

水利水电工程项目具体施工过程中常常会遭遇多种多样的突发性施工方案，为此对于项目施工人员提出了相对较高的要求。工程内的施工人员，不仅需要具备极高的施工技术水平，丰富的项目施工经验，同时也要灵活应对项目施工环节中遭遇的各项问题。为此，施工单位需要以岗前培训的方式帮助每名施工人员充分了解工程项目的施工目的，加强对施工人员的安全思想教育。同时施工单位需要构建完善的管理机制以及环节施工准则，全面提升工程人员的综合素养水平，确保水利水电工程项目中边坡开挖支护技术应用的效率及质量。

4.2 提升仪器监测技术水平

水利水电工程项目本身是一项利国惠民的工程项目，与国家、人民的根本利益紧密相连[5]。在国家部门的全力推动下，我国水利水电工程开发建设规模及数量不断增加，与此同时对于水利水电工程的建设质量要求也在不断提升。为了确保水利水电工程项目在采用边坡开挖支护工艺时的施工质量，工程项目中的技术人员需要对施工环境中的水流情况进行动态性监测，确保后续项目施工工作的有效开展。同时技术人员需要对于监测仪器的应用价值有一个正确性认识，应用科学合理化手段，最大程度确保监测数据信息的合理性与安全性。

5 结语

案例工程表明，边坡开挖支护技术的应用可有效提升水利电工程项目的施工质量，降低工程项目的施工技术风险，加快工程项目的施工进度。

综上所述，边坡开挖支护技术作为水利水电工程项目高效施工的重要环节，水利水电工程项目的工作人员需要提前做好施工现场的地址勘察工作，结合项目工程的实际情况制定边坡开挖支护技术应用方案，选择性应用边坡开挖技术以及支护技术，强化水利水电工程边坡的安全性与稳定性，为人民幸福美满的生活提供保障[6]。