水利水電工程施工中邊坡開挖支護技術的應用研究

楊明輝,羅超

（1.云南省滇中引水工程建設管理局紅河分局，云南 個舊 661017；2.中國水利水電建設工程咨詢中南有限公司，長沙 410014）

1 工程概況

某水利水電工程，庫容為2 120 m3，正常蓄水位為1 567.00 m，水庫調節庫容為2 030 m3，總庫容為2 359 m3。該水利水電工程由攔河大壩、防水洞、水庫電力系統組成，大壩壩頂長度為380 m，壩頂高程為1 820 m，大壩寬度、高度分別為8 m、89 m。大壩左右邊坡區域需要設置支護體系，如預應力錨索、砂漿錨桿、掛鋼筋網、噴射混凝土，邊坡土方開挖時的設計深度為120 m，實際開挖值約為150 m。為使該水利水電工程如期竣工，相關人員在邊坡開挖支護中提前分析建設區域的地質條件，制訂更完善的邊坡開挖支護技術方案，保障水利水電邊坡施工整體質量。

2 水利水電工程邊坡開挖支護的相關要求

邊坡開挖作為水利水電工程建設中的基礎工作，邊坡開挖時施工人員應提前對邊坡區域的地質條件進行勘測，利用完整、有價值的地質信息與環境系數分析邊坡的地質構成情況，了解邊坡環境，夯實水利水電工程邊坡開挖支護基礎。對于巖土、土方、槽溝需要采用不同的開挖技術。土方開挖時應重點控制開挖順序，并堅持分層挖掘的基本原則。邊坡支護時，同樣應根據邊坡區域的實際情況合理選用邊坡支護技術。水利水電工程中邊坡支護時，對于部分土質較差的區域，還應聯合使用多個支護技術，如在噴射混凝土的前提下，將邊坡錨桿、錨索布設在邊坡結構上，以此確保邊坡支護的可靠性[1]。邊坡支護前期，相關人員還應基于邊坡地質勘察結果計算邊坡巖體抗剪強度τf，計算公式為：

式中，c為邊坡的有效黏聚力；σ為邊坡的法向有效應力；φ為邊坡巖體的有效內摩擦角。之后，施工人員還應計算邊坡支護后的抗滑穩定性，分析邊坡支護的變形風險，使邊坡支護后其抗滑穩定性符合水利水電工程邊坡的抗滑穩定安全系數標準。

3 水利水電工程施工中邊坡開挖技術要點

3.1 土質邊坡開挖技術

水利水電工程建設所處的區域較為復雜，開挖土質邊坡時，還應重視環境因素對邊坡開挖施工的影響[2]。通常情況下，土質開挖作業應避免在雨天、雪天進行。正式開挖時，施工人員應依據水利水電工程邊坡開挖目標、邊坡結構的整體設計，規劃邊坡開挖線路。開挖過程中應嚴格遵守土質邊坡開挖施工設計方案，控制各環節的施工工序，預防塌方、滲漏風險。必要時應同步進行開挖、壓實作業，增強邊坡區域的穩定性。為使邊坡開挖施工有序進行，施工人員需要熟悉開挖機械的操作方式。開挖期間重點控制削坡厚度，水利水電工程中土質邊坡開挖厚度約為3 m；削坡過程中還應靈活地對邊坡進行修坡處理，并使用反鏟機壓實處理開挖區域的道路，保證土質邊坡開挖的高效性。

3.2 巖質邊坡開挖技術

巖質邊坡開挖時，重點在于根據巖質邊坡的強度選擇最佳的開挖方式。由于水利水電工程建設中的巖質土層硬度較高，開挖時需通過爆破的方式輔助開挖。施工人員需要提前計算巖質邊坡區域開挖的工程量，篩選爆破方式，制訂安全、可靠的爆破方案。

對于水利水電工程巖質邊坡地質條件較好的區域，可應用爆破開挖法，包括淺孔爆破和深孔爆破兩種。深孔爆破的鉆孔深度會大于5 m，鉆孔直徑約為75 mm，水利水電工程建設中，深孔爆破在巖土邊坡開挖中應用較為廣泛。施工人員應按照邊坡設計方案，用高度約為10 m的平臺開展深孔爆破開挖工作，爆破施工前施工人員應基于RMR法獲取巖體地質力學、地質強度等指標，計算爆破開挖時的裝藥量、炮眼深度、填塞長度等。

4 水利水電工程施工中支護技術要點

4.1 淺層支護技術

水利水電工程建設中，邊坡淺層支護技術具體包括錨噴支護、噴射混凝土支護等工藝。其中，錨噴支護的基本原理是通過噴射混凝土、插入錨桿的方式，使混凝土與錨桿和邊坡圍巖成為一個整體，共同承受邊坡所承載的應力。在邊坡面直接噴射混凝土有助于預防邊坡巖石風化，用凝固后的混凝土作為邊坡巖層的防護結構，從而增強邊坡的安全性與穩定性。

4.1.1 錨噴支護技術

錨噴支護技術是水利水電工程中常用的支護技術手段，是噴射混凝土支護技術、錨桿支護技術聯合應用后產生的工藝。水利水電工程建設中，錨噴支護所用的錨桿類別較多，根據邊坡圍巖、錨桿接觸方法可將支護所用的錨桿分為斷頭錨固型錨桿、全長黏結型錨桿、摩擦型錨桿。按照錨桿張拉力大小對其展開分類處理時，可將支護錨桿分為張拉錨桿、預應力錨桿兩種。水利水電工程邊坡支護中，張拉錨桿多為Ⅰ級、Ⅱ級的螺紋鋼筋，鋼筋直徑約為25～32 mm，設計錨桿張拉力時，其應力應小于鋼筋抗拉強度的70%。

邊坡支護施工中錨桿布設的方式包括梅花形、菱形、矩形等。支護錨桿間距應控制為錨桿長度的1/2，對于Ⅴ類圍巖，錨桿之間的距離應小于1 m；Ⅳ類圍巖，錨桿之間的距離應控制在1.25 m。正式鉆孔時，施工人員應保持鉆頭、邊坡巖層表面相互垂直；通過試驗確定鉆孔質量符合設計要求后，將配置好的混凝土漿液灌入孔內；然后將錨桿快速插入邊坡巖體內，規范安裝錨桿后，養護、管理錨桿，養護3 d后方可進行質量驗收。養護期間，施工人員應避免將重物懸掛于錨桿上，避免影響水利水電工程邊坡錨桿支護的穩定性。需要注意的是，對于邊坡區域，包含嚴重風化帶、斷層帶的區域，在利用錨桿支護的前提下，還應噴射混凝土、構建鋼筋網，同時聯合應用鋼拱架，保證邊坡支護的可靠性。

4.1.2 噴射混凝土支護技術

噴射混凝土支護時，相關人員應提前清理邊坡區域松動、開裂的巖土，然后按照水利水電工程邊坡設計圖紙，將配置好的混凝土砂漿分層噴射在邊坡巖石結構上。噴射混凝土時，還應聯合應用φ6 mm鋼筋布設鋼筋網，鋼筋網上鋼筋間距為150 mm×150 mm。基本支護流程包括：處理受噴面→受噴面掛網→驗收受噴面→分層噴射→檢測噴射厚度→復噴等。

分層噴射混凝土時，施工人員可選用PH-30混凝土噴射機，自上而下地噴射混凝土。配置的混凝土砂漿無法在1 h內用完時，禁止再次投入使用。分層噴射時，施工人員首次噴射的厚度應徹底覆蓋邊坡區域的鋼筋網，噴射厚度應大于50 mm；確定噴射區域混凝土無墜落、滑移情況后，進行二次噴射；若在混凝土終凝前噴射間隔時間超過1 h，還應使用高壓水槍清理噴射面的雜物。需要注意的是，水利水電工程中過水隧洞邊坡噴射時，混凝土的厚度應大于80 mm，鋼筋網區域的混凝土厚度應大于100 mm。

4.2 深層支護技術

水利水電邊坡深層支護技術體系中，預應力錨索技術較為常見，邊坡區域的預應力錨索技術是利用錨索加固、支護邊坡，改變邊坡圍巖結構的應力條件，使其具有較強的承載能力。預應力錨索施工前，施工人員還應在邊坡上用鋼管腳手架作為預應力錨索的支護施工平臺。錨索結構是在鉆機在邊坡區域鉆孔后，將提前加工的錨索運輸至施工區域，由人工安裝錨索鏈、固定錨具，但預應力錨索中的錨墩可采用現場澆筑的制作方式。

鉆孔時，施工人員應依據錨索結構中錨桿位置確定鉆孔規格大小，鉆孔后檢驗鉆孔質量，清孔操作結束后，用人工將高強度的鋼絞線制作成的錨索塞送入鉆孔內。然后運用C30混凝土、普通硅酸鹽水泥、符合設計要求的砂石制作錨座，張拉鎖定錨索。對于水利水電工程中的高邊坡，10束錨索的張拉力約為1 200 kN，按照錨索支護設計，分別張拉邊坡區域的錨索后將其固定在錨座上。固定后施加與設計值相符的預應力，若錨索穩定支護時間大于5 min，則表示錨索支護符合預期要求。錨索固定后，用配置好的混凝土漿液灌注在錨固區域，同時澆筑錨索結構中的錨墩，增加錨索支護的可靠性。

4.3 邊坡開挖支護的基本原則

1）水利水電工程邊坡開挖應堅持先清理、后錨固、再開挖的基本原則。將邊坡區域的雜物清除后，通過錨固支護、網蓋防護、索栓等方式，為后期開挖打好基礎。為確保邊坡開挖過程中邊坡結構的穩定性，減少邊坡區域施工安全風險，施工人員還應在開挖時，觀察邊坡區域地下水是否存在滲漏問題，若地下水漏水情況嚴重，還應提前設置排水孔，將地下水排出后再次進行邊坡開挖、支護工作[3]。

2）邊坡爆破開挖時，還應重點關注邊坡成型清孔，具體可應用預裂爆破工藝，開挖過程中所設置的臺階高度應大約控制在10 m。應用鉆爆開挖工藝時，鉆爆孔徑約為110 mm；同時嚴格控制藥量，以免擾動邊坡結構，影響其穩定性。

3）邊坡開挖支護時應堅持自上而下、逐層開挖與支護的基本原則。邊坡開挖時需要同時進行邊坡支護工作，逐層落實各項開挖支護技術方案；首層開挖、支護質檢完畢后方可開挖下一層邊坡。

5 結語

為提升水利水電工程建設質量，減少邊坡施工中的安全及質量風險，相關人員應結合水利水電工程的實際情況，詳細分析其地質條件、環境系數，合理選擇邊坡開挖技術、支護技術。邊坡開挖支護施工過程中，還應明確水利水電工程開挖支護的技術要點，規范邊坡開挖、支護流程，使水利水電邊坡施工符合工程項目的建設要求。