边坡明挖支护技术在某水电站施工中的应用

穆国锋

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州450001)

1 前言

布桑加水电站地处刚果(金)南部的卢阿拉巴省，根据此水电站工程现场的条件调查，其坝址位于Nzilo-Busanga峡谷出口上游1.30 km处，且在上游地区建设有其他的水电站，该坝址与这些水电站的距离较近。为达到河道行洪标准，在施工建设时需对河道右岸山体开展开挖作业，开挖总长175 m，尤其要注重土石方开挖与支护方式的选择。

2 工程的特点与难点

2.1 工程特点

此水电站项目实施中，施工特点具体体现在以下几个方面：一是厂房后边坡高并且陡峭。根据对本工程现场情况的调查和总体规划，在该厂房后边坡非常陡峭，高差在100 m以上，结合工程结构设计标准，顶部无须开挖，现场施工人员在作业进行时，只需要将坡面碎石清理干净即可。因为在此施工时现场交通条件不便，很多的大型设备无法顺利达到指定的工程现场，人工作业量庞大，一旦在施工作业中遇到了不稳定块体且清除不及时，可能会引起一定的工程事故。二是下部边坡开挖。结合该工程现场的图纸分析和审核，发现当厂房左右两侧的边坡开挖到千枚岩边坡时，边坡开挖的技术难题较多，根据现场调查，采用直立边坡开挖的方式可以有效减少边坡开挖后坡面倒坡的问题，但此施工作业中尤其要注意坡面垂直度的科学控制，在遵循开挖施工要求的基础上及时做好相应的支护处理。

2.2 工程难点及采取的措施

此工程建设中的开挖和支护施工是主要的施工难点，针对厂房开挖作业，重点是做好以下几个方面的开挖施工处理：①边坡危岩体开挖，此开挖环节进行时，从左岸上坝路修筑施工便道修筑到危岩体顶部EL850 m的位置，遵循从上到下分层梯段开挖的施工要求；②左侧边坡开挖，从左岸上坝路修筑施工便道到左侧边坡顶部EL820 m处，在同样遵循从上到下分层梯段开挖原则；③覆盖层清理，针对边坡工程现场的覆盖层处理，因为现场的地形地势不够平坦，采用人工清理，将覆盖层中的杂草或者树木清除干净并及时挂网喷锚施工；④基坑开挖，下游围堰修筑施工便道，开展分层开挖作业。

对支护方面的施工难点，采用以下处理方式：①开挖分块，开挖梯段内分块进行钻爆、出渣作业。爆破块规模根据梯段开挖的分层高度、钻孔及挖掘、运输设备确定，本标段各部位开挖爆破按分层分块设计。根据道路布置情况，一般以爆破后能够直接出渣的道路切入点部位为第一块，然后依次向后侧或两侧划块展开。②开挖分层，厂房左右侧边坡以及下游河道扩挖按照马道高度分层，每级高15 m，每级马道之间分2层进行开挖，开挖分层高度约7.50 m。

3 土石方明挖施工措施

3.1 开挖分块

在土石方的开挖梯段内，施工企业应根据现场的施工条件，开展分块的钻爆和出渣作业，在这些作业开展的过程中，爆破块规模的确定应将梯段开挖的分层高度、钻孔与挖掘设备等作为依据。结合布桑加水电站的土石方开挖的施工要求，在该施工区间内的各个部位开挖钻爆作业中，应遵循分层分块的施工原则，结合现场的道路布置，将爆破后可以直接作为出渣道路切入点部位作为第一块，随后的开挖分块作业中，依次在第一块依次向后侧或者两侧继续分块作业。

3.2 开挖分层

厂房左右侧边坡与下游河道扩挖作业作为整个工程中的关键施工环节，按照马道高度分层开挖，将每级的高度保持在15 m左右，且每级马道分2层组织开挖作业。

3.3 厂房开挖

左右侧边坡分布有大量的石方，开挖作业的难度较大，为保障开挖作业的高效进行，最好选用钻爆法施工，主爆孔造孔作业中，所使用的设备是D7液压钻机和YQ100B设备，在左右两侧边坡分别设置1台D7液压钻机、5台YQ100B。边坡马道与水平建基面上，必须预留2.00 m厚度的保护层，针对地质缺陷部位，尤其是注重坑、槽的开挖和处理。

因为在左右侧边坡作业中，存在着一定的覆盖层分布，为促进开挖目标的实现，需利用斗容1 m3反铲来组织开挖，开挖出来的石渣处理时，选用1.60 m3液压反铲集料装20 t自卸汽车来及时出渣，左右侧边坡的开挖作业中，尤其要保障设备配置的合理性。开挖作业中严禁出现超挖情况，如果在开挖作业中遇到了难以一次预裂爆破到位的边坡面，在爆破作业开展时，应加强超欠平衡原理来保障爆破质量与安全。

针对明挖梯段的钻孔作业，D7液压钻机和YQ110B是不可或缺的设备，在钻孔作业时，应保障边坡预裂、主爆钻孔的规范性，且钻孔的同时应注意造孔倾斜度的科学控制，使用坡度尺将倾斜度偏差控制在合理范围内，提高预裂处理效果。如果工程现场存在造孔难以到达的部位，在施工作业开展时，应借助YT28手风钻钻孔爆破作业的方式，在侧边坡马道建基面水平预裂施工时，需利用特定型号的手风钻来完成，每次台阶爆破作业开展时，最后一排爆破孔的孔距和单孔装药量应适当减小一些。

4 支护施工

4.1 锚杆施工

综合该工程现场的相关情况，在此工程中选用的是锚杆支护方式。为提高锚杆支护施工质量，现场施工人员应注意以下的施工要点：①施工企业应安排测量人员来分析施工图纸，根据图纸设计标准进行工作面布眼，依据不同的孔深、工作面要求，配置好相应的钻机和手风钻等开展相应的钻孔作业，在钻孔的同时还应该考虑岩石走向、倾角等，情况，科学进行锚杆孔角度的调整和优化。②在钻孔深度达到标准后，进入高压风吹孔作业，及时将孔内的碎屑和积水等清除干净。③支护作业开展时，采用先注浆后插锚杆的施工方式，首先利用特定型号的砂浆泵向孔内注入一定量的水泥砂浆，注浆管插入到与孔底相距5～10 cm时，在浆液缓慢注入的过程中，缓慢拔出注浆管，并在注浆管拔出的同时及时堵住孔口，避免浆液的过度溢出，插入锚杆，对于孔口不满要及时补灌，随后利用砂浆来将孔口彻底抹平。

4.2 预应力锚索

预应力锚索支护作业开展的过程中，施工人员应加强预应力锚索钻孔位置、方向、孔径和孔深等参数的控制，严格按照施工图纸的标准来组织施工作业。钻孔孔深和孔径设计均应该符合相应的设计值，施工人员应按照施工标准，调整好倾斜度、方位角等各个参数。在钻孔斜度控制时，需利用专业导向仪来实现精准控制。在全部的钻孔作业结束以后，及时做好孔斜、方位角、孔深等的测量，不符合施工标准的钻孔及时作废，通过全孔灌注M25水泥砂浆回填钻孔再次开钻。预应力锚索施工作业进行时，锚固段尽量处于稳定和完整的岩层中。钢绞线张拉伸长值计算公式如下：

ΔL=PL/AE

(1)

上式中，P代表的是预应力钢绞线平均张拉力(N)，L、A、E分别代表的是预应力钢绞线长度(mm)、预应力钢绞线公称面积(mm2)、预应力钢绞线弹性模量(N/mm2)。

边坡加固作业中，预应力锚索可以沿滑动面产生抗滑力和法向阻力，对岩质边坡加以加固。锚固力计算公式如下：

pt=γQehkSxSy/cosβ

(2)

上式中，γQ、ehk分别代表的是荷载分项系数、侧向岩土压力水平分力标准值，Sx、Sy为锚索的水平间距与垂直间距，β为后裂隙倾角。

封孔回填灌浆作业的实施过程中，一般是在锚索张拉锁定3 d以后实施，在正式的封孔回填灌浆作业之前，现场监理人员应对锚索应力加以检查，当其达到设计值标准以后开展这一施工作业。封孔回填灌浆作业时所选择的材料应与锚固段的灌浆材料相同，为达到最为良好的灌浆效果，在灌浆作业实施之前，施工企业应安排专人进行孔道的冲洗，及时排出孔中的积水，将灌浆压力控制在合理的范围内。灌浆作业时，组织专人对出浆管排水、排浆情况实时监测，只有当排浆浓度与进浆浓度相同的情况下，进入屏浆作业环节，屏浆压力、时间均应该与内锚固段保持一致。为使工程现场所有空隙均能够被浆液回填密实，在浆液初凝作业之前，应至少开始两次的补充灌浆作业，在浆液凝固以后，屏浆作业时的灌浆压力保持在0.40 MPa左右。

4.3 护坡框格梁施工

锚杆孔测量放线。施工人员应按照设计图纸与施工要求，在坡面上准确测放出锚杆孔位置，将孔位偏差控制在合理的范围内。竖肋长度应根据边坡高度来科学确定，但锚杆位置应按等风坡面的长度来实现精准放样，在此过程中间距可以适当调整。锚杆钻孔。钻孔作业时必须是干钻，使得在锚杆作业过程中，边坡岩体可以保持稳定性和可靠性，钻孔速度的控制也尤为重要，应根据钻机性能和锚固地层条件，选择恰当的钻孔速度，严禁在钻孔过程中出现扭曲、变径的情况。锚杆孔检验。在全部的钻孔作业结束后，监理人员应检查钻孔的相关参数是否达到施工的质量标准，只有质量验收通过以后方可进入下一环节的施工作业。锚杆体制作与安装。沿着锚杆轴线方向进行钢筋托架的设置，每组钢筋托架之间应保持2.00 m的距离，将锚杆保护层厚度保持在25 mm以上。锚筋尾端要做好防腐设计，而端头要保证与框架梁钢筋的牢固焊接。

5 结语

土石方明挖与边坡支护作为水电站施工建设中的重点环节，在施工作业过程中，施工企业应根据现场的施工条件，来确定最佳的施工方案，并将施工时的各个参数控制在合理的标准内，提高水电站的综合效益。