水利水電工程邊坡地質穩定性分析及支護施工工藝

劉永盛

摘要：水利水電工程作為與人們生產生活密切相關的基建工程，在保障社會經濟建設水平穩定提高的過程中發揮了重要作用。在工程建設過程中涉及土方開挖、邊坡支護等，開挖過程改變了坡體要素，坡體因產生了應力重分布，所以，在巖土體自重以及外力作用下，將產生切向應力，而當切應力大于邊坡巖土體的抗剪強度時，坡體就會產生剪切破壞。論文闡述了影響邊坡穩定性的因素和評價邊坡穩定性的方法，并結合工程實例分析了邊坡支護技術，以期進一步保障工程項目的施工質量與施工安全。

關鍵詞：水利水電工程;邊坡穩定性;地質分析;支護施工

引言

水利水電工程建設過程中面臨復雜的施工環境，且施工步驟繁雜，在具體施工過程中時常發生意外。相關人員需要對邊坡開挖以及支護施工予以高度重視，在施工前制定合理的方案，防止出現質量和安全問題。水利水電工程施工過程中多采用邊坡支護開挖技術對高邊坡進行處理，通過該項技術的應用使邊坡支護開挖更安全有效，減少滑塌的發生，加快施工速度，有效解決施工時可能遇到的安全問題及隱患，推動我國水利水電工程良性發展。

1常用的邊坡開挖方式

1.1深層方面的邊坡開挖支護技術

深層方面，用輕型的錨固鉆機在邊坡的指定位置鉆進成孔，形成尺寸合適的錨索鉆孔。為有效控制鉆孔的斜度，施工中可采用導向儀檢測，根據實測結果采取針對性的糾偏措施。灌漿施工環節宜采用3SNS型高壓灌漿泵，此裝置運行穩定可靠，能夠精細化控制灌漿量和灌漿速度，適配溜槽完成入倉錨墩混凝土施工，再有序張拉。張拉是重點施工環節，精度要求較高，需要嚴格控制初始張拉力，具體以設計值的90%左右較為合適，由具有資質的人員操作張拉機具，盡可能做到對稱張拉。邊坡地質條件復雜時，有必要對坡面進行加固處理，在此基礎上進一步利用鋼絞線加固，全方位強化加固效果，在采取該支護模式后也有利于保證鋼導向帽的穩定性。

1.2淺層方面的邊坡開挖支護技術

邊坡開挖支護的方法較多，以設置錨桿束、噴射混凝土、設置排水孔均較為常見。為滿足開挖支護要求，需利用全液壓鉆機或者其它機械設備鉆孔;錨桿束施工環節，先組織注漿作業，再安排插桿，局部圍巖偏破碎或有較大的塌方概率時，需要先注漿，待圍巖轉變為相對穩定的狀態后安排插桿，以保證邊坡開挖支護的施工效果;對于邊坡排水孔的施工，根據現場作業條件以及鉆孔要求適配鉆機，現階段應用較為廣泛的是XZ-30鉆機，鉆孔時控制好孔徑、孔深等基礎參數，鉆孔成型后及時清孔，保證孔內沉渣量在許可范圍內。

1.3其他開挖支護要點

①分層開挖。水利水電工程的邊坡施工規模相對較大，邊坡普遍分布較多的堅硬巖石土體，難以做到一次開挖成型。對此，宜分層有序開挖，在循序漸進之下完成所有的開挖作業。②超挖墻。部分水利水電工程邊坡施工中，需在側墻兩端區域修筑超挖墻，此結構有助于增強噴射混凝土支護結構的穩定性，給混凝土噴射施工創設良好的條件。需強調的是，在超挖墻施工中厚度應成為重點控制對象。③二層開挖支護。綜合考慮巖石土體的柱狀節理、松弛特性等，據此確定與實際施工條件相適應的土方開挖支護方案，有序將開挖和支護兩項關鍵的工作落實到位。為避免安全問題，有必要預留合適厚度的保護層，此部分結構必須具有完整性，禁止在施工期間開挖保護層。

2邊坡地質穩定性分析

2.1影響邊坡穩定性的因素

影響邊坡穩定性的因素可以分為內在因素和外在因素2個方面：1）內在因素包括地形地貌條件、構成邊坡巖（土）體的物理力學性質、水理性質、水文地質條件、巖（土）體結構與地質構造等。2）外在因素包括水文氣象、風化作用、水流的作用、地震及人為因素等。其中，內因在邊坡的變形中起決定性的控制作用，外因起促進作用;故而在邊坡的穩定性分析中，應在研究各因素的基礎上，找出這些因素間的內在聯系，進而再評價其穩定性。

2.2評價邊坡穩定性方法

常用的評價邊坡穩定性方法有定性分析法、極限平衡分析法、數值分析法、工程地質類比法4類。1）定性分析法。是指通過對邊坡的尺寸和坡形、邊坡的地質結構、所處的地質環境、形成的地質歷史、變形破壞形跡，以及影響其穩定性的各種因素的研究，以判斷邊坡演變階段和穩定狀況。2）極限平衡分析法。把可能滑動的巖、土體假定為剛體，通過分析可能的滑動面，并把滑動面上的應力簡化為均勻分布，進而計算出邊坡的穩定系數。3）數值分析法。利用有限單元分析法，先計算出邊坡位移場和應力場，然后，利用巖體、土體強度準則，計算出各單元與可能滑動面的穩定性系數。4）工程地質類比法。將所研究邊坡或擬設計的人工邊坡與已經研究過的或已有經驗數據的邊坡進行類比，以評價其穩定性，并提出合理的坡高和坡角。

2.3實例分析

以某水庫主壩為混凝土雙曲拱壩，拱壩壩基開挖及高邊坡處理以分部工程進行，項目歷時4a完成。工程中共開挖巖石地基土石方125500.0m;共計對巖石地基固結灌漿達352孔，鉆孔進尺總長5686.36m，灌漿達2816.0m;邊坡清理面積達14804.76m;采用錨桿共計2320根（錨桿直徑分別為18/20/28m種不同規格），錨桿總長度達16669.74m;噴射C20型混凝土達1480.5m;制作安裝鋼筋混凝土總質量達64.5t。該水庫左右壩肩施工時均采取自上而下分層開挖的順序，按開挖方式分為覆蓋層剝離與石方開挖2種。壩基開挖應用YQ-100B型號的潛孔鉆鉆孔，周邊以預裂爆破策略采用梯段爆破的形式加以控制。由于該水庫邊坡主要以硬質地巖石為主，不存在整體滑動的邊界條件，因此，在對邊坡穩定安全系數的計算上，采用強度折減法及有限差分軟件進行計算。計算后發現，左岸側邊坡符合自重作用下邊坡應力場分布的一般規律，即如果從邊坡內部開挖直至坡表，最大主應力方向與坡面平行，最小主應力數值無限接近于0，邊坡淺表層局部有拉應力出現。在對右岸進行計算的過程中發現，右岸坡體的應力分布整體上也符合自重作用下邊坡應力場分布的一般規律，且整體上處于受壓狀態，淺表局部位置出現拉應力且小于左岸邊坡。

3邊坡支護技術應用的注意事項

通常采用的邊坡支護技術可大概分為淺層支護與深層支護2種。一般情況下淺層支護會用到錨桿支護策略和掛網噴射混凝土策略等，除此之外，還包括對排水孔的合理布局與應用。在應用錨桿支護策略時，需在錨孔挖好之后先進行灌漿再插桿，但如果遇到開挖巖層深度不足的情況，則可能會調整施工順序，先插桿再灌漿。此外，深層支護技術的應用同樣需要引起重視。針對部分地質不穩定，容易受滑坡、地震及泥石流等地質災害影響的區域，可采用鋪設鋼筋網的方式來提升邊坡的牢固程度與穩定性，以免邊坡因為地質災害受到嚴重影響。鋪網的關鍵在于使網和坡面之間不存在縫隙，確保鋼筋網充分發揮作用。排水孔的設計比較關鍵，這是因為邊坡在投入正常使用之后，會長期處于排水狀態，如果排水孔的設計不合理，長時間的使用會對邊坡質量造成影響，因此，需做好排水孔的質量控制工作。除了要對排水孔布局、位置及數量進行嚴格控制之外，還可在排水孔內部加入相關材料，提升排水孔整體的強度，以免發生坍塌。

結束語

水利水電工程在促進社會穩定發展的過程中發揮了重要作用，因此其相關施工技術也應得到承建單位、施工相關部門乃至整個社會的高度關注。只有在選擇了正確開挖支護技術的前提下，才能有效保證水利水電工程邊坡的安全性，為水利水電的工程質量提供可靠保障。

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