水利水电工程边坡地质稳定性分析及支护施工工艺

刘永盛

摘要：水利水电工程作为与人们生产生活密切相关的基建工程，在保障社会经济建设水平稳定提高的过程中发挥了重要作用。在工程建设过程中涉及土方开挖、边坡支护等，开挖过程改变了坡体要素，坡体因产生了应力重分布，所以，在岩土体自重以及外力作用下，将产生切向应力，而当切应力大于边坡岩土体的抗剪强度时，坡体就会产生剪切破坏。论文阐述了影响边坡稳定性的因素和评价边坡稳定性的方法，并结合工程实例分析了边坡支护技术，以期进一步保障工程项目的施工质量与施工安全。

关键词：水利水电工程;边坡稳定性;地质分析;支护施工

引言

水利水电工程建设过程中面临复杂的施工环境，且施工步骤繁杂，在具体施工过程中时常发生意外。相关人员需要对边坡开挖以及支护施工予以高度重视，在施工前制定合理的方案，防止出现质量和安全问题。水利水电工程施工过程中多采用边坡支护开挖技术对高边坡进行处理，通过该项技术的应用使边坡支护开挖更安全有效，减少滑塌的发生，加快施工速度，有效解决施工时可能遇到的安全问题及隐患，推动我国水利水电工程良性发展。

1常用的边坡开挖方式

1.1深层方面的边坡开挖支护技术

深层方面，用轻型的锚固钻机在边坡的指定位置钻进成孔，形成尺寸合适的锚索钻孔。为有效控制钻孔的斜度，施工中可采用导向仪检测，根据实测结果采取针对性的纠偏措施。灌浆施工环节宜采用3SNS型高压灌浆泵，此装置运行稳定可靠，能够精细化控制灌浆量和灌浆速度，适配溜槽完成入仓锚墩混凝土施工，再有序张拉。张拉是重点施工环节，精度要求较高，需要严格控制初始张拉力，具体以设计值的90%左右较为合适，由具有资质的人员操作张拉机具，尽可能做到对称张拉。边坡地质条件复杂时，有必要对坡面进行加固处理，在此基础上进一步利用钢绞线加固，全方位强化加固效果，在采取该支护模式后也有利于保证钢导向帽的稳定性。

1.2浅层方面的边坡开挖支护技术

边坡开挖支护的方法较多，以设置锚杆束、喷射混凝土、设置排水孔均较为常见。为满足开挖支护要求，需利用全液压钻机或者其它机械设备钻孔;锚杆束施工环节，先组织注浆作业，再安排插杆，局部围岩偏破碎或有较大的塌方概率时，需要先注浆，待围岩转变为相对稳定的状态后安排插杆，以保证边坡开挖支护的施工效果;对于边坡排水孔的施工，根据现场作业条件以及钻孔要求适配钻机，现阶段应用较为广泛的是XZ-30钻机，钻孔时控制好孔径、孔深等基础参数，钻孔成型后及时清孔，保证孔内沉渣量在许可范围内。

1.3其他开挖支护要点

①分层开挖。水利水电工程的边坡施工规模相对较大，边坡普遍分布较多的坚硬岩石土体，难以做到一次开挖成型。对此，宜分层有序开挖，在循序渐进之下完成所有的开挖作业。②超挖墙。部分水利水电工程边坡施工中，需在侧墙两端区域修筑超挖墙，此结构有助于增强喷射混凝土支护结构的稳定性，给混凝土喷射施工创设良好的条件。需强调的是，在超挖墙施工中厚度应成为重点控制对象。③二层开挖支护。綜合考虑岩石土体的柱状节理、松弛特性等，据此确定与实际施工条件相适应的土方开挖支护方案，有序将开挖和支护两项关键的工作落实到位。为避免安全问题，有必要预留合适厚度的保护层，此部分结构必须具有完整性，禁止在施工期间开挖保护层。

2边坡地质稳定性分析

2.1影响边坡稳定性的因素

影响边坡稳定性的因素可以分为内在因素和外在因素2个方面：1）内在因素包括地形地貌条件、构成边坡岩（土）体的物理力学性质、水理性质、水文地质条件、岩（土）体结构与地质构造等。2）外在因素包括水文气象、风化作用、水流的作用、地震及人为因素等。其中，内因在边坡的变形中起决定性的控制作用，外因起促进作用;故而在边坡的稳定性分析中，应在研究各因素的基础上，找出这些因素间的内在联系，进而再评价其稳定性。

2.2评价边坡稳定性方法

常用的评价边坡稳定性方法有定性分析法、极限平衡分析法、数值分析法、工程地质类比法4类。1）定性分析法。是指通过对边坡的尺寸和坡形、边坡的地质结构、所处的地质环境、形成的地质历史、变形破坏形迹，以及影响其稳定性的各种因素的研究，以判断边坡演变阶段和稳定状况。2）极限平衡分析法。把可能滑动的岩、土体假定为刚体，通过分析可能的滑动面，并把滑动面上的应力简化为均匀分布，进而计算出边坡的稳定系数。3）数值分析法。利用有限单元分析法，先计算出边坡位移场和应力场，然后，利用岩体、土体强度准则，计算出各单元与可能滑动面的稳定性系数。4）工程地质类比法。将所研究边坡或拟设计的人工边坡与已经研究过的或已有经验数据的边坡进行类比，以评价其稳定性，并提出合理的坡高和坡角。

2.3实例分析

以某水库主坝为混凝土双曲拱坝，拱坝坝基开挖及高边坡处理以分部工程进行，项目历时4a完成。工程中共开挖岩石地基土石方125500.0m;共计对岩石地基固结灌浆达352孔，钻孔进尺总长5686.36m，灌浆达2816.0m;边坡清理面积达14804.76m;采用锚杆共计2320根（锚杆直径分别为18/20/28m种不同规格），锚杆总长度达16669.74m;喷射C20型混凝土达1480.5m;制作安装钢筋混凝土总质量达64.5t。该水库左右坝肩施工时均采取自上而下分层开挖的顺序，按开挖方式分为覆盖层剥离与石方开挖2种。坝基开挖应用YQ-100B型号的潜孔钻钻孔，周边以预裂爆破策略采用梯段爆破的形式加以控制。由于该水库边坡主要以硬质地岩石为主，不存在整体滑动的边界条件，因此，在对边坡稳定安全系数的计算上，采用强度折减法及有限差分软件进行计算。计算后发现，左岸侧边坡符合自重作用下边坡应力场分布的一般规律，即如果从边坡内部开挖直至坡表，最大主应力方向与坡面平行，最小主应力数值无限接近于0，边坡浅表层局部有拉应力出现。在对右岸进行计算的过程中发现，右岸坡体的应力分布整体上也符合自重作用下边坡应力场分布的一般规律，且整体上处于受压状态，浅表局部位置出现拉应力且小于左岸边坡。

3边坡支护技术应用的注意事项

通常采用的边坡支护技术可大概分为浅层支护与深层支护2种。一般情况下浅层支护会用到锚杆支护策略和挂网喷射混凝土策略等，除此之外，还包括对排水孔的合理布局与应用。在应用锚杆支护策略时，需在锚孔挖好之后先进行灌浆再插杆，但如果遇到开挖岩层深度不足的情况，则可能会调整施工顺序，先插杆再灌浆。此外，深层支护技术的应用同样需要引起重视。针对部分地质不稳定，容易受滑坡、地震及泥石流等地质灾害影响的区域，可采用铺设钢筋网的方式来提升边坡的牢固程度与稳定性，以免边坡因为地质灾害受到严重影响。铺网的关键在于使网和坡面之间不存在缝隙，确保钢筋网充分发挥作用。排水孔的设计比较关键，这是因为边坡在投入正常使用之后，会长期处于排水状态，如果排水孔的设计不合理，长时间的使用会对边坡质量造成影响，因此，需做好排水孔的质量控制工作。除了要对排水孔布局、位置及数量进行严格控制之外，还可在排水孔内部加入相关材料，提升排水孔整体的强度，以免发生坍塌。

结束语

水利水电工程在促进社会稳定发展的过程中发挥了重要作用，因此其相关施工技术也应得到承建单位、施工相关部门乃至整个社会的高度关注。只有在选择了正确开挖支护技术的前提下，才能有效保证水利水电工程边坡的安全性，为水利水电的工程质量提供可靠保障。

参考文献

[1]靳飞，张小辉.水利水电工程施工中边坡开挖支护技术的应用研究[J].居舍，2020（36）：33–34.

[2]罗红蔚.水利水电工程施工中边坡开挖支护技术的应用[J].吉林农业，2019（19）：69.

[3]田邦成.浅析在水利水电工程施工中边坡开挖支护技术及其有效的应用[J].建材与装饰，2019（27）：293–294.

[4]王加万.水利水电工程施工中边坡开挖支护技术的应用[J].甘肃科技纵横，2018，47（10）：59–61.