水利水电工程边坡开挖与支护施工技术研究

李敏

(中国安能集团第三工程局有限公司,四川 成都 610000)

0 引言

近年来，水利水电工程建设项目明显增多。水利水电工程与社会发展以及人们日常生活紧密相关，是利国利民的重要建设项目。和其他工程项目相比，水利水电工程存在建设环境复杂的特征，尤其是地质结构复杂地区的边坡问题，常常成为施工过程中的重难点问题。为确保施工安全，防范滑坡及岩层塌陷等风险，水利水电工程要结合地质情况，选择合理的开挖和支护施工技术，以强化边坡稳定性。本次研究结合某水利水电工程实例开展边坡开挖和支护施工技术研究，以期作为施工参考。

1 工程概况

某水利水电工程项目位于四川省阿坝藏族羌族自治州境内。该地区平均海拔3200m，边坡宽120m，高80m。通过地质勘察可知，该工程项目的地质条件不佳，区域内断层发育，还存在许多细小裂缝。表面土体覆盖层为IV级含卵石粘土，厚度15m，易受边坡开挖干扰。工程项目所在地区地形陡峭，坡度50°～70°，施工难度极大。

2 边坡开挖与支护施工的重要性及要求

2.1 边坡开挖与支护施工的重要性

水利水电工程受到水流、地形地质、水文、气象条件的影响较大，加之施工组织复杂，涉及部门多（如防洪、航运、灌溉）、临时辅助设施多，并且存在较大施工安全隐患，施工质量备受关注。边坡开挖与支护是该类工程施工的重要环节，如果施工技术不当或者施工水平较低，可能会降低施工质量，甚至影响工程项目的安全。边坡开挖与支护施工不仅能够确保施工顺利进行，保障工程施工质量；还能强化工程结构，避免后续出现裂缝、渗水、坍塌等风险，确保工程项目的安全。

2.2 边坡开挖与支护施工的要求

（1）边坡开挖要求：自上而下分层式开挖，每层土方挖掘形成三个施工区域（长约30cm，宽20cm），从内向外推进[1]。

（2）边坡支护要求：挖掘结束后支护施工，同样自上而下分层操作，先完成浅层支护，再进行深层支护，支护间隔≥15cm。支护施工要按顺序操作，分别涵盖混凝土覆盖，边坡锚杆束支护，构建排水系统，以保障边坡排水顺利，最后安置变偶锚索。

3 边坡开挖与支护施工技术

3.1 施工准备

该工程边坡的坡度高，采取开挖与支护施工技术难度大，再加之存在交叉施工及当地地质条件限制，易影响施工质量。施工前全面落实准备工作：

（1）仔细勘察工程项目周围环境，明确地质状况及当地水文情况和气候条件，制定科学的施工方案；

（2）准备施工材料，铺设施工道路避免延误工期；

（3）组织施工技术人员培训，审核施工图纸及资料，检查水源、电源基础设备，明确高程放线施工；

（4）清理施工现场杂物，完善供水供电系统，落实现场排水设计；

（5）检查施工设备性能，如钻孔设备等。

3.2 边坡开挖施工技术

3.2.1 安全监测技术

工程所处地区地质条件特殊，边坡较高，开挖时需及时监测开挖面变形情况，全面开展安全监测工作。监测数据稳定可持续施工，监测有异常要先对边坡进行加固（可采用预应力锚索、混凝土抗滑桩）。以利用预应力锚索加固为例，要提前确保边坡刚度达标，注意锚索长度不宜过大。该工程施工中需要爆破施工，要结合爆破衰减规律（PDF）监测边坡稳定性，为边坡开挖施工提供理论指导。

3.2.2 边坡清理技术

边坡开挖前要全面清理边坡周围，清除现场的各类杂物、植被等。清理过程中尤其注意各类地下管线的走向分布，避免不慎破坏管线。将岩石表面全面暴露后，为后续土石方的开挖奠定基础。

3.2.3 土质边坡及覆盖层开挖技术

利用反铲开挖边坡厚层土方、覆盖层，利用自卸车将其运输到指定场地。开挖时要自上而下，分层式开挖，分层高度3～4m。薄层利用推土机集渣输送到弃渣场，孤石则将其炸裂挖掉。临近施工设计方案规格的土质边坡，可利用小型反铲开挖，并预留50m用人工完成，以满足施工设计要求。

3.2.4 土石方开挖技术

土石方开挖是该工程关键施工环节。工程所在地区的年均降水量712mm，雨季降水集中，占全年86%。为避免施工期间遭受外界雨水影响，要提前在上坡位置设计好节水、排水设施，并联合工程项目实际选择适当的开挖技术方案。

（1）机械开挖技术：利用液压钻、潜孔钻、手风钻等设备分层次进行挖掘，保障岩体结构的稳定性；开挖后用自卸车收集废料、岩渣，并沿指定路线放置在弃渣场。根据开挖范围和岩石坚硬程度选择是否采取预裂爆破技术，过程中注意控制钻孔距离（通常间距50cm，深度≤50cm），保障施工人员安全。岩体厚度控制在5m，能降低后续施工难度[2]。

（2）人工开挖技术：人工负责修坡，形成一定坡度有利于排水，还能避免超挖、欠挖。土石方开挖环节结束后要全面检测，严格按照施工技术方案确定开挖量。

3.2.5 预裂爆破技术

该工程边坡采取预裂爆破技术，根据施工量选择安全有效方案，并严格控制爆破相关参数。主爆孔、缓冲孔直径均约80mm，选择用液压钻钻孔；预裂孔直径100mm，使用潜孔钻，且排距1.5m，钻孔深度也要合理，要根据设计的坡比和超深以及台阶高度确定，按照公式L＝（H+h）/sinα来计算。合理选择爆破中的炸药，设置装药结构和线装药的密度，并构建完善的起爆网络。要求执行爆破的技术人员具备专业水平，并且爆破经验丰富，提前接受培训考核，以全面保障工程及人员安全。

3.3 边坡支护施工技术

3.3.1 喷射混凝土技术

为顺利进行喷射混凝土作业，提前落实工程边坡准备工作，拆除作业面障碍物。作业区照明充足通风良好，且机械设备、输料管路、电气线路均检查合格。结合该工程项目特点及试验确定速凝剂和其他外加剂的掺量。同时需注意以下施工要点：

（1）正确使用喷射机，严格按操作规程，连续均匀供料，维持风压稳定；

（2）喷射混凝土层工作面不发生“初凝”，严格控制工作面周围的温度[3]；

（3）喷头在工作面上进行稳定均匀的圆形（或椭圆）轨迹运动，避免朝某个部位喷射较长时间，以免增加回弹难以把控厚度；喷射时要分区域按顺序进行，以保障支护效果并便于质量管理；喷射从上到下，以免回弹物料污染待喷面；

（4）处理结构间接缝避免漏喷；

（5）喷射面要平整，满足设计要求，可通过控制材料、水灰比、喷射速度、喷射距离、技术熟练度实现。

3.3.2 锚杆支护技术

考虑该工程所在环境降雨量、水流量均较大，易导致边坡加固工程区域的土质紧实度不足发生滑坡风险，经施工技术人员勘察后认为可采取锚杆支护技术。

（1）明确施工要求。施工材料、设备、细节均按设计方案进行准备，钻头直径要超出锚杆孔径15mm，浆液现配现用；注浆后安装并及时装上锚垫板，封口严密。

（2）根据锚杆规格及材质选择相应钢筋材料，选择高强度硅酸盐水泥，中细砂且直径＜2.5mm。

（3）选择气腿式风钻钻孔，操作时锚杆的孔轴与开挖坡面垂直；钻孔力度加强时要注意滑动面倾向相反，并确保交角＞45°，随后注浆。注浆前清理锚杆孔，并按标准配置浆液后缓慢灌注。

（4）插入锚杆，加封孔口及固定。

（5）三天内避免触碰、敲击锚杆，现场进行严格管理。

3.3.3 钢筋网铺设技术

（1）施工前设计钢筋网布置点位和连接方式，装置加强型钢筋网；

（2）考虑钢筋网络铺设的规格、面积问题，避免受自然因素影响出现安全问题；

（3）铺设后喷淋混凝土加固，排出支护结构废水；喷射前检查材料和设备的连接性，清理坡面的粉尘，将喷射的厚度控制在0.1m内；

（4）落实通风通气管道布设。

3.3.4 钻孔灌注桩技术

（1）开钻成孔：施工前确定桩基参数、地质岩层松合度，控制桩体下沉位置及速度；

（2）清孔：将筒底沉渣清理完毕；

（3）钢筋笼新技术：融合该技术能从力学的角度出发提升灌注桩稳定性。整个过程中注意钢筋笼的设计、制作、荷载，确保质量达标；

（4）埋设护筒：护筒顶设置吊环，埋设前用交叉法保护桩位，确认无误后钻机就位；

（5）浇灌混凝土，严格把控混凝土配置比例；

（6）制作钻孔泥浆：泥浆主要由膨润土、水、添加剂组成，结合该工程地质水文来控制抽密度；

（7）钻孔中随时检查孔径、孔深、垂直度等参数。

3.3.5 预应力锚索支护技术

（1）钻孔固壁：钻孔过程中分析工程地质情况。因钻孔成孔较难，可利用C30水泥浆和M30砂浆处理固壁，利用Ф25镀锌管连接处理端，定量灌入后前后移动该管道促使浆液扩散。

（2）制作锚索：用1860Mpa的高强度低松弛预应力钢绞线制作，结合每个孔的长度多1.0m，并用砂轮机切割下料。每束含7根钢绞线，且钢绞线精准整齐长短一致；编索场地干净整洁，将注浆管、出气管等现场设施逐一编号。安装前充气检查，在锚索前段焊接导向帽。

（3）内锚段灌浆：注浆时要考虑到设计方案上的理论量，也要结合实际的岩层缝隙，确定注浆锚固段注满后进行3min保压，增加密实性。注浆压力控制在0.3～0.5MPa间，砂浆强度控制在M30，注浆后在孔口钢套管上安装导向管[4]。

（4）锚索张拉。确保注浆体和框格梁混凝土满足强度，用张拉设备来将钢绞线拉至荷载并锁定。

3.3.6 固结灌浆技术

固结灌浆技术的应用能有效消除及改进工程地基缺陷，确保地基更加稳固，防渗能力更强。利用钻孔机钻孔，从钻孔的深度、孔径、倾斜角度等检测钻孔质量，而后再进行固结灌浆。

（1）分段灌浆：自上而下，分段钻进灌浆；当达到预定深度时即可。优点是钻进成本低，缺点是需冲洗孔，易造成浆液回流浪费。

（2）止浆塞灌浆。由孔底逐段向上灌浆，用止浆塞分开孔段灌注。

（3）循环灌浆（双管灌浆）。将进浆管和泵管连接注浆，优点是大小孔隙都能灌注，缺点是成本相对较高。

4 边坡开挖与支护施工质量控制

4.1 完善基础准备工作

为保障工程边坡开挖预支护施工质量，要完善多项基础准备工作。首先，严格落实技术交底，根据施工安全、质量、进度多个维度进行衡量，防范施工中可能存在的风险；施工过程中执行管理规定，详细告知施工技术人员注意事项，并落实培训考核，引导人员注重风险防范。其次，完善规划方案。根据工程所在的岩土特征、地质因素等制定行之有效的方案，制定紧急预案，全面保障开挖与支护工程顺利进行。最后，施工中尤其注意辨别和处理边坡不良结构。结构稳定性差易会加大崩塌风险，危害极大；爆破后要及时检查并清理松动的岩石块，安排专业地质工程师在现场监督，提出针对性的支护措施。

4.2 强化安全监测工作

工程边坡开挖预支护施工过程中要落实严密的振动监测，主要是分析爆破质点的振动速度。利用钻孔对爆破前后的声波变化进行判定，分析是否对边坡稳定性产生明显的影响。监测中使用专业技术设备，如爆破振动仪、振动分析系统等，并合理布设监测点，收集爆破振动规律，整合数据分析，为该工程边坡开挖与支护施工提供可靠参数。

5 结束语

综上所述，水利水电工程边坡施工具有技术难度高、影响因素多、危险性大等特点。边坡开挖与支护施工技术的广泛应用，可以为边坡工程的顺利和安全施工提供保障。本文分析了边坡开挖与支护施工技术，提出要从完善基础准备工作和强化安全监测工作方面确保施工质量，最终确保边坡开挖与支护施工技术能够最大化地发挥优势，保障施工质量。