受限空间高边坡土料场开采施工方法

兰 欢

（山西省水利建筑工程局集团有限公司 山西太原 030006）

1 工程概况

偏关县马家山水库位于偏关县老营镇方城村东北约1.2 km 处的教儿墕沟道内，总库容为172 万m3。枢纽主要建筑由主坝、副坝、泄洪道（库区以外的排洪设施）、进水出水建筑物、输水管线和泵站等组成。该水库为围封式水库，属小（1）型水库，工程等别为Ⅳ等。主、副坝筑坝材料采用外调土，土方量约25 万m3。

本工程所选土料场位于教儿墕沟的右岸、冯家窑村西北部的荒坡，取土场征地面积约62 000 m2，土方储量约40 万m3，满足工程使用。开采土料主要用于主、副坝坝体的填筑；土料场至主坝运距6.3 km，至副坝运距5.2 km；土料场施工内容主要包括土料场进场道路的修筑、土料开挖、边坡修整、复垦作业等。

土料场位于山坡侧，因受林地界限影响，土场空间位置狭窄，取土层高程1 350～1 407 m，高度达57 m左右，下部面积约4 750 m2，上部面积约567 m2。土料场至库区道路为Y001 乡道，紧邻教儿墕沟，沟内河道平缓，村民平时作为机耕路使用，为防止运土重型车辆对Y001 乡道造成破环，沿教儿墕沟进行修整作为施工道路使用。土料场周边无高压线路及地下管线、风力发电等构筑物，根据林地勘界图，周边均为国家二级公益林。

2 施工方法

2.1 施工要求

根据现场高边坡开挖高度，结合施工经验采用分区、分层开挖的方法，施工中临时边坡控制在1∶1.1，层间预留临时平台，平台宽度为10 m 以上，以保证开挖机械的工作半径及安全距离。

土方开挖顺序：在临近施工道路一侧开挖，逐区推进至开挖征地边线，开挖顺序依次为1、2、3、4…16（见图1）。自上而下按区依次取土，便于土体应力均匀释放，减少土料含水率损失，从而保证了高边坡的安全。其主要原理是利用土体本身的控制位移潜力，采用立面分区开挖的方式，分层开挖倒运至装车平台，减少内层土体外漏的时间，使土料含水量不至降低过快，减小高边坡的位移和变形。注意加强过程监测，发现超过允许范围，及时调整开挖方法。

图1 马家山土料场分区、分层开挖立面示意图

2.2 施工工艺

根据开挖示意图，按照自上而下、分区、分层顺序进行，工艺流程为：测量放线→场地清理→土方开挖→复垦作业。

1）测量放线

在高边坡土方开挖之前，先进行测量放线，根据测量放线结果在开口线上作明显标志，便于人员指挥及机械作业。

2）场地清理

顶部土料开采前，按照测量放样线进行覆盖层的清理。清理后的覆盖层推运成堆，用装载机就近倒运至道路两侧并加以覆盖，以减少渣场堆放对土地的占用及对周围环境的破环。

3）土方开挖

（1）开挖准备

①土料场高边坡开挖前，利用石渣料修筑双向车道。道路纵坡不宜大于8%，个别路段短距离地段最大纵坡不得超过15%；路面宽度不小于施工车辆宽度的1.5 倍，且双车道路面宽度不宜窄于7 m，并在可视范围内设会车位置。在急弯、陡坡等危急路段设有相应的警示标志、标牌及安全防护措施。

②高边坡开挖施工前，沿开口线周边设置警戒线，防止外来人员进入施工区域。

③沿开挖上开口线布置变形观测点，并记录原始数据备案，为后期观测数据对比提供依据。

（2）开挖方法

本工程因土料场位于山坡侧，土场空间位置狭窄，且底部与顶部高差达59.87 m，修筑上山道路坡度达45°左右，重型车辆无法上行；因土料场上部区域过小，局部宽度仅15.5～26.7 m，施工机械及车辆无法掉转。上述条件使得自上而下平面分层开挖取土的条件无法实现，高程1 389 m 以上土方挖机需经2 次或3 次倒运至装车平台才能装车拉运。

依据现场地形，在满足车辆安全上行且具备掉头回转的情况下，根据取土高程进行了竖向划分。在土料场高程1 366.0 m 处修筑施工平台，使道路坡度在15°左右，采用2.0 m3反铲挖机自上而下、立面分区分层开挖进行倒运，逐层倒运至1 366.0 m 高程处平台，然后装车拉运至施工现场。每层开挖厚度为2.5～3 m，每2.5～3 m 高进行一次修坡，精削至设计边坡。按此方案实施，既能满足安全的需要，又能最大化的实现分层开挖、直接装车，同时减少上部土料倒运次数。经实测土料场开挖断面，高程1 377.5.0～1 389.0 m 间土方需倒运1 次，倒运土方量约42 237 m3；高程1 389.0～1 400.5m 间土方需经2 次倒运，倒运土方量约33 478m3；高程1 400.5 以上土方需经3 次以上倒运，倒运土方量约12 953 m3。土料场顶部及边坡植被清理后全部堆放至临时道路两侧并覆盖保护，取土工作完成后进行恢复，开挖合格土料装20 t 自卸汽车运至坝区填筑。

4）复垦工作

取土场复垦恢复时应考虑到3 个方面：（1） 恢复后应与周边的地势相协调。（2）土料开采下降时预留永久边坡采取1∶1 的坡比，自上而下高度每下降8 m 预留一处2 m 宽的永久性马道，复垦时边坡及马道采取种植柠条等植被措施以确保边坡的稳定性。（3）开挖后底部高程1 350 m 的平缓土地可用于农作物耕种。

因土方开挖中造成村民上山道路的损毁，开挖过程中应注意进行连接，复垦作业根据周边的地形，凸出地段略加平整以便于衔接山体，保持地貌连续性。表层回填采用开挖清除的表土，回填种植土厚度50 cm。然后修筑防洪排水设施，并与水系相结合，以防止水土流失。

3 技术措施

1）机械伤害预防措施

为防止机械伤害，保证作业人员的安全，机械进场后，设备管理员、安全员和机械操作员一起进行机械设备验收，使用前进行交底和培训教育工作，要求操作员严格按照安全交底及操作规程执行，使用过程中做到按时对设备进行维修保养。边坡开挖过程中，操作人员之间要保持大于2.5 m 安全距离；两台挖机开挖时，挖机间距应大于10 m。挖土要自上而下，逐层进行，严禁先挖坡脚的危险作业。

2）坍塌和滑坡预防措施

施工过程中全程监控，尤其在雨后施工时，先观测，后分析、评价，最后在确保安全的前提下进行施工。

严格按照分区、分层的方式，避免为减少土料倒运而采取下部超挖过深的情况。

3）防洪安全的防护措施

开挖前，做好高边坡内外的防洪工作，首先在高边坡上部设置一道横向截水沟引流至两侧纵向排水沟，高边坡内的雨水在马道上开挖出一条沟槽汇集引至纵向排水沟，最终通过沟底预留的河槽将水引流到教儿墕沟河道内。

对于土料场上游的防洪排水，利用原河槽内的沟槽泄洪，注意开挖过程中保持河槽内行洪断面不减小，避免土料堵塞影响泄洪。

4 结语

在施工空间受限的马家山水库高边坡土料场取土施工中，根据现场地形并结合以往经验，制定了分区、分层、自上而下、逐次倒运的取土方式，施工中确保了机械及作业人员的安全，施工完成后对坡面栽种了柠条等护坡植被，坡面相对稳定，排水畅通，避免了水土流失等现象。本文介绍的施工方法可供类似工程借鉴。