大坝基础高边坡开挖与监测技术探讨

张秀军 （安徽水利开发有限公司，安徽 蚌埠 233000）

1 工程案例

鹅公水库工程位于江津区白沙镇松林岗社区，所在河流是长江一级支流驴子溪支流宁滩河上游，坝址距江津城区公路里程约60km。工程坝址以上集雨面积为34.05km，水库正常蓄水位382.0m，设计洪水位382.00m，校核洪水位383.02m，总库容为1030万m，大坝为沥青混凝土心墙石渣坝，最大坝高65.5m。大坝基础开挖主要包括左右坝肩土石方开挖、坝基松散表层开挖、左右坝肩岩质边坡锚喷支护等内容。左右坝肩边坡开挖共分四级边坡。开口线位置距岩质边坡开挖底高程相差超50m，属高边坡施工。

高边坡开挖存在边坡垮塌、整体滑坡、危石掉落、高处坠落、物体打击等潜在危险性。施工过程中，将采取预裂爆破和控制性爆破、及时巡查排危、随开挖随支护、边坡开挖与边坡变形监测同步实施等积极有效地防范措施加以处理，从“人的不安全行为、物的不安全状态、环境的不安全因素”等多方面着手，将施工安全掌控在可控范围内。

2 施工条件

2.1 工程地质

下坝线河段顺直，左右岸各发育有宽缓的一级阶地，河谷剖面形态呈宽缓的对称“U”型，正常蓄水位382.0m时，河谷宽414.0m，宽高比为0.15：1。河床底宽20m～23m，河床标高324.1m～324.5m。右岸坝肩上方有冲沟，常年有流水。

河床及两岸地层为侏罗系上统蓬莱镇组第四段（J3p4）～第六段（J3p6）砂质泥岩和粉砂岩及砂岩不等厚互层。岩层倾向左岸偏上游，倾角4°～7°；无断层，主要发育两组节理。坝肩浅部岩体较破碎，中下部岩体较完整。

两岸坡上部大多为岩质边坡，无严重不良地质现象，自然边坡稳定性较好。建坝时，边坡开挖工作量较小，仅对岸坡局部表层覆盖层、松动强风化岩块和心墙分化层进行清挖处理，坡高较小，对岸坡扰动不大，边坡稳定较好。

2.2 水文气象

鹅公水库位于驴子溪支流宁滩河上游。驴子溪源于江津区中山镇的辽叶湾，流经毗罗、永兴、鹅公、在白沙镇汇入长江。驴子溪流域面积240km，河长24km，多年平均流量4.50m/s，年均径流总量1.42亿m。

江津属亚热带湿润季风气候区，四季分明，气候温和。

3 施工要求

质量要求：严格按照设计图纸、技术规范、合同条款及施工工序要求施工，落实生产质量监管主体，推行质量终身责任制，以单元工程一次合格率100%为目标，杜绝返工。质量标准要求见4.5章节。

安全要求：坚持“安全第一、预防为主、综合治理”原则，以“零死亡、零重伤”为管理目标，严格执行国家、主管部门颁布的规章制度，严格贯彻执行“安全生产责任制”，将项目安全工作作为首要任务来抓。“无安全，不生产”，安全措施不落实，坚决不施工，从源头上控制安全隐患。

4 施工工艺技术

4.1 测量及放样

明挖施工过程中，每开挖一个台阶，应沿开挖轮廓，测绘平、剖面图和主要点的高程，作为爆破设计、竣工资料和计算工程量的依据。

4.2 边坡、坝基及断层槽开挖

必须坚持自上而下，逐高程分层开挖，不得采用逆坡开挖。同一区段内的开挖宜平行下降，若不能平行下挖时，相邻区段的高差不宜大于5m。土质边坡分级开挖高度不大于10m，土质边坡分级开挖高度不大于15m。

坝基开挖采用钻孔梯段爆破法。爆破梯段的高度根据爆破试验成果、施工器械性能及开挖区布置等因素确定，一般地，钻孔爆破的梯段高度不宜超过5m。同一区段的开挖应平行下降，如不能平行下挖时，相邻区段高差不应超过10m。邻近建基面设计高程的开挖应预留岩体保护层，其厚度应由现场爆破试验确定，且最小厚度不小于1.5m。在梯段爆破之前，应先对建基面进行预裂爆破，并采取减震措施。覆盖层开挖，宜分层开挖，掌子面高不宜大于8m，覆盖层坡脚线，在稳定情况下，应远离岩基放样轮廓线不小于2m。

5 大坝开挖施工安全监测监控

5.1 监测目的

边坡稳定涉及到地质条件、岩土体力学性质、区域水文气象及施工控制措施等一系列因素，仅凭理论分析很难把握其稳定状态。为更直观、更科学掌握边坡动向，必须建立边坡稳定监测体系。通过对监测体系采集数据的综合分析，判断岩、土质边坡安全稳定情况。因此，高边坡安全监控的主要目的：

①通过对边坡的变形监测，判断边坡稳定状态、滑动可能性及趋势，以此评判施工对边坡稳定性的影响，提供预警信息，避免安全事故发生，确保施工任务正常推进；

②通过对边坡位移、变形的监测，优化调整边坡施工工艺和支护方式，以需求经济合理、科学实用的支护措施，指导现场施工；

③通过对边坡位移、变形的监测，及时掌握影响边坡安全稳定的因素，以便施工过程中针对不同影响因素制定不同应对方案；

④通过对边坡位移、变形的监测，结合现场环境、地质条件，积累相关数据，为后续类似条件的工程施工提供科学依据和技术保障；

⑤通过对边坡位移、变形的监测，为边坡安全稳定性评价提供基础数据。

5.2 监测内容

高边坡开挖监测的主要内容包括边坡变形位移、地面裂缝发展趋势。

边坡变形位移监测主要仪器为全站仪。地面裂缝发展趋势监测主要仪器为钢卷尺和游标卡尺。

5.3 监测方法

5.3.1 边坡变形位移监测

①测点布置

边坡开口位置，沿边坡坡顶间隔20m左右均匀布置监测点，拐点处应布置测点。各级马道，沿马道内侧，即坡脚间隔20m左右均匀布置监测点，拐点处应布置测点。测点布置避免在松动土层或岩石上布置，对有可能形成滑坡、重点部位应加强监测。可疑点的测点定位桩应加深、加密布置。

②测桩埋设

对土质边坡，在测点位置开挖一个10cm ×10cm ×30cm(长×宽×深)土坑，现浇C20混凝土与地面齐平。在混凝土中心插入Φ6光圆钢筋，钢筋头高出混凝土表面约2mm，以此作为每次监测测量的基点。岩质边坡，直接用冲击钻凿孔，埋入Φ6光圆钢筋，并用砂浆锚固牢固，作为测点。

③测量仪器

配备精度≤1unit的高精度全站仪一台。

④监测频次

观测点埋设完毕后，待混凝土3d凝期后即可开始监测测量。测量周期持续至边坡开挖支护完成，再延续测试半个月即结束。期间根据季节变化确定监测频次。

⑤数据采集

在能通视的固定位置架设全站仪，利用全站仪测量采取各观测点数据。通过每次采集的数据，绘制位移变形曲线，以此分析坡面变形位移变化情况，推断边坡滑移情况，提供预警信息。

5.3.2 地面裂缝发展趋势监测

地面裂缝发展趋势监测主要采用人工巡视、量测的方式进行。

①监点设置

主要设置在人眼能观察到的裂缝两边，在裂缝两边制作量测桩，作为每次量测的基准。

②测点制作

对于土体裂缝，制作测点时，在裂缝两边稳定土体内凿一个20 cm×10cm×30cm(长×宽×深)坑，用C20混凝土浇筑至与地面齐平，在两个混凝土桩内各埋设一块宽2cm、厚5mm的铁片，并使两块铁片在裂缝处搭接长5cm，在搭接处中部用红色线条笔画一条直线，通过观测、量测红线是否错位及错位距离来判断裂缝张开变化。

③量测仪器

鉴于裂缝变形通常比较细小、缓慢，为提高监测精度和监测可靠度，多采用游标卡尺量测，若发现裂缝变形较大，改用钢卷尺量测。

④量测方法

项目部派专人观测、量测，并做好记录。每次测量将游标卡尺对准测量基准红线量测数据，记录数据。量测频次同边坡变形位移频次。

在裂缝处设裂缝观测装置，通过观测裂缝变化过程和变化规律来分析坡面变形情况，结合全站仪测量数据分析边坡变形位移情况。

5.3.3 预警标准

边坡稳定性评价主要根据以下几点进行综合评判：

①最大位移速率小于2mm/d；②位移变化呈收敛趋势；

③坡面、坡顶无新增裂缝，已有裂缝无明显张大；

④位移—时间曲线无明显拐点。

若位移、裂缝发展变化为上述四点所述，则基本可以判断边坡稳定。否则，判断为有失稳趋势，应加强监测防护。

5.3.4 监测信息反馈机制

当监测变形位移数据明显变大、表层裂缝发生明显张开时，立即汇报，采取处理措施。

6 检查验收

开挖质量验收由业主组织实施。大坝基础属永久隐蔽工程，检查验收应以不阻碍后续施工任务的有序推进为原则。

开挖工程验收执行《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》(DL/5389-2007)的相关规定。

锚喷支护工程验收执行《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB 50086-2015)和《水利水电工程锚喷支护施工规范》(SL 377-2007)的相关规定。