段衛(wèi)娜

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，陜西 西安 710016）

0 引言

隨著各類建筑施工技術(shù)水平不斷提升，更多的施工技術(shù)被應(yīng)用到水利工程建設(shè)項(xiàng)目中。與一般邊坡結(jié)構(gòu)的水利工程相比，高邊坡類型水利工程無(wú)論是開挖還是后續(xù)支護(hù)施工的難度都更高，并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更差。上述特性的存在嚴(yán)重影響水利工程項(xiàng)目整體的質(zhì)量，并且對(duì)施工人員的安全也會(huì)造成十分惡劣的影響。作為國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目中的重要組成部分，水利工程在一定程度上影響著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。同時(shí)，后期運(yùn)行中，水利工程的運(yùn)行效果直接關(guān)系到社會(huì)利益。所有水利工程項(xiàng)目中都包括開挖施工和支護(hù)施工等工序，而部分水利工程由于所在地理位置的特殊性，因此常常會(huì)出現(xiàn)高邊坡結(jié)構(gòu)。在這樣的特殊結(jié)構(gòu)上進(jìn)行開挖和支護(hù)施工的難度較高，因此如何能夠選擇合理開挖和支護(hù)技術(shù)，保證水利工程邊坡施工順利進(jìn)行是當(dāng)前該領(lǐng)域研究人員重點(diǎn)關(guān)注話題，基于此，該文也將以具體水利工程項(xiàng)目為例，對(duì)其高邊坡結(jié)構(gòu)上開挖和支護(hù)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)研究。

1 工程概況

該文選擇以某地區(qū)水利工程項(xiàng)目為例，針對(duì)該項(xiàng)目中的高邊坡結(jié)構(gòu)進(jìn)行開挖和支護(hù)施工。該水利工程項(xiàng)目的主要功能為周圍區(qū)域提供灌溉供水，還有發(fā)電功能，是一項(xiàng)規(guī)模較大的工程項(xiàng)目。該工程施工位置所在地質(zhì)條件為低山谷地貌，其左岸邊坡呈現(xiàn)出上緩下陡變化趨勢(shì)，邊坡高度約為138m，巖層緩傾下游，傾斜角度約為7°，邊坡上段主要以泥頁(yè)巖為主，下段以砂巖為主。由于該水利工程所在位置地理環(huán)境特殊，受到了巖性和切割高差的影響，并且在卸荷作用下產(chǎn)生了較大的結(jié)構(gòu)差異，邊坡從外到內(nèi)卸荷裂隙的發(fā)育間隔距離在2.6m~6.8m，沿著巖體破碎結(jié)構(gòu)面，呈現(xiàn)出越來(lái)越強(qiáng)烈的變化趨勢(shì)。由于在具體施工中，沒(méi)有考慮到邊坡的穩(wěn)定性受哪些因素影響的問(wèn)題，因此導(dǎo)致實(shí)際施工中出現(xiàn)了原防護(hù)工程設(shè)計(jì)失效的問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，為提高水利工程施工效果，對(duì)其開挖支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究。

2 水利工程中高邊坡開挖支護(hù)施工

2.1 高邊坡土方石方開挖

為提升高邊坡土方石方開挖效果，需要設(shè)定開挖流程，設(shè)定如下。清除表面植被→土方開挖→石方開挖。通過(guò)以上3個(gè)步驟完成相關(guān)工作。需要注意的是，在挖掘過(guò)程中， 必須嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)質(zhì)量，只有上一環(huán)節(jié)處理妥當(dāng)后才能開始下一環(huán)節(jié)。在此基礎(chǔ)上以上述水利工程項(xiàng)目為例，在開挖前，針對(duì)施工面進(jìn)行清理，將表面存在的植被、碎石等清除到施工區(qū)域以外。在確定清理范圍時(shí)，根據(jù)上述水利工程條件，將清理區(qū)域設(shè)定為開挖區(qū)域以外5.5m范圍，以此避免施工中現(xiàn)場(chǎng)雜質(zhì)對(duì)施工質(zhì)量造成影響，從而為開挖施工提供保障條件。在開挖過(guò)程中，針對(duì)高邊坡的坡面進(jìn)行截水設(shè)施修建，以此避免降水時(shí)雨水對(duì)邊坡開挖造成的影響。與普通邊坡相比，高邊坡結(jié)構(gòu)由于高程較大，因此雨水下落時(shí)產(chǎn)生的壓力更大，對(duì)開挖結(jié)構(gòu)會(huì)造成更嚴(yán)重影響，而通過(guò)設(shè)立截水設(shè)施能夠有效阻擋雨水壓力對(duì)開挖面的作用力，起到保護(hù)開挖施工面的作用。

圖1 高邊坡截水設(shè)施基本結(jié)構(gòu)實(shí)物圖

在土方開挖時(shí)，采用從上到下的順序分層施工，并對(duì)每層削坡厚度進(jìn)行合理控制。針對(duì)該文水利工程項(xiàng)目基本工況條件，其削坡厚度應(yīng)當(dāng)控制在3m~3.5m。在土方開挖時(shí)，采用機(jī)械開挖配合人工開挖的方式進(jìn)行修坡處理，保證高邊坡區(qū)域形成統(tǒng)一坡度，以此避免積水殘留問(wèn)題產(chǎn)生。

在完成土方開挖后，開展石方開挖工作，與土方開挖相比，石方開挖難度更大，因此根據(jù)需要，本次采用爆裂施工方案。在爆破作業(yè)中，根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇露天液壓鉆CM351鉆機(jī)以及ZQ100D潛孔鉆鉆孔設(shè)備進(jìn)行施工，并對(duì)爆破參數(shù)以及炸藥用量進(jìn)行設(shè)定。將炮孔深度設(shè)置為100 mm，采用機(jī)械化裝藥爆破裝藥方式。針對(duì)不同石方硬度，設(shè)定炸藥用量如下。石方硬度在0.8f~2f，炸藥用量為0.55 kg/m；石方硬度在3f~4f，炸藥用量為0.58 kg/m；石方硬度在4f以上，炸藥用量為0.60 kg/m。在對(duì)爆破炮眼選擇時(shí)，根據(jù)開挖支護(hù)需要，選擇崩落眼結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)以巖石破碎作為主要炮孔結(jié)構(gòu)，在爆破過(guò)程中崩落眼結(jié)構(gòu)結(jié)合自由面可形成較大破碎漏斗結(jié)構(gòu)，開挖完成后利用自卸車將挖掘出的廢料和巖碴運(yùn)送至棄碴場(chǎng)地。

2.2 淺層噴射混凝土支護(hù)

在完成對(duì)高邊坡的土方開挖后，為達(dá)到強(qiáng)化高邊坡結(jié)構(gòu)目的，針對(duì)淺層結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)。采用噴射混凝土支護(hù)方案，將漿砌石砌筑在邊坡的基礎(chǔ)面上，在完成砌筑后，對(duì)其表面進(jìn)行平整處理，確定平整度符合后續(xù)水利工程模板安裝施工要求后，將模板與基礎(chǔ)面緊密連接。將事先制備的混凝土材料以噴射的方式均勻涂抹到模板表面。在制備混凝土材料時(shí)，需要嚴(yán)格按照施工方案中設(shè)計(jì)的配合比完成拌和。噴射用的混凝土設(shè)計(jì)水灰比以0.4~0.5為宜，設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)≥20MPa，噴射1天齡期的抗壓強(qiáng)度應(yīng)≥5MPa。水泥選用硫鋁酸鹽水泥。這種水泥強(qiáng)度高，噴射后1天的強(qiáng)度相當(dāng)于普通硅酸鹽水泥4周才能達(dá)到的強(qiáng)度，在穩(wěn)定高邊坡土方結(jié)構(gòu)方面效果突出。硫鋁酸鹽水泥初凝時(shí)間為10min~1h，終凝時(shí)間為15min~1.5h。噴射混凝土的粗骨料平均粒徑應(yīng)大于0.5mm，細(xì)骨料的平均粒徑為0.25mm~0.5mm。其中細(xì)骨料中粒徑大于0.075的用量應(yīng)控制在20%以內(nèi)，粗細(xì)骨料的模數(shù)應(yīng)≥2.5。為提高混凝土強(qiáng)度，混凝土中還應(yīng)該添加速凝劑、鋼纖維?；炷林兴倌齽┑膿饺肓繛樗噘|(zhì)量的2.5%~4%；鋼纖維的摻入量應(yīng)為水泥質(zhì)量的4%，鋼纖維直徑應(yīng)控制在0.25mm~0.4mm，長(zhǎng)度不超過(guò)30mm。

根據(jù)該文水利工程項(xiàng)目要求，將噴射厚度控制在10cm~15cm，噴射強(qiáng)度壓力為42.5MPa。

2.3 淺層錨桿支護(hù)

在完成混凝土噴射后，結(jié)合該水利工程項(xiàng)目的工程基本概況，選用規(guī)格符合施工要求的扣件和焊管結(jié)構(gòu)，完成對(duì)淺層高邊坡的錨桿支護(hù)施工。在錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)上，根據(jù)要求設(shè)置腳手架，并在施工區(qū)域周圍設(shè)置安全防護(hù)措施。錨桿安裝前需要利用鉆孔設(shè)備鉆孔。在鉆孔時(shí)，需要將水利工程所在區(qū)域的地質(zhì)條件和巖石結(jié)構(gòu)的具體走向作為鉆孔方向選擇的依據(jù)。將鉆孔的傾斜角度控制在25°~30°，并選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的焊管和扣件，搭建好臨時(shí)的腳手架施工平臺(tái)。在做好安全防護(hù)工作后采用孔徑為 48cm的焊管，搭設(shè)2.2m左右的腳手架作為支護(hù)工具，鉆孔時(shí)需要根據(jù)巖石的紋理和走向以及傾角情況對(duì)錨桿孔的角度、深度及大小進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，待鉆孔的深度達(dá)到施工設(shè)計(jì)要求后，對(duì)孔洞結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)進(jìn)行清理，保證錨桿埋設(shè)質(zhì)量，通過(guò)加入錨桿結(jié)構(gòu)，提升高邊坡承載力。在選擇錨桿結(jié)構(gòu)時(shí)，可選擇預(yù)應(yīng)力錨桿和非預(yù)應(yīng)力錨桿兩種結(jié)構(gòu)類型，前者可應(yīng)用在高邊坡地層巖溶裂縫相對(duì)發(fā)育的位置，并采用一次性高壓注漿施工。針對(duì)該施工方式，需要在注漿材料中添加適量減水劑，縮短早凝時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)注漿飽和的控制。在使用非預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行支護(hù)施工時(shí)，主要起到對(duì)松動(dòng)巖塊和內(nèi)部穩(wěn)定巖體的連接作用，以提升高邊坡巖體的穩(wěn)定性。對(duì)高邊坡中地層相對(duì)軟弱區(qū)域，可采用“坡頂削方——排水——雙排抗滑樁”相結(jié)合的方式完成錨桿支護(hù)施工。

2.4 深層混凝土鉆孔灌注樁支護(hù)

在完成對(duì)水利工程高邊坡的淺層支護(hù)后，對(duì)深層結(jié)構(gòu)進(jìn)行混凝土鉆孔灌注樁支護(hù)施工。在鉆孔時(shí)，合理設(shè)置孔位，結(jié)合高邊坡的施工條件以及施工要求，確定具體潛孔位置。在鉆孔過(guò)程中，使用鉆機(jī)進(jìn)行施工，在鉆進(jìn)過(guò)程中，對(duì)鉆進(jìn)設(shè)備的垂直度進(jìn)行控制，避免鉆進(jìn)出現(xiàn)傾斜問(wèn)題，保證鉆孔質(zhì)量。在完成鉆孔施工后，針對(duì)孔洞中殘留的廢渣進(jìn)行清理。引入泥漿循環(huán)清孔技術(shù)，根據(jù)孔底中沉渣量的多少，確定清孔次數(shù)和清孔頻率。在完成清孔后，為保證清孔質(zhì)量，需要由現(xiàn)場(chǎng)施工人員對(duì)清孔成果進(jìn)行檢查，保證檢查合格后，才能夠開展后續(xù)灌注工作。在完成施工后，控制混凝土導(dǎo)管的提升速度，根據(jù)工程施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求，進(jìn)行提升速度的調(diào)控。

3 開挖支護(hù)效果分析

按照該文上述技術(shù)應(yīng)用思路，完成對(duì)該水利工程高邊坡上的各項(xiàng)施工工序設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)技術(shù)應(yīng)用效果的驗(yàn)證，分別對(duì)開挖過(guò)程中高邊坡沉降情況和支護(hù)后高邊坡的承載力情況進(jìn)行記錄，對(duì)比技術(shù)應(yīng)用前后的各參數(shù)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)該技術(shù)可行性的檢驗(yàn)。在分析前，首先將該水利工程高邊坡施工區(qū)域的各個(gè)分區(qū)進(jìn)行設(shè)置，如圖2所示。

圖2 水利工程高邊坡分區(qū)設(shè)置

由圖3可以看出，該水利工程高邊坡施工區(qū)域共分為6個(gè)分區(qū)，其中A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、E區(qū)、F區(qū)的高度依次降低，C區(qū)與D區(qū)位于同一個(gè)高度上。在進(jìn)行開挖施工中，對(duì)上述六個(gè)區(qū)域沉降變化情況進(jìn)行記錄，并測(cè)量得出其開挖前、開挖后以及開挖中的沉降變化情況。沉降測(cè)量方式見(jiàn)表1。

表1 高邊坡各區(qū)域沉降測(cè)量方式

按照表1中的內(nèi)容對(duì)該水利工程高邊坡6個(gè)區(qū)域的沉降量進(jìn)行測(cè)定，并求取各個(gè)區(qū)域多個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均沉降結(jié)果。在求解平均沉降量時(shí)，參與到計(jì)算中的數(shù)值全部取絕對(duì)值。根據(jù)上述論述得到各個(gè)區(qū)域在開挖前、中和后期的沉降變化數(shù)據(jù)，記錄見(jiàn)表2。

由表2中得到的數(shù)據(jù)可以看出，在按照該文開挖支護(hù)技術(shù)施工前、中、后，各個(gè)區(qū)域的平均沉降量均在0mm~1.50mm，產(chǎn)生的沉降量不會(huì)影響高邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)其邊坡整個(gè)支撐體系沒(méi)有造成影響。并且，在施工完畢后，推測(cè)通過(guò)支護(hù)技術(shù)促進(jìn)了邊坡承載力的提升，因此沉降增加量沒(méi)有呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，反而逐漸降低。為了驗(yàn)證上述猜想，針對(duì)各個(gè)區(qū)域的承載力再進(jìn)行分析，各區(qū)域承載力可通過(guò)公式（1）計(jì)算得出。

表2 水利工程高邊坡各區(qū)域沉降變化記錄表

式中：表示邊坡承載力；表示穩(wěn)定系數(shù)，基于該文上述水利工程項(xiàng)目的基該工程條件，的取值為0.9；表示邊坡抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)數(shù)值；表示邊坡受力面積；A表示換算面積；A表示受壓正截面面積。根據(jù)上述公式，計(jì)算6個(gè)不同分區(qū)的承載力，并將支護(hù)后的各區(qū)域承載力與支護(hù)前進(jìn)行對(duì)比，得到表3。

由表3數(shù)據(jù)得出，應(yīng)用該文上述支護(hù)技術(shù)前各個(gè)分區(qū)承載力均在9.00 kPa~10.50 kPa，而支護(hù)后各個(gè)分區(qū)承載力均在20.00 MPa以上。從施工效果可以看出，應(yīng)用該文提出的支護(hù)技術(shù)可以達(dá)到提高邊坡承載力的作用，通過(guò)承載力的提升，使各個(gè)分區(qū)沉降得到有效控制，提高水利工程質(zhì)量。

表3 支護(hù)技術(shù)應(yīng)用前后各分區(qū)承載力對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

在水利工程項(xiàng)目施工中，開挖必定會(huì)造成對(duì)巖體結(jié)構(gòu)的破壞，若沒(méi)有合理的支護(hù)技術(shù)作為支撐，則會(huì)造成邊坡承載力降低，導(dǎo)致邊坡沉降量增加，不僅會(huì)對(duì)施工質(zhì)量造成影響，也會(huì)對(duì)施工安全造成一定影響。針對(duì)該問(wèn)題，該文以具體水利工程項(xiàng)目為例，針對(duì)其開挖支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，并對(duì)施工效果進(jìn)行分析，驗(yàn)證了該技術(shù)應(yīng)用的可行性和適應(yīng)性，為類似的水利工程項(xiàng)目施工提供一定借鑒。