水利工程中高邊坡開挖與支護工程的施工要點分析

徐力澤

(新疆水利水電勘測設計研究院有限責任公司，烏魯木齊 830091)

經濟高速化發展驅動了水利工程建設規模的擴大，由于水利工程施工環境多位于山區，并且地質條件相對復雜，因而施工難度較高，一旦遇到高邊坡可能面臨工程塌方等事故隱患，因而需要嚴謹與科學開展支護與挖掘施工，以防止出現嚴重的施工安全事故。為此，水利工程高邊坡開挖與支護工作的開展需要以自然環境特征為依據，通過科學的支護或開挖方案設計，基于全面的施工過程控制，保障高邊坡施工的安全性，從而奠定水利工程高效與優質構建的基礎。為此，水利工程高邊坡施工中，需要重點把控開挖、支護兩個關鍵環節[1]。

1 工程概況

某國家級水利樞紐工程兼具農田灌溉、洪澇預防、發電與航運多項功能，其中部地區重點水利樞紐防護工程的壩址區存在大量斷層，且斷層存在顯著的錯動現象及節理裂縫，其左岸為高陡邊坡，存在較高的施工安全隱患。由于受到層內錯動、地質脆弱等因素影響，斷層結構的力學參數及強度均較低。且壩址區域存在多個相互交叉的錯動面或臨空面，荷載作用相對復雜，一旦邊坡巖層錯動將會導致規?；片F象出現，且存在邊坡段錯位變形隱患。因此，需要通過有效防護措施增強邊坡穩定性。

2 水利工程中高邊坡開挖與支護施工要點分析

2.1 做好施工前期勘察

施工前期需要全面勘察施工現場，重點考察工程巖石的硬度、風化程度，并要了解巖層分布狀況，且要分析施工區域的氣候及環境，不可在地震發生頻率較高區域建造水利工程。經過勘察及數據分析，此水利工程壩址區的邊坡主應力介于8～11MPa之間，邊坡傾角為15°。此邊坡巖體的其他力學參數詳見表1。

表1 邊坡巖體物理力學參數

2.2 高邊坡支護施工要點

2.2.1 選擇適合的高邊坡支護施工技術

高邊坡的支護技術常用的有3種技術：①深層攪拌樁支護技術；②錨索結構支護技術；③錨固樁與土釘墻聯合支護技術。結合巖體勘察結果分析，本工程左岸高陡邊坡處則采用錨固樁與土釘墻聯合支護技術，其他區域邊坡較緩處采用錨索結構支護技術。這兩種施工技術具體應用方式如下：

2.2.1.1 預應力錨索支護技術

此技術需要利用錨索結構向穩固巖層傳導邊坡土體滑動時產生的拉力，錨索結構包含3個主要部分：①錨頭，其作用是對錨桿進行固定；②錨桿，這是拉力傳導的主體，由鋼絞線、注漿體共同構成；③固定端，固定端是巖土體及錨桿之間力傳遞的主要媒介。除此之外，錨索結構支護還需應用注漿泵、鋼支架等其他輔助結構。錨固結構設置時，需按照表1設定錨固鋼材的容許荷載。此外，還需應用超聲檢測或磁通量檢測判斷錨索結構的安全質量，防止因錨索結構材料不合格而引發安全事故。

表2 錨固鋼材容許荷載

2.2.1.2 錨固樁與土釘墻聯合支護技術

復雜且陡峭的邊坡支護時，單一支護結構無法滿足支護要求，因而可結合應用錨固樁與土釘墻兩種支護方式。即利用錨固樁進行邊坡開挖面的加固，增強邊坡的自穩能力，而后再實施土釘墻作業使邊坡穩定性進一步增強，通過這兩項支護技術的聯合應用增強邊坡安全性。聯合支護施工時，若遇到不良土質，則需要控制好開挖深度，并采取及時的混凝土噴射以封閉坡面，可通過添加早凝劑、增大水泥比重等方式加快混凝土凝固速度[2]。

2.2.2 科學制定支護施工方案

支護施工開始前，需要結合勘察得出的地質條件、結構形式，根據所選支護施工技術的具體要求，分析巖體暴露時間，進而制定出科學可行的邊坡支護施工方案，并嚴謹、細致編制支護施工作業指導書，做好與施工人員的技術交底。施工人員應嚴格遵循施工作業指導書的具體要求規范開展支護施工操作。支護施工正式開始前，還要詳細檢查施工區域內所有邊坡的穩定性情況，做好穩定性欠佳邊坡的安全處理。

2.2.3 加強預應力錨索施工管理

預應力錨索施工時，應嚴謹按照施工順序開展，應精準測放錨孔，結合設計鉆孔尺寸利用鉆機設備謹慎鉆孔，之后需要依次進行清孔與鉆孔質量核驗。在完成錨索體制作與安裝后實施注漿作業。此后，還需設置地梁，并對錨索進行張拉與鎖定，而后再進行封錨處理。施工前應設立專門的安全檢查崗位，由安全檢查員負責及時排查安全隱患。錨索造孔時，應選用潛孔錘風動鉆為鉆孔工具，且應于鉆孔之前做好除塵，在鉆孔區域松動巖塊全部清除之后再實施鉆孔，防止沖擊鉆孔時巖體意外掉落導致人員受傷。鋼絞線下料時，要采用特制放料支架作為下料工具，以免鋼鉸線彈力過大使施工人員被彈傷。應在專人協調統一指揮下完成孔內錨索安裝施工。錨索張拉之時，應將警戒線設置于千機頂伸長一側，防止張拉施工出現人員損傷事故[3]。

2.3 高邊坡開挖施工要點

水利工程高邊坡開挖施工應遵循由上至下的開挖順序，應先清理開挖區的植被，再依次開展土方、石方挖掘施工，應在上一項挖掘施工完成后方可開展下一項開挖作業。

2.3.1 做好開挖區域的植被清理

高邊坡開挖前需要全面清除施工區域地表上的覆蓋物，所有可能影響開挖施工的植物均要挖除，確保施工區域5m之內無任何植物。同時，若施工區域存在樹木，在地上部分清除后還需要做好植物樹根的清除，應將作業范圍延伸至施工區域外圍3m左右。此外，應針對開挖施工區域附近的植物實施保護，利用可行性的保護措施應用防止高邊坡開挖時影響與破壞生態環境。

2.3.2 加強土方開挖施工控制

土方開挖施工應選用分層分段開挖方式，應以邊坡實際情況為依據選用適宜的挖掘設備，并將開挖施工作業分成幾個層次逐一開展。開挖作業時，應將坡度控制作為關鍵，防止因降雨導致土方出現剝落現象，這會影響到整個施工的安全性。除此之外，還需要在土方挖掘前做好截水渠的布設，以便于將開挖區域內的積水有效排除，防止因積水過多而影響土方開挖施工。

2.3.3 科學開展石方開挖作業

本工程高邊坡施工中的石方挖掘涵蓋3個主要施工部分，應分別對左岸壩肩、右岸壩肩的石方進行挖掘，且需開挖河床處的石方。

2.3.3.1 左岸壩肩石方開挖

根據左岸壩肩的巖層特點，本工程選用CM351型露開液壓鉆機、ZQ100D型潛孔鉆機作為鉆孔設備，并且由于本工程的巖體結構較為特殊，還需應用手風鉆進行鉆孔的輔助施工。挖掘左岸石方時，需要分層開展，避免出現超挖或快挖現象，防止開挖或爆破過程中出現巖體結構破裂現象，從而保障水利工程高邊坡開挖施工的安全性。

2.3.3.2 右岸壩肩石方開挖

右岸壩肩石方開挖所應用鉆機設備與左岸壩肩石方開挖相同，開挖過程中還需應用自卸車輛將挖出廢料或巖碴及時清運到指定棄碴場，棄碴場應設置在水利工程的上游區域，運送時應以規定好的線路運輸。

2.3.3.3 河床石方開挖

河床基坑石方開挖作業應按照由上至下的全徑向順序開展。河床石方挖掘時，地面高程應為94m左右，基坑相對深度以4m為宜。挖掘施工時，需先在大壩中部下游一側挖出先鋒槽，而后逐步向大壩河床的上游及下游擴挖施工。徑向擴挖之后，再以先鋒槽作為臨空面，采取梯段爆破開挖形式向大壩左側及右側進行挖掘。

2.3.4 嚴格開展邊坡施工監測

邊坡施工監測主要包含兩個方面，一是邊坡安全監測，應于高邊坡挖掘時動態監測基坑內部變形情況，結合監測所得數據進行分析與處理，如果監測數據出現異常，應立即中止施工并采取相應的加固措施。加固后再次檢測，直至數據穩定后方可恢復施工。二是爆破振動監測。爆破施工時，需要對爆破衰減規律進行把握，進而實時監測爆破過程中邊坡的穩定性情況，對相關數據進行對比分析，結合邊坡實際情況開展后續開挖作業。

3 結 語

高邊坡開挖與支護施工過程中，邊坡穩定性控制應為重點，需要通過有效控制防止落石、塌方等安全事故發生。水利工程高邊坡開挖與支護前，需要做好高邊坡勘察作業，結合所收集到的邊坡巖體物理力學參數，科學制定支護方案，選擇適合的支護施工技術，應將加強預應力錨索施工管理。高邊坡開挖施工時，需要做好開挖區域的植被清理、加強土方開挖施工控制、科學開展石方開挖作業、嚴格開展邊坡施工監測，從這些方面入手保障水利工程高邊坡開挖施工的質量與安全，確保水利工程的整體建設質量。