水利水電工程施工中邊坡開挖支護技術的應用

梁先吉

（中國水利水電建設工程咨詢中南有限公司，長沙 410007）

1 引言

“十三五”期間，我國水利投資達到了2.2萬億元。在穩增長、保民生等多重舉措下，我國水利水電工程建設進入了加速期，水利水電工程施工也由工業水利工程時代向水資源綜合開發時代過渡。我國水利水電工程與社會大眾的日常生活存在密切關系，邊坡開挖支護是水利水電工程施工中的常用技術，其應用效果直接影響了水利水電工程運行的安全性與穩定性。

2 項目概況

水利水電工程位于一級支流上，壩址以上控制流域面積268 km2，是1座以供水、發電為主，兼顧防洪、灌溉的小（1）型工程。工程包括擋水壩、水電站、發電引水洞幾個部分，水電站總裝機容量300 kW，攔河樞紐總庫容8 560 000 m3，大壩為混凝土重力壩，最大壩高×壩頂長為38 m×289 m。工程等級為IV級，主要建筑物為4級。

大壩左岸坡、右岸坡為邊坡開挖支護范圍，左岸坡由大壩頂部高程959 m到河床最低位置高程902 m，高度為57 m，右岸坡由大壩頂部高程982 m到河床最低位置高程902 m，高度為80 m，為高邊坡。

3 邊坡開挖支護技術應用方案

3.1 左岸坡開挖支護方案

左壩肩岸坡巖體巖層較為平緩，穩定性佳。但上部覆蓋粉砂巖、Q2del碎裂狀砂巖、Q2col+dl混合土塊碎石層，傾角為6.5°~13.5°，節理裂隙發育。受節理裂隙切割巖體為順向坡塊體狀、泥巖夾層的存在以及人為活動、降水、泥化等不利條件的影響，工程性質較差，極易出現掉塊、崩塌情況，需要進行強風化巖層清除（壩肩位置）工作并在弱風化巖體上放置壩體。即在清除左壩肩坍坡積壓土體后，利用分層水平開挖的方式開挖邊坡坡度為1∶0.35，必要時放緩至1∶0.45，并沿著高度走向每間隔10.0 m進行1個3.0 m寬的平臺，總開挖坡度比為1∶0.35~1∶0.45。與此同時，進行壩肩基巖巖體的錨固組裝、固結灌漿操作，對壩肩上部破碎巖及土層進行防水+護坡+固結灌漿+支擋錨固施工。

3.2 右岸坡開挖支護方案

壩肩位于單薄山梁中部，壩前單薄含量寬度、梁脊高程分別為365~582 m、959~982 m。右岸坡基座地層巖性為三疊系下統劉家溝組紫紅色厚層狀細砂巖夾透鏡狀泥礫巖層、砂質泥巖，上部發育Ⅲ級基座階地，基座上覆蓋Q2pl棕紅色低液限黏土以及Q3eol淺紅色低液限粉土，厚度分別為0~8.6 m、0~4.5 m；下部覆蓋卵石混合層，厚度為0~2.5 m。開挖時，開挖邊坡比為1∶0.45~1∶0.65，即在清除強風化層的基礎上，進行臺階狀開挖。在壩頂高程以上巖體，結合公路建設，開挖邊坡坡度1∶0.45，并對出露巖體進行防護，防護方式為噴射混凝土。對于上部土質邊坡，則設計開挖邊坡坡度為1∶0.65，每一級邊坡高度最高為15.0 m，若挖方高度較大則可以摒除挖方臺階設置方式，而是直接應用折線式邊坡，并采用錨固支護。

4 邊坡開挖支護技術的應用流程

4.1 準備

在邊坡開挖支護前，準備2臺日立330型挖掘機、1臺SD-160型推土機、10臺20 t自卸汽車、3臺液壓破碎錘，為開挖作業提供支持；同時，準備2臺CM-351潛孔鉆和4臺YT-28型手風鉆，為鉆孔爆破提供支持；準備1臺JDY350型攪拌機，為支護操作提供支持。由專業人員對材料、器具、勞動安全防護用品進行檢查，并根據工藝操作平面布置圖進行各種材料堆碼，滿足工藝操作周轉所需[1]。

在材料準備完畢后，由技術負責人結合專項方案分解施工測量、邊坡開挖、錨桿支護與固結灌漿任務，并對相關任務負責人進行安全技術交底。

在技術交底后，技術人員可以組織專業測量人員進入岸坡開挖范圍，結合設計要求開展測量放線以及岸坡開挖輪廓線的標示。同時，在人工配合下，指揮挖掘機由清基工藝操作便道進入開挖最高區域位置。

4.2 開挖

案述工程開挖可以分為左岸、右岸各一個作業面開展，每一個開挖作業面均選擇從上層到下層分臺階開挖的方式一次性完成操作。總體工藝操作流程為挖掘機邊坡開挖、廢棄土渣運輸、人工坡面清理及檢查。開挖坡面需要事先理順，依據設計坡比，由上層到下層一次性開挖成型，規避超出開挖體積、重復開挖等對工期、質量造成的影響。考慮到岸坡上存在松散堆積物，可以利用前期準備的挖掘機與人工配合，將包括陡峭部分、邊角部分在內的松散堆積物清除，并及時通過自卸汽車將開挖土料運輸至推土場。將基層清理到基巖后，面向整個壩基，采用挖掘機+破碎錘的形式，將全部樹根、樹木、亂石、表層耕植土、覆蓋層清除，促使岸坡平整度大體滿足要求，無反坡、臺階、急劇變坡以及孤石。

對于石方，可根據石方量先利用挖掘機沿著輪廓線由上層向下層開挖翻動，進而選擇CM-351潛孔鉆或YT-28手縫鉆鉆爆，整個過程均需將開挖的棄渣經自卸汽車運輸到棄渣場地；也可以選擇深孔毫秒微差梯段爆破+手風鉆技術，由上層到下層梯段式開挖，每段高度為3.0~5.8 m。根據巖石邊坡厚度所選擇的爆破方式也具有一定差異，案述工程因面厚不大，主要選擇淺孔梯段爆破方式，保護層則選擇淺孔松動爆破方式，具體包括工作面清理爆破孔位測量、潛孔鉆造孔與清孔、裝藥爆破幾個部分。

4.3 支護

在石方爆破后，可以隨機進行錨桿支護，完成邊坡安全處理。錨桿造孔需要選擇堅硬、平坦、具有排水溝且場地寬度超出4.0 m的作業面場，將鉆機維持在立軸（或導桿）、鉆桿傾角相同的狀態。同時，在人工坡面清理的情況下，結合設計要求完成孔位放樣、待造孔孔深標識。鉆孔過程中，要合理把控鉆進參數，特別是鉆進速度，以降低發生卡鉆、埋鉆事故的概率。鉆孔結束后，將孔洞中多余雜質清除，便于錨桿安裝前孔深、孔徑與孔斜的精確測量。進而在鉆孔中心設定隔離架安裝錨桿、灌入漿液。

5 邊坡開挖支護技術的應用要點

5.1 土方開挖

在土方開挖前期，技術人員應選擇邊坡開挖線外的區域，進行截水溝修筑，保證防排水操作的順利開展。在截水溝修筑完畢后，技術人員可以根據圖紙要求，從上層到下層開挖到碎落臺高度，將現場排水溝、兩側截水溝聯通，形成一定坡勢，提高排水效果。進而利用挖掘機進行下層邊坡范圍內土方開挖[2]。每一級邊坡完成后噴射混凝土。一般多臺階同時開挖時，上部臺階較之下部臺階開挖進深需超出30.0 m，規避塌方風險。根據具體情況，分層開挖方法也需要進行靈活變化，常用的方法為分層縱挖法、分段縱挖法、橫挖法。其中，分層縱挖法主要是依據橫斷面全寬，沿著縱方向分層進行土方開挖；分段縱挖法主要是將挖方每一個工點劃分為幾個段落后，分層沿著縱方向進行挖方；橫挖法主要是依據橫斷面全寬，以挖方地段的一端或兩端為出發點，逐步向前方開挖。

5.2 石方爆破

在深孔毫秒微差梯段爆破+手風鉆技術應用過程中，因爆破操作風險系數較高，技術人員應事先進行爆破試驗，設計恰當的爆破參數（鉆孔直徑、梯段高度、鉆孔深度、前排炮孔單位巖石用藥量、前排炮孔間距、前排炮孔堵塞長度等）、爆破規模與防護措施，進行現場模擬。案述工程梯段高度小于12.0 m，垂直鉆孔直徑為115 mm，超鉆深度為1.00 m，鉆孔深度為11.0 m，臺階坡面角為75°，鉆機中心到坡頂線的安全距離為4.7 m。而前排炮孔單位巖石用藥量為0.45 kg/m3，前排炮孔間距為4.3 m，前排炮孔堵塞長度為4.0 m。同時，在考慮前排爆破巖石對后排炮孔阻礙作用的情況下，后排炮孔單位巖石用藥量應為0.55 kg/m3，后排炮孔按三角形布置，間距為4.25 m，排距為3.85 m，后排炮孔堵塞長度為4.2 m。具體布置時，出于爆破規模控制需要，應限制每次深孔梯段炮孔個數在30個、3排以下。裝藥時選擇連續裝藥結構，裝填炸藥為φ90 mm卷裝乳化炸藥、散裝銨油炸藥，從炮孔底部開始逐層密實、均勻裝填，并在中部裝入2發非電毫秒雷管起爆藥包，最后，利用鉆孔巖粉、黃土堵塞炮孔。

在挖掘機+潛孔鉆/手風鉆鉆爆技術應用過程中，技術人員可以以控制二次爆破對現場作業環境的干擾為重點，利用孔徑為35.00 mm的潛孔鉆破碎大巖塊，促使大塊孤石上部“開花”、底部炸碎，以達到有效控制飛石的效果。一般在孔深低于0.50 m時，最小抵抗線、孔間距均與孔深相等，堵塞長度為4/5孔深；孔深為0.5~1.0 m時，最小抵抗線、孔間距均與孔深相等，堵塞長度為3/5孔深；孔深為1.0~1.5 m時，最小抵抗線為0.8~1.2 m，孔間距為0.8~1.0 m，堵塞長度為1/2孔深；而在孔深超出1.5 m時，最小抵抗線為1.0~1.2 m，孔間距為1.0~1.2 m，堵塞長度為0.75~1.00 m。

需要注意的是，因案述工程邊坡開挖面高差較大，坡度較陡峭，坍塌、滑坡風險較多，需要注意邊坡開挖、支護間隔時間的銜接。

5.3 錨桿組裝要點

在鉆孔完畢后，技術人員可以利用清水完全沖洗孔底沉渣至清水返回。進而沿著軸線方向，利用粗鋼筋桿體每間隔1.50~2.00 m進行1個定中架設置。在錨桿桿體自由段，需要牢固包扎塑料管、塑料布，并利用沿絲綁扎桿體自由段錨固體連接位置。將注漿管、錨桿共同放入前期鉆設孔內，促使管端部、孔底部之間距離為50.00 mm，且在錨桿體放入角度、鉆孔傾角數值相同，避免錨桿體出現壓彎曲或扭曲情況。

5.4 固結灌漿要點

案述工程邊坡支護采用水泥與砂比例為1.2，水灰比為0.45的漿液，技術人員可以根據設計配比，放入前期準備材料，均勻攪拌、過篩，邊攪拌邊使用。在砂漿泵驅動下，經壓漿管將漿液傳輸到鉆孔底部，邊灌注邊拔出注漿管，控制注漿管口處于灌漿面以下，并活動漿液灌入管道。進而由鉆孔底部返回到鉆孔端部，在漿液初次凝結前使用完畢，保證漿液灌注管道時處于暢通狀態[3]。

6 結語

水利水電工程是通過修建多種類型水工建筑物以實現水資源利用的工程。加強水利水電工程建設不僅是強化城鄉防洪、供水、供電的需要，還是增強水生態治理與保護的重要抓手。因此，在工程建設過程中，技術人員應加強對邊坡開挖與邊坡支護的關注，選擇恰當的邊坡開挖與邊坡支護手段，沿著正確的步驟操作，開挖一級、防護加固一級，逐級開挖、逐級防護，嚴格把控技術應用要點，以保證邊坡的穩定性，為水利水電工程的安全、穩定提供保障。