水利工程中高边坡开挖与支护工程的施工要点分析

徐力泽

(新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，乌鲁木齐 830091)

经济高速化发展驱动了水利工程建设规模的扩大，由于水利工程施工环境多位于山区，并且地质条件相对复杂，因而施工难度较高，一旦遇到高边坡可能面临工程塌方等事故隐患，因而需要严谨与科学开展支护与挖掘施工，以防止出现严重的施工安全事故。为此，水利工程高边坡开挖与支护工作的开展需要以自然环境特征为依据，通过科学的支护或开挖方案设计，基于全面的施工过程控制，保障高边坡施工的安全性，从而奠定水利工程高效与优质构建的基础。为此，水利工程高边坡施工中，需要重点把控开挖、支护两个关键环节[1]。

1 工程概况

某国家级水利枢纽工程兼具农田灌溉、洪涝预防、发电与航运多项功能，其中部地区重点水利枢纽防护工程的坝址区存在大量断层，且断层存在显著的错动现象及节理裂缝，其左岸为高陡边坡，存在较高的施工安全隐患。由于受到层内错动、地质脆弱等因素影响，断层结构的力学参数及强度均较低。且坝址区域存在多个相互交叉的错动面或临空面，荷载作用相对复杂，一旦边坡岩层错动将会导致规模化滑移现象出现，且存在边坡段错位变形隐患。因此，需要通过有效防护措施增强边坡稳定性。

2 水利工程中高边坡开挖与支护施工要点分析

2.1 做好施工前期勘察

施工前期需要全面勘察施工现场，重点考察工程岩石的硬度、风化程度，并要了解岩层分布状况，且要分析施工区域的气候及环境，不可在地震发生频率较高区域建造水利工程。经过勘察及数据分析，此水利工程坝址区的边坡主应力介于8～11MPa之间，边坡倾角为15°。此边坡岩体的其他力学参数详见表1。

表1 边坡岩体物理力学参数

2.2 高边坡支护施工要点

2.2.1 选择适合的高边坡支护施工技术

高边坡的支护技术常用的有3种技术：①深层搅拌桩支护技术；②锚索结构支护技术；③锚固桩与土钉墙联合支护技术。结合岩体勘察结果分析，本工程左岸高陡边坡处则采用锚固桩与土钉墙联合支护技术，其他区域边坡较缓处采用锚索结构支护技术。这两种施工技术具体应用方式如下：

2.2.1.1 预应力锚索支护技术

此技术需要利用锚索结构向稳固岩层传导边坡土体滑动时产生的拉力，锚索结构包含3个主要部分：①锚头，其作用是对锚杆进行固定；②锚杆，这是拉力传导的主体，由钢绞线、注浆体共同构成；③固定端，固定端是岩土体及锚杆之间力传递的主要媒介。除此之外，锚索结构支护还需应用注浆泵、钢支架等其他辅助结构。锚固结构设置时，需按照表1设定锚固钢材的容许荷载。此外，还需应用超声检测或磁通量检测判断锚索结构的安全质量，防止因锚索结构材料不合格而引发安全事故。

表2 锚固钢材容许荷载

2.2.1.2 锚固桩与土钉墙联合支护技术

复杂且陡峭的边坡支护时，单一支护结构无法满足支护要求，因而可结合应用锚固桩与土钉墙两种支护方式。即利用锚固桩进行边坡开挖面的加固，增强边坡的自稳能力，而后再实施土钉墙作业使边坡稳定性进一步增强，通过这两项支护技术的联合应用增强边坡安全性。联合支护施工时，若遇到不良土质，则需要控制好开挖深度，并采取及时的混凝土喷射以封闭坡面，可通过添加早凝剂、增大水泥比重等方式加快混凝土凝固速度[2]。

2.2.2 科学制定支护施工方案

支护施工开始前，需要结合勘察得出的地质条件、结构形式，根据所选支护施工技术的具体要求，分析岩体暴露时间，进而制定出科学可行的边坡支护施工方案，并严谨、细致编制支护施工作业指导书，做好与施工人员的技术交底。施工人员应严格遵循施工作业指导书的具体要求规范开展支护施工操作。支护施工正式开始前，还要详细检查施工区域内所有边坡的稳定性情况，做好稳定性欠佳边坡的安全处理。

2.2.3 加强预应力锚索施工管理

预应力锚索施工时，应严谨按照施工顺序开展，应精准测放锚孔，结合设计钻孔尺寸利用钻机设备谨慎钻孔，之后需要依次进行清孔与钻孔质量核验。在完成锚索体制作与安装后实施注浆作业。此后，还需设置地梁，并对锚索进行张拉与锁定，而后再进行封锚处理。施工前应设立专门的安全检查岗位，由安全检查员负责及时排查安全隐患。锚索造孔时，应选用潜孔锤风动钻为钻孔工具，且应于钻孔之前做好除尘，在钻孔区域松动岩块全部清除之后再实施钻孔，防止冲击钻孔时岩体意外掉落导致人员受伤。钢绞线下料时，要采用特制放料支架作为下料工具，以免钢铰线弹力过大使施工人员被弹伤。应在专人协调统一指挥下完成孔内锚索安装施工。锚索张拉之时，应将警戒线设置于千机顶伸长一侧，防止张拉施工出现人员损伤事故[3]。

2.3 高边坡开挖施工要点

水利工程高边坡开挖施工应遵循由上至下的开挖顺序，应先清理开挖区的植被，再依次开展土方、石方挖掘施工，应在上一项挖掘施工完成后方可开展下一项开挖作业。

2.3.1 做好开挖区域的植被清理

高边坡开挖前需要全面清除施工区域地表上的覆盖物，所有可能影响开挖施工的植物均要挖除，确保施工区域5m之内无任何植物。同时，若施工区域存在树木，在地上部分清除后还需要做好植物树根的清除，应将作业范围延伸至施工区域外围3m左右。此外，应针对开挖施工区域附近的植物实施保护，利用可行性的保护措施应用防止高边坡开挖时影响与破坏生态环境。

2.3.2 加强土方开挖施工控制

土方开挖施工应选用分层分段开挖方式，应以边坡实际情况为依据选用适宜的挖掘设备，并将开挖施工作业分成几个层次逐一开展。开挖作业时，应将坡度控制作为关键，防止因降雨导致土方出现剥落现象，这会影响到整个施工的安全性。除此之外，还需要在土方挖掘前做好截水渠的布设，以便于将开挖区域内的积水有效排除，防止因积水过多而影响土方开挖施工。

2.3.3 科学开展石方开挖作业

本工程高边坡施工中的石方挖掘涵盖3个主要施工部分，应分别对左岸坝肩、右岸坝肩的石方进行挖掘，且需开挖河床处的石方。

2.3.3.1 左岸坝肩石方开挖

根据左岸坝肩的岩层特点，本工程选用CM351型露开液压钻机、ZQ100D型潜孔钻机作为钻孔设备，并且由于本工程的岩体结构较为特殊，还需应用手风钻进行钻孔的辅助施工。挖掘左岸石方时，需要分层开展，避免出现超挖或快挖现象，防止开挖或爆破过程中出现岩体结构破裂现象，从而保障水利工程高边坡开挖施工的安全性。

2.3.3.2 右岸坝肩石方开挖

右岸坝肩石方开挖所应用钻机设备与左岸坝肩石方开挖相同，开挖过程中还需应用自卸车辆将挖出废料或岩碴及时清运到指定弃碴场，弃碴场应设置在水利工程的上游区域，运送时应以规定好的线路运输。

2.3.3.3 河床石方开挖

河床基坑石方开挖作业应按照由上至下的全径向顺序开展。河床石方挖掘时，地面高程应为94m左右，基坑相对深度以4m为宜。挖掘施工时，需先在大坝中部下游一侧挖出先锋槽，而后逐步向大坝河床的上游及下游扩挖施工。径向扩挖之后，再以先锋槽作为临空面，采取梯段爆破开挖形式向大坝左侧及右侧进行挖掘。

2.3.4 严格开展边坡施工监测

边坡施工监测主要包含两个方面，一是边坡安全监测，应于高边坡挖掘时动态监测基坑内部变形情况，结合监测所得数据进行分析与处理，如果监测数据出现异常，应立即中止施工并采取相应的加固措施。加固后再次检测，直至数据稳定后方可恢复施工。二是爆破振动监测。爆破施工时，需要对爆破衰减规律进行把握，进而实时监测爆破过程中边坡的稳定性情况，对相关数据进行对比分析，结合边坡实际情况开展后续开挖作业。

3 结 语

高边坡开挖与支护施工过程中，边坡稳定性控制应为重点，需要通过有效控制防止落石、塌方等安全事故发生。水利工程高边坡开挖与支护前，需要做好高边坡勘察作业，结合所收集到的边坡岩体物理力学参数，科学制定支护方案，选择适合的支护施工技术，应将加强预应力锚索施工管理。高边坡开挖施工时，需要做好开挖区域的植被清理、加强土方开挖施工控制、科学开展石方开挖作业、严格开展边坡施工监测，从这些方面入手保障水利工程高边坡开挖施工的质量与安全，确保水利工程的整体建设质量。