水電工程中高邊坡施工安全防護設計

朱子瑤 ZHU Zi-yao；王井磊 WANG Jing-lei

（中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都611130）

0 引言

隨著國民經濟的發展，水電工程建設項目日漸增多。市場經濟條件下，就必然會使施工單位為加快施工進度而盲目地追求經濟利益，導致水電工程項目出現了各種質量問題，不但影響了工程進度，而且耗費了大量的資金。較為頻繁出現的是水電工程的邊坡坍塌事故?；谒姽こ淌┕ぶ械母哌吰聠栴}已經成為了普遍性問題，本論文著重研究高邊坡施工安全的防護設計以供參考。

1 工程概況

本工程為某省水電站，地處河口以下5～6公里的河段位置。作為水電站的樞紐工程施工項目，其主要的建筑物為一等工程，重要的組成部分為引水發電系統、礫石土心墻壩以及泄洪系統等?？傃b機容量為2500兆瓦。高邊坡施工項目中，邊坡開口線設計高程范圍1632米，開挖的最大高度為240米。基坑支護主要包括錨筋、預應力錨索施工、錨桿以及噴混凝土噴戶和排水孔施工。在大壩頂部的邊坡上為預應力錨索，混凝土板基礎面則是錨筋，錨桿分布在其他的部位。在大壩的頂部，混凝土噴護的厚度超過了14厘米，其以下的部分厚度不超過8厘米。排水孔的設計上，巖體較為破碎的部分放置了塑料盲溝。

2 水電工程邊坡防護的必要性

在水電工程施工中，對于邊坡實施必要的防護施工，特別是在施工中采用新的產品設備和新的工藝設計，可以降低工程資金的投入。與此同時，還能夠降低水電施工成本，提高經濟效益。從具體的工程建設當中分析邊坡防護的必要性看，則是由工程施工現場所在地理環境決定的。本工程所在邊坡山體高度為700米，坡度范圍局限在60°至85°之間。從坡面地形上來看，其三面臨空，坡面有山脊突出出來。整個的山體幾乎沒有植被，到處有巖石裸露，使山體的坡面上出現了不同程度的坡度拐點?？紤]到坡面上還會有隱藏的巖石，就要考慮到山體上部為表層會有掉塊，導致山體十分破碎。在工程施工之前，對于施工現場地形勘察，發現在邊坡設計范圍內的開挖線上都有坡積體存在。開挖工程需要對于山體實施局部爆破，很容易在強烈的震動作用到導致山體出現坍塌。那么，在工程邊坡設計上，規定的范圍內做好安全防護工作是非常必要的。

3 水電工程邊坡防護設計

通過對于水電工程施工現場進行勘察，除了地形地貌以及氣候條件要有所了解之外，還探測出邊坡設計范圍內存在著不穩定性。根據測量結果，存在不穩定性的邊坡面積超過了28800平方米，在制定邊坡防護方案的時候，就要做到以防御為主，盡量減少擾動。危石的處理上，可以采用輕撬的方法，然后對于邊坡上所存在的不穩定坡面使用網面覆蓋。邊坡的上部使用主動網覆蓋，下部設置被動網。

3.1 邊坡施工主動柔性安全防護設計 對于邊坡病害的防御是建立在“整體承載，局部受力”的基礎上的。在山體上選取危石，其質量為1000千克，密度為2.6克/立方厘米，體積為0.37立方米。根據力學原理，危石在山體受到震動后向下滾動時會有靜摩擦力產生，其主要來源于山體作用于危石的阻力，同時鋼繩網在危石向下滾動的過程中，也會產生一定程度的摩擦力。危石下滑的過程中，所受到的靜摩擦力可以用如下公式表示：

公式中的F是危石在山體受到震動之后所受到的最大阻力。m是危石的質量；μ1和μ2都是摩擦系數，前者為危石與山體摩擦的作用下所形成的靜摩擦系數；后者為危石與柔性鋼繩網相互摩擦摩擦系數。

鋼繩網會對危石產生法向的壓力，公式中用P表示。

邊坡施工中的主動柔性安全防護設計要根據工程的實際情況制定。本段邊坡陡峭，山勢極其險峻，對于表面的危石，只能夠部分清除。雖然在危石的清除上，采用大功率的空壓機或者潛孔鉆可以實現較深層次的危石清除，但是，山勢環境不允許人工作業，并且鉆孔的深度也很難保證。根據現場勘察數據，對于主動柔性安全防護設計方案的探討，可以采用混凝土灌注的方式，使用基礎與周邊形成一個整體。防護系統的上沿為超過2.5米深度的雙排式錨桿，堆積層則所采用的錨桿為2米長，符合抗拔力的規定標準。此外，還需要根據環境特點選擇合適的鋼繩網。針對工程邊坡的復雜程度，此邊坡防護使用的鋼繩網要具有較高的強度并且密實，以防止由于山勢陡峭，山體破碎而導致邊坡過早損壞。

3.2 邊坡施工被動柔性安全防護設計

3.2.1 被動柔性安全防護系統的能級參數的計算 邊坡施工被動柔性安全防護設計要對于系統的能級以及高度有所考慮。邊坡的環境狀況，坡度、高度以及危石的體積，都會對于被動柔性防護安全系統的設計有所影響。為了提高邊坡施工安全防護設計的保險系數，還要將“子彈效應”作為一項測算參數。相比較而言，越是處于邊坡高出的危石，其危險系數就越高。設計的被動防護系統與主動防護系統之間要形成大約100米的落差。

選取質量為500千克的危石，體積為0.25立方米，密度為2600千克/立方米。假定危石的落差為100米，處于58°山體坡度，針對于坡面的動摩擦系數為0.7。

此時，如果所選擇的被動柔性安全防護系統的能級達到500千焦耳，就可以對于危石有效攔截。

3.2.2 被動柔性安全防護系統的高度確定 被動柔性安全防護系統高度的確定直接關乎到有效攔截，其與系統的能級毫無關系，但是，危石滾動的過程中所彈跳的高度以及速度都會影響到柔性安全防護系統的攔截效果。為了避免危石在彈跳的時候會避開攔截系統，安全防護系統最好是安裝在靠近山頂的斜坡位置，此處的地形要平坦，而且落石的動量以及落石彈跳的高度都要有所緩和。被動柔性安全防護系統就被設置在危石彈跳起來之后所形成的拋物線起始點上。

4 水電工程高邊坡加固技術

水電工程建設施工現場所處地段往往環境較為復雜，無論是氣候環境以及地質環境等等，都會在一定程度上影響到高邊坡施工的穩定性。在水電工程建設中，為了防范邊坡嚴重變形，可以通過混凝土擋墻對于坡體的受力進行局部性的改變，以達到受力平衡。在邊坡加固的過程中，要盡量保持開挖和錨固施工協調一致，為巖體施加預應力的同時，還要確保邊坡的穩定，以縮短錨索作業時間。鑒于邊坡加固施工中采用預應力加固技術，不會受到會周圍環境的干擾，而且可以根據需要靈活便利地施工作業，因此而不會遭到嚴重的破壞。

5 結語

綜上所述，采用柔性防護網施工，往往會受到地勢的限制，特別是在山體陡峭的位置開展施工，由于車輛無法通行，機械設備不方便使用，就會導致施工難度加大。采用邊坡施工的主動柔性安全防護設計和被動柔性安全防護設計都能夠有效地阻止山體坍塌而有落石滾落下來，以起到邊坡防御的作用。實施必要的邊坡加固技術，則可以通過對巖體施加預應力，以維持邊坡穩定。

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