水电站高边坡开挖支护施工探讨

刘振山

【摘要】本文主要对水电站高边坡开挖支护施工进行探讨，结合高边坡开挖施工的生产经验，分析高边坡支护形式，在简单介绍造成边坡失稳的几种原因后，叙述了目前常用的支护形式，对边坡开挖支护施工原则进行阐述，最后介绍了边坡开挖支护的施工方法，供类似施工工程参考。

【关键词】高边坡；水电站；支护设计；边坡开挖

1、引言

随着对水资源的不断开发，新建水电站逐渐向高山区进行转移，随着施工技术的提高，水电站高边坡施工不再是阻碍施工的难题。老挝南塔河1#水电站工程是一座以发电为主的水电枢纽，电站正常蓄水位EL455.00m，相应库容为17.55亿m3，可能最大洪水位（PMF）为EL458.97m，相应库容为19.6753亿m3，水电站装机容量为168MW，溢洪道工程布置在坝肩左岸边坡，最低高程EL414.18m，最高高程EL605m，边坡总高为190.82m，南塔河1#水电站工程等级为Ⅰ等工程。

2、高边坡的支护设计分析

2.1边坡变形失稳机制

根据岩土类型的不同可以分为均质边坡和岩质边坡，均质边坡变形破坏形式有似平面滑动和圆弧面滑动，影响似平面滑动稳定的主要因素是接触面的抗剪强度和起伏情况，可能在较厚覆盖层开挖边坡与原始边坡近平行的地方产生。影响圆弧面滑动稳定的主要因素是岩土物质的组成情况，可能在全风化、土质和强化岩质边坡的地方产生。岩质边坡变形破坏形式有平面滑动和扩展式平面滑动、倾倒型崩塌、滑移型崩塌和锲形体滑动。影响平面滑动稳定的主要因素是软弱面的组成物质和强度，可能在中缓倾角结构面发育的地方产生。影响扩展式平面滑动的主要因素是结构面的延伸情况、水和地震的影响，可能在处于强风化和强卸荷带中的地方产生。影响倾倒型崩塌的主要因素是临时性或周期性作用的裂隙水压、地震和爆破产生的震动力等，可能在与结构面方向相近的陡开挖的地方产生。影响滑移型崩塌的主要因素是水的作用、地震影响和结构面形状，可能在中缓倾角结构面和边坡走向近平行的地方产生。影响锲形体滑动的主要因素是结构面的组成和强度，在各部位都可能随机产生，但是发生的规模比较小。

2.2边坡支护的类型

由于各种边坡破坏形式不同，边坡支护所发挥的作用也不同，边坡支护的种类有浅层支护和深层支护。浅层支护类型主要有挂网喷混凝土、混凝土网格梁、排水孔和砂浆锚杆等，锚喷支护设计的原理是将锚杆、混凝土喷射和围岩形成一个共同的承载结构，可以有效的限制围岩的变形，从而控制调整围岩的应力分布，避免岩体松动发生坠落现象。另外及时采用混凝土喷射的方式对开挖露出表面的部分进行封闭，可以有效的防止岩石近一步的风化。排水孔的设置是将边坡岩体内的水排出，这样可以减小岩体内的水压力。混凝土网格梁主要在土质边坡中使用，主要在混凝土网格梁的内部种植草木进行护坡，以此达到稳定边坡的目的。深层支护的形式主要有预应力锚索、固结灌浆和预应力深孔锚杆，锚杆施工和预应力锚索的本质是通过锚索的作用对被加固的岩体提供预应力作用，这样可以有效的防止岩体向有害变形方向发展，可以明显改善围岩的应力，提高围岩自身的承载能力，这种支护比较实用于边坡深层潜在的滑移面，固结灌浆主要针对比较破碎的边坡，用于对岩石缝隙进行填充，增强边坡岩体的整体性，达到边坡稳定的目的。

3、边坡开挖支护施工总原则

3.1采取边坡开口“先清、后锚、再开挖”的原则

在进行边坡开口前，首先要进行清坡和一些基本安全处理，主要有撬挖、锚固、砌石、网盖防护和索栓等，在进行边坡开口以及马道以下降层时首先要进行锚筋桩支护和锚杆的锁口工作，以此来保证边坡开挖时坡顶的稳定性。

3.2按照“治坡先治水”的原则，协调好边坡开挖和排水的关系

为了保证边坡开挖过程中的施工安全和边坡的稳定性，进行开工后，要及时对开口线周边进行清坡和安全处理，并且要开挖截水沟。在边坡开挖过程中，要及时探明地下水出露情况，根据实际情况及时钻探系统排水孔和随机排水孔，尽早形成马道排水沟和地表排水系统，利用各种防治措施来避免发生边坡内渗的情况，这样可以有效降低边坡岩体裂隙的水压力，来达到边坡稳定的目的。

3.3要严格控制爆破，保证边坡成型的质量，采取有效措施控制爆破震动

所有的边坡在进行作业前都要进行预裂爆破，开挖的梯段高度要控制在10m以内，钻爆孔的直径要在110mm以内，根据不同部位控制单响的药量，在进行爆破时尽量减少由于爆破震动对边坡的扰动，确保边坡的稳定性。

3.4采用“自上而下、逐层开挖和逐层支护”的原则进行开挖支护

各个部位要采取自上而下、分层开挖的形式，在进行开挖边坡支护时要逐层进行，每开挖到一个马道高程后，先对马道的锁口锚筋桩进行施工，然后在监理人同意的前提下进行下一层的开挖。

3.5采用“分区分层、由外向內和梯次施工”的原则，实现开挖支护的流水作业

总体要按照“平面多工序和立体多层次”的原则进行施工，平面上要按照分区、分段多工序的平行作业，这样可以减少边坡揭露的面积和时间，可以实现快速支护，立面上根据爆破梯度和马道段自上而下的原则，实现覆盖层剥离、梯段钻爆和出渣、随机排水孔和随机锚杆、系统锚杆和锚索钻孔的安装、挂网喷混凝土、系统排水孔和锚索张拉的多层次流水作业，协调边坡开挖和支护的进行。

4、边坡开挖支护施工方法

4.1土质边坡和覆盖层的开挖

厚层土方和覆盖层采用反铲的形式，直接挖装到自卸车上，利用运输车辆将土方运送到指定渣场，薄层土方利用推土机形式进行集渣，利用装载机将土方运送至弃渣场。采用自上而下分层开采，开挖时要超前开挖，分层的高度按照3-4m进行控制，孤石采用小型手风钻浅孔进行炸裂挖除靠近设计规格线的土质边坡和底板区，利用小型反铲进行开挖，预留出50cm，然后人工进行修整，最后修整到满足施工图纸要求的平整度和坡度。

4.2石方明挖

石方明挖利用自上而下的开采工序，分层梯段进行爆破开挖，分层时要结合马道进行，最大分层高度要不大于10m，边坡的坡顶部按照2-3层的浅孔梯段爆破开挖，为了保证开挖后岩石的完整性以及开挖的平整度，在进行边坡设计时，要优先采用预爆破的形式，在边坡马道和底板处预留出2-3m的保护层，利用浅孔梯段爆破的方式进行开挖，轮廓线进行设计时采用水平预裂形式。

4.3邊坡施工方法

边坡支护施工的工序为开挖结束→进行边坡处理→施工随机锚杆和随机排水孔→进行系统锚喷支护和排水孔的施工→锚索施工→验收。形成开挖边坡后，现场技术人员要进行全面检查，在上报监理人的同时，要采用随机锚杆的支护方式，对不稳定的块体和可能产生变形的部位进行支护，锚杆孔排距为3×3m，直径为28-36mm的螺纹钢，孔深为4-12m，采用4、6、9和12m的间隔进行布置，锚杆的砂浆选用M20，前期采用“先注浆后插杆”的工艺，后期对于锚杆长度大于6m时采用“先插杆后注浆”，锚杆注浆密实度按照无损检测方法检验，平均饱满率要满足要求。边坡喷混凝土要采用混凝土喷射机湿喷的工艺进行作业，根据不同部位的实际情况，一般分为2-4层进行施喷，在进行挂网喷混凝土地段，要先进行3-5cm的后混凝土喷射，然后在进行人工挂铺钢筋网，混凝土的强度为C20，厚度为10-12cm，对于节理裂隙发育地段和软弱岩面等地段要采取封闭保护措施，然后在进行施工，同时要利用锚杆和插筋进行连接固牢，最后分2-4次的湿喷喷到设计要求的厚度。在进行预应力锚索施工前要在边坡上采用钢管脚手架的形式搭建施工平台，锚墩采用混凝土现浇或预制钢锚墩的形式进行作业。

5、结语

根据以上分析和本人工作经验，得出以下几个观点（1）预裂面的平整性、半孔率的达标情况和爆破的裂隙严重程度直接影响预裂面的质量。（2）要充分重视爆破区周边的问题处理。（3）根据本人多年的工作经验，得出影响高边坡开挖进度的主要因素是对大块石和底部根坎的处理，这些大块石主要由于拒爆和漏孔产生，占用大量工时和人力物力。

参考文献：

[1]杨箫.董箐水电站高边坡开挖与支护快速施工方法研究[J].贵州水力发电，2008，22（2）.

[2水利电力部水利水电建设总局. 水利水电工程施工组织设计手册（ 第二卷） 施工技术[M].北京： 中国水利水电出版社，1990.