大壩基礎高邊坡開挖與監測技術探討

2021-11-12 05:58:50張秀軍安徽水利開發有限公司安徽蚌埠233000

安徽建筑 2021年2期

張秀軍（安徽水利開發有限公司，安徽蚌埠 233000）

1 工程案例

鵝公水庫工程位于江津區白沙鎮松林崗社區，所在河流是長江一級支流驢子溪支流寧灘河上游，壩址距江津城區公路里程約60km。工程壩址以上集雨面積為34.05km，水庫正常蓄水位382.0m，設計洪水位382.00m，校核洪水位383.02m，總庫容為1030萬m，大壩為瀝青混凝土心墻石渣壩，最大壩高65.5m。大壩基礎開挖主要包括左右壩肩土石方開挖、壩基松散表層開挖、左右壩肩巖質邊坡錨噴支護等內容。左右壩肩邊坡開挖共分四級邊坡。開口線位置距巖質邊坡開挖底高程相差超50m，屬高邊坡施工。

高邊坡開挖存在邊坡垮塌、整體滑坡、危石掉落、高處墜落、物體打擊等潛在危險性。施工過程中，將采取預裂爆破和控制性爆破、及時巡查排危、隨開挖隨支護、邊坡開挖與邊坡變形監測同步實施等積極有效地防范措施加以處理，從“人的不安全行為、物的不安全狀態、環境的不安全因素”等多方面著手，將施工安全掌控在可控范圍內。

2 施工條件

2.1 工程地質

下壩線河段順直，左右岸各發育有寬緩的一級階地，河谷剖面形態呈寬緩的對稱“U”型，正常蓄水位382.0m時，河谷寬414.0m，寬高比為0.15：1。河床底寬20m～23m，河床標高324.1m～324.5m。右岸壩肩上方有沖溝，常年有流水。

河床及兩岸地層為侏羅系上統蓬萊鎮組第四段（J3p4）～第六段（J3p6）砂質泥巖和粉砂巖及砂巖不等厚互層。巖層傾向左岸偏上游，傾角4°～7°；無斷層，主要發育兩組節理。壩肩淺部巖體較破碎，中下部巖體較完整。

兩岸坡上部大多為巖質邊坡，無嚴重不良地質現象，自然邊坡穩定性較好。建壩時，邊坡開挖工作量較小，僅對岸坡局部表層覆蓋層、松動強風化巖塊和心墻分化層進行清挖處理，坡高較小，對岸坡擾動不大，邊坡穩定較好。

2.2 水文氣象

鵝公水庫位于驢子溪支流寧灘河上游。驢子溪源于江津區中山鎮的遼葉灣，流經毗羅、永興、鵝公、在白沙鎮匯入長江。驢子溪流域面積240km，河長24km，多年平均流量4.50m/s，年均徑流總量1.42億m。

江津屬亞熱帶濕潤季風氣候區，四季分明，氣候溫和。

3 施工要求

質量要求：嚴格按照設計圖紙、技術規范、合同條款及施工工序要求施工，落實生產質量監管主體，推行質量終身責任制，以單元工程一次合格率100%為目標，杜絕返工。質量標準要求見4.5章節。

安全要求：堅持“安全第一、預防為主、綜合治理”原則，以“零死亡、零重傷”為管理目標，嚴格執行國家、主管部門頒布的規章制度，嚴格貫徹執行“安全生產責任制”，將項目安全工作作為首要任務來抓。“無安全，不生產”，安全措施不落實，堅決不施工，從源頭上控制安全隱患。

4 施工工藝技術

4.1 測量及放樣

明挖施工過程中，每開挖一個臺階，應沿開挖輪廓，測繪平、剖面圖和主要點的高程，作為爆破設計、竣工資料和計算工程量的依據。

4.2 邊坡、壩基及斷層槽開挖

必須堅持自上而下，逐高程分層開挖，不得采用逆坡開挖。同一區段內的開挖宜平行下降，若不能平行下挖時，相鄰區段的高差不宜大于5m。土質邊坡分級開挖高度不大于10m，土質邊坡分級開挖高度不大于15m。

壩基開挖采用鉆孔梯段爆破法。爆破梯段的高度根據爆破試驗成果、施工器械性能及開挖區布置等因素確定，一般地，鉆孔爆破的梯段高度不宜超過5m。同一區段的開挖應平行下降，如不能平行下挖時，相鄰區段高差不應超過10m。鄰近建基面設計高程的開挖應預留巖體保護層，其厚度應由現場爆破試驗確定，且最小厚度不小于1.5m。在梯段爆破之前，應先對建基面進行預裂爆破，并采取減震措施。覆蓋層開挖，宜分層開挖，掌子面高不宜大于8m，覆蓋層坡腳線，在穩定情況下，應遠離巖基放樣輪廓線不小于2m。

5 大壩開挖施工安全監測監控

5.1 監測目的

邊坡穩定涉及到地質條件、巖土體力學性質、區域水文氣象及施工控制措施等一系列因素，僅憑理論分析很難把握其穩定狀態。為更直觀、更科學掌握邊坡動向，必須建立邊坡穩定監測體系。通過對監測體系采集數據的綜合分析，判斷巖、土質邊坡安全穩定情況。因此，高邊坡安全監控的主要目的：

①通過對邊坡的變形監測，判斷邊坡穩定狀態、滑動可能性及趨勢，以此評判施工對邊坡穩定性的影響，提供預警信息，避免安全事故發生，確保施工任務正常推進；

②通過對邊坡位移、變形的監測，優化調整邊坡施工工藝和支護方式，以需求經濟合理、科學實用的支護措施，指導現場施工；

③通過對邊坡位移、變形的監測，及時掌握影響邊坡安全穩定的因素，以便施工過程中針對不同影響因素制定不同應對方案；

④通過對邊坡位移、變形的監測，結合現場環境、地質條件，積累相關數據，為后續類似條件的工程施工提供科學依據和技術保障；

⑤通過對邊坡位移、變形的監測，為邊坡安全穩定性評價提供基礎數據。

5.2 監測內容

高邊坡開挖監測的主要內容包括邊坡變形位移、地面裂縫發展趨勢。

邊坡變形位移監測主要儀器為全站儀。地面裂縫發展趨勢監測主要儀器為鋼卷尺和游標卡尺。

5.3 監測方法

5.3.1 邊坡變形位移監測

①測點布置

邊坡開口位置，沿邊坡坡頂間隔20m左右均勻布置監測點，拐點處應布置測點。各級馬道，沿馬道內側，即坡腳間隔20m左右均勻布置監測點，拐點處應布置測點。測點布置避免在松動土層或巖石上布置，對有可能形成滑坡、重點部位應加強監測。可疑點的測點定位樁應加深、加密布置。

②測樁埋設

對土質邊坡，在測點位置開挖一個10cm ×10cm ×30cm(長×寬×深)土坑，現澆C20混凝土與地面齊平。在混凝土中心插入Φ6光圓鋼筋，鋼筋頭高出混凝土表面約2mm，以此作為每次監測測量的基點。巖質邊坡，直接用沖擊鉆鑿孔，埋入Φ6光圓鋼筋，并用砂漿錨固牢固，作為測點。

③測量儀器

配備精度≤1unit的高精度全站儀一臺。

④監測頻次

觀測點埋設完畢后，待混凝土3d凝期后即可開始監測測量。測量周期持續至邊坡開挖支護完成，再延續測試半個月即結束。期間根據季節變化確定監測頻次。

⑤數據采集

在能通視的固定位置架設全站儀，利用全站儀測量采取各觀測點數據。通過每次采集的數據，繪制位移變形曲線，以此分析坡面變形位移變化情況，推斷邊坡滑移情況，提供預警信息。

5.3.2 地面裂縫發展趨勢監測

地面裂縫發展趨勢監測主要采用人工巡視、量測的方式進行。

①監點設置

主要設置在人眼能觀察到的裂縫兩邊，在裂縫兩邊制作量測樁，作為每次量測的基準。

②測點制作

對于土體裂縫，制作測點時，在裂縫兩邊穩定土體內鑿一個20 cm×10cm×30cm(長×寬×深)坑，用C20混凝土澆筑至與地面齊平，在兩個混凝土樁內各埋設一塊寬2cm、厚5mm的鐵片，并使兩塊鐵片在裂縫處搭接長5cm，在搭接處中部用紅色線條筆畫一條直線，通過觀測、量測紅線是否錯位及錯位距離來判斷裂縫張開變化。

③量測儀器

鑒于裂縫變形通常比較細小、緩慢，為提高監測精度和監測可靠度，多采用游標卡尺量測，若發現裂縫變形較大，改用鋼卷尺量測。

④量測方法

項目部派專人觀測、量測，并做好記錄。每次測量將游標卡尺對準測量基準紅線量測數據，記錄數據。量測頻次同邊坡變形位移頻次。

在裂縫處設裂縫觀測裝置，通過觀測裂縫變化過程和變化規律來分析坡面變形情況，結合全站儀測量數據分析邊坡變形位移情況。

5.3.3 預警標準

邊坡穩定性評價主要根據以下幾點進行綜合評判：

①最大位移速率小于2mm/d；②位移變化呈收斂趨勢；

③坡面、坡頂無新增裂縫，已有裂縫無明顯張大；

④位移—時間曲線無明顯拐點。

若位移、裂縫發展變化為上述四點所述，則基本可以判斷邊坡穩定。否則，判斷為有失穩趨勢，應加強監測防護。

5.3.4 監測信息反饋機制