水電工程中高邊坡施工安全防護(hù)設(shè)計(jì)

朱子瑤 ZHU Zi-yao；王井磊 WANG Jing-lei

（中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都611130）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水電工程建設(shè)項(xiàng)目日漸增多。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，就必然會(huì)使施工單位為加快施工進(jìn)度而盲目地追求經(jīng)濟(jì)利益，導(dǎo)致水電工程項(xiàng)目出現(xiàn)了各種質(zhì)量問題，不但影響了工程進(jìn)度，而且耗費(fèi)了大量的資金。較為頻繁出現(xiàn)的是水電工程的邊坡坍塌事故。基于水電工程施工中的高邊坡問題已經(jīng)成為了普遍性問題，本論文著重研究高邊坡施工安全的防護(hù)設(shè)計(jì)以供參考。

1 工程概況

本工程為某省水電站，地處河口以下5～6公里的河段位置。作為水電站的樞紐工程施工項(xiàng)目，其主要的建筑物為一等工程，重要的組成部分為引水發(fā)電系統(tǒng)、礫石土心墻壩以及泄洪系統(tǒng)等?？傃b機(jī)容量為2500兆瓦。高邊坡施工項(xiàng)目中，邊坡開口線設(shè)計(jì)高程范圍1632米，開挖的最大高度為240米?；又ёo(hù)主要包括錨筋、預(yù)應(yīng)力錨索施工、錨桿以及噴混凝土噴戶和排水孔施工。在大壩頂部的邊坡上為預(yù)應(yīng)力錨索，混凝土板基礎(chǔ)面則是錨筋，錨桿分布在其他的部位。在大壩的頂部，混凝土噴護(hù)的厚度超過了14厘米，其以下的部分厚度不超過8厘米。排水孔的設(shè)計(jì)上，巖體較為破碎的部分放置了塑料盲溝。

2 水電工程邊坡防護(hù)的必要性

在水電工程施工中，對(duì)于邊坡實(shí)施必要的防護(hù)施工，特別是在施工中采用新的產(chǎn)品設(shè)備和新的工藝設(shè)計(jì)，可以降低工程資金的投入。與此同時(shí)，還能夠降低水電施工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。從具體的工程建設(shè)當(dāng)中分析邊坡防護(hù)的必要性看，則是由工程施工現(xiàn)場(chǎng)所在地理環(huán)境決定的。本工程所在邊坡山體高度為700米，坡度范圍局限在60°至85°之間。從坡面地形上來看，其三面臨空，坡面有山脊突出出來。整個(gè)的山體幾乎沒有植被，到處有巖石裸露，使山體的坡面上出現(xiàn)了不同程度的坡度拐點(diǎn)?？紤]到坡面上還會(huì)有隱藏的巖石，就要考慮到山體上部為表層會(huì)有掉塊，導(dǎo)致山體十分破碎。在工程施工之前，對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)地形勘察，發(fā)現(xiàn)在邊坡設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的開挖線上都有坡積體存在。開挖工程需要對(duì)于山體實(shí)施局部爆破，很容易在強(qiáng)烈的震動(dòng)作用到導(dǎo)致山體出現(xiàn)坍塌。那么，在工程邊坡設(shè)計(jì)上，規(guī)定的范圍內(nèi)做好安全防護(hù)工作是非常必要的。

3 水電工程邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)

通過對(duì)于水電工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，除了地形地貌以及氣候條件要有所了解之外，還探測(cè)出邊坡設(shè)計(jì)范圍內(nèi)存在著不穩(wěn)定性。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，存在不穩(wěn)定性的邊坡面積超過了28800平方米，在制定邊坡防護(hù)方案的時(shí)候，就要做到以防御為主，盡量減少擾動(dòng)。危石的處理上，可以采用輕撬的方法，然后對(duì)于邊坡上所存在的不穩(wěn)定坡面使用網(wǎng)面覆蓋。邊坡的上部使用主動(dòng)網(wǎng)覆蓋，下部設(shè)置被動(dòng)網(wǎng)。

3.1 邊坡施工主動(dòng)柔性安全防護(hù)設(shè)計(jì) 對(duì)于邊坡病害的防御是建立在“整體承載，局部受力”的基礎(chǔ)上的。在山體上選取危石，其質(zhì)量為1000千克，密度為2.6克/立方厘米，體積為0.37立方米。根據(jù)力學(xué)原理，危石在山體受到震動(dòng)后向下滾動(dòng)時(shí)會(huì)有靜摩擦力產(chǎn)生，其主要來源于山體作用于危石的阻力，同時(shí)鋼繩網(wǎng)在危石向下滾動(dòng)的過程中，也會(huì)產(chǎn)生一定程度的摩擦力。危石下滑的過程中，所受到的靜摩擦力可以用如下公式表示：

公式中的F是危石在山體受到震動(dòng)之后所受到的最大阻力。m是危石的質(zhì)量；μ1和μ2都是摩擦系數(shù)，前者為危石與山體摩擦的作用下所形成的靜摩擦系數(shù)；后者為危石與柔性鋼繩網(wǎng)相互摩擦摩擦系數(shù)。

鋼繩網(wǎng)會(huì)對(duì)危石產(chǎn)生法向的壓力，公式中用P表示。

邊坡施工中的主動(dòng)柔性安全防護(hù)設(shè)計(jì)要根據(jù)工程的實(shí)際情況制定。本段邊坡陡峭，山勢(shì)極其險(xiǎn)峻，對(duì)于表面的危石，只能夠部分清除。雖然在危石的清除上，采用大功率的空壓機(jī)或者潛孔鉆可以實(shí)現(xiàn)較深層次的危石清除，但是，山勢(shì)環(huán)境不允許人工作業(yè)，并且鉆孔的深度也很難保證。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察數(shù)據(jù)，對(duì)于主動(dòng)柔性安全防護(hù)設(shè)計(jì)方案的探討，可以采用混凝土灌注的方式，使用基礎(chǔ)與周邊形成一個(gè)整體。防護(hù)系統(tǒng)的上沿為超過2.5米深度的雙排式錨桿，堆積層則所采用的錨桿為2米長，符合抗拔力的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。此外，還需要根據(jù)環(huán)境特點(diǎn)選擇合適的鋼繩網(wǎng)。針對(duì)工程邊坡的復(fù)雜程度，此邊坡防護(hù)使用的鋼繩網(wǎng)要具有較高的強(qiáng)度并且密實(shí)，以防止由于山勢(shì)陡峭，山體破碎而導(dǎo)致邊坡過早損壞。

3.2 邊坡施工被動(dòng)柔性安全防護(hù)設(shè)計(jì)

3.2.1 被動(dòng)柔性安全防護(hù)系統(tǒng)的能級(jí)參數(shù)的計(jì)算 邊坡施工被動(dòng)柔性安全防護(hù)設(shè)計(jì)要對(duì)于系統(tǒng)的能級(jí)以及高度有所考慮。邊坡的環(huán)境狀況，坡度、高度以及危石的體積，都會(huì)對(duì)于被動(dòng)柔性防護(hù)安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有所影響。為了提高邊坡施工安全防護(hù)設(shè)計(jì)的保險(xiǎn)系數(shù)，還要將“子彈效應(yīng)”作為一項(xiàng)測(cè)算參數(shù)。相比較而言，越是處于邊坡高出的危石，其危險(xiǎn)系數(shù)就越高。設(shè)計(jì)的被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)與主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)之間要形成大約100米的落差。

選取質(zhì)量為500千克的危石，體積為0.25立方米，密度為2600千克/立方米。假定危石的落差為100米，處于58°山體坡度，針對(duì)于坡面的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.7。

此時(shí)，如果所選擇的被動(dòng)柔性安全防護(hù)系統(tǒng)的能級(jí)達(dá)到500千焦耳，就可以對(duì)于危石有效攔截。

3.2.2 被動(dòng)柔性安全防護(hù)系統(tǒng)的高度確定 被動(dòng)柔性安全防護(hù)系統(tǒng)高度的確定直接關(guān)乎到有效攔截，其與系統(tǒng)的能級(jí)毫無關(guān)系，但是，危石滾動(dòng)的過程中所彈跳的高度以及速度都會(huì)影響到柔性安全防護(hù)系統(tǒng)的攔截效果。為了避免危石在彈跳的時(shí)候會(huì)避開攔截系統(tǒng)，安全防護(hù)系統(tǒng)最好是安裝在靠近山頂?shù)男逼挛恢茫颂幍牡匦我教?，而且落石的?dòng)量以及落石彈跳的高度都要有所緩和。被動(dòng)柔性安全防護(hù)系統(tǒng)就被設(shè)置在危石彈跳起來之后所形成的拋物線起始點(diǎn)上。

4 水電工程高邊坡加固技術(shù)

水電工程建設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)所處地段往往環(huán)境較為復(fù)雜，無論是氣候環(huán)境以及地質(zhì)環(huán)境等等，都會(huì)在一定程度上影響到高邊坡施工的穩(wěn)定性。在水電工程建設(shè)中，為了防范邊坡嚴(yán)重變形，可以通過混凝土擋墻對(duì)于坡體的受力進(jìn)行局部性的改變，以達(dá)到受力平衡。在邊坡加固的過程中，要盡量保持開挖和錨固施工協(xié)調(diào)一致，為巖體施加預(yù)應(yīng)力的同時(shí)，還要確保邊坡的穩(wěn)定，以縮短錨索作業(yè)時(shí)間。鑒于邊坡加固施工中采用預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，不會(huì)受到會(huì)周圍環(huán)境的干擾，而且可以根據(jù)需要靈活便利地施工作業(yè)，因此而不會(huì)遭到嚴(yán)重的破壞。

5 結(jié)語

綜上所述，采用柔性防護(hù)網(wǎng)施工，往往會(huì)受到地勢(shì)的限制，特別是在山體陡峭的位置開展施工，由于車輛無法通行，機(jī)械設(shè)備不方便使用，就會(huì)導(dǎo)致施工難度加大。采用邊坡施工的主動(dòng)柔性安全防護(hù)設(shè)計(jì)和被動(dòng)柔性安全防護(hù)設(shè)計(jì)都能夠有效地阻止山體坍塌而有落石滾落下來，以起到邊坡防御的作用。實(shí)施必要的邊坡加固技術(shù)，則可以通過對(duì)巖體施加預(yù)應(yīng)力，以維持邊坡穩(wěn)定。

[1]佟大威.水電工程施工進(jìn)度與質(zhì)量實(shí)時(shí)控制研究[D].天津大學(xué)，2009.

[2]張世殊,徐光黎,宋勝武,楊建,陳衛(wèi)東,王建升,周波.水電工程環(huán)境邊坡概念及其工程地質(zhì)分類[J].水力發(fā)電，2012(08).

[3]宋勝武,徐光黎,張世殊.論水電工程邊坡分類[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012(01).