水電站高邊坡開挖支護施工探討

劉振山

【摘要】本文主要對水電站高邊坡開挖支護施工進行探討，結(jié)合高邊坡開挖施工的生產(chǎn)經(jīng)驗，分析高邊坡支護形式，在簡單介紹造成邊坡失穩(wěn)的幾種原因后，敘述了目前常用的支護形式，對邊坡開挖支護施工原則進行闡述，最后介紹了邊坡開挖支護的施工方法，供類似施工工程參考。

【關(guān)鍵詞】高邊坡；水電站；支護設(shè)計；邊坡開挖

1、引言

隨著對水資源的不斷開發(fā)，新建水電站逐漸向高山區(qū)進行轉(zhuǎn)移，隨著施工技術(shù)的提高，水電站高邊坡施工不再是阻礙施工的難題。老撾南塔河1#水電站工程是一座以發(fā)電為主的水電樞紐，電站正常蓄水位EL455.00m，相應(yīng)庫容為17.55億m3，可能最大洪水位（PMF）為EL458.97m，相應(yīng)庫容為19.6753億m3，水電站裝機容量為168MW，溢洪道工程布置在壩肩左岸邊坡，最低高程EL414.18m，最高高程EL605m，邊坡總高為190.82m，南塔河1#水電站工程等級為Ⅰ等工程。

2、高邊坡的支護設(shè)計分析

2.1邊坡變形失穩(wěn)機制

根據(jù)巖土類型的不同可以分為均質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡，均質(zhì)邊坡變形破壞形式有似平面滑動和圓弧面滑動，影響似平面滑動穩(wěn)定的主要因素是接觸面的抗剪強度和起伏情況，可能在較厚覆蓋層開挖邊坡與原始邊坡近平行的地方產(chǎn)生。影響圓弧面滑動穩(wěn)定的主要因素是巖土物質(zhì)的組成情況，可能在全風(fēng)化、土質(zhì)和強化巖質(zhì)邊坡的地方產(chǎn)生。巖質(zhì)邊坡變形破壞形式有平面滑動和擴展式平面滑動、傾倒型崩塌、滑移型崩塌和鍥形體滑動。影響平面滑動穩(wěn)定的主要因素是軟弱面的組成物質(zhì)和強度，可能在中緩傾角結(jié)構(gòu)面發(fā)育的地方產(chǎn)生。影響擴展式平面滑動的主要因素是結(jié)構(gòu)面的延伸情況、水和地震的影響，可能在處于強風(fēng)化和強卸荷帶中的地方產(chǎn)生。影響傾倒型崩塌的主要因素是臨時性或周期性作用的裂隙水壓、地震和爆破產(chǎn)生的震動力等，可能在與結(jié)構(gòu)面方向相近的陡開挖的地方產(chǎn)生。影響滑移型崩塌的主要因素是水的作用、地震影響和結(jié)構(gòu)面形狀，可能在中緩傾角結(jié)構(gòu)面和邊坡走向近平行的地方產(chǎn)生。影響鍥形體滑動的主要因素是結(jié)構(gòu)面的組成和強度，在各部位都可能隨機產(chǎn)生，但是發(fā)生的規(guī)模比較小。

2.2邊坡支護的類型

由于各種邊坡破壞形式不同，邊坡支護所發(fā)揮的作用也不同，邊坡支護的種類有淺層支護和深層支護。淺層支護類型主要有掛網(wǎng)噴混凝土、混凝土網(wǎng)格梁、排水孔和砂漿錨桿等，錨噴支護設(shè)計的原理是將錨桿、混凝土噴射和圍巖形成一個共同的承載結(jié)構(gòu)，可以有效的限制圍巖的變形，從而控制調(diào)整圍巖的應(yīng)力分布，避免巖體松動發(fā)生墜落現(xiàn)象。另外及時采用混凝土噴射的方式對開挖露出表面的部分進行封閉，可以有效的防止巖石近一步的風(fēng)化。排水孔的設(shè)置是將邊坡巖體內(nèi)的水排出，這樣可以減小巖體內(nèi)的水壓力。混凝土網(wǎng)格梁主要在土質(zhì)邊坡中使用，主要在混凝土網(wǎng)格梁的內(nèi)部種植草木進行護坡，以此達到穩(wěn)定邊坡的目的。深層支護的形式主要有預(yù)應(yīng)力錨索、固結(jié)灌漿和預(yù)應(yīng)力深孔錨桿，錨桿施工和預(yù)應(yīng)力錨索的本質(zhì)是通過錨索的作用對被加固的巖體提供預(yù)應(yīng)力作用，這樣可以有效的防止巖體向有害變形方向發(fā)展，可以明顯改善圍巖的應(yīng)力，提高圍巖自身的承載能力，這種支護比較實用于邊坡深層潛在的滑移面，固結(jié)灌漿主要針對比較破碎的邊坡，用于對巖石縫隙進行填充，增強邊坡巖體的整體性，達到邊坡穩(wěn)定的目的。

3、邊坡開挖支護施工總原則

3.1采取邊坡開口“先清、后錨、再開挖”的原則

在進行邊坡開口前，首先要進行清坡和一些基本安全處理，主要有撬挖、錨固、砌石、網(wǎng)蓋防護和索栓等，在進行邊坡開口以及馬道以下降層時首先要進行錨筋樁支護和錨桿的鎖口工作，以此來保證邊坡開挖時坡頂?shù)姆€(wěn)定性。

3.2按照“治坡先治水”的原則，協(xié)調(diào)好邊坡開挖和排水的關(guān)系

為了保證邊坡開挖過程中的施工安全和邊坡的穩(wěn)定性，進行開工后，要及時對開口線周邊進行清坡和安全處理，并且要開挖截水溝。在邊坡開挖過程中，要及時探明地下水出露情況，根據(jù)實際情況及時鉆探系統(tǒng)排水孔和隨機排水孔，盡早形成馬道排水溝和地表排水系統(tǒng)，利用各種防治措施來避免發(fā)生邊坡內(nèi)滲的情況，這樣可以有效降低邊坡巖體裂隙的水壓力，來達到邊坡穩(wěn)定的目的。

3.3要嚴格控制爆破，保證邊坡成型的質(zhì)量，采取有效措施控制爆破震動

所有的邊坡在進行作業(yè)前都要進行預(yù)裂爆破，開挖的梯段高度要控制在10m以內(nèi)，鉆爆孔的直徑要在110mm以內(nèi)，根據(jù)不同部位控制單響的藥量，在進行爆破時盡量減少由于爆破震動對邊坡的擾動，確保邊坡的穩(wěn)定性。

3.4采用“自上而下、逐層開挖和逐層支護”的原則進行開挖支護

各個部位要采取自上而下、分層開挖的形式，在進行開挖邊坡支護時要逐層進行，每開挖到一個馬道高程后，先對馬道的鎖口錨筋樁進行施工，然后在監(jiān)理人同意的前提下進行下一層的開挖。

3.5采用“分區(qū)分層、由外向內(nèi)和梯次施工”的原則，實現(xiàn)開挖支護的流水作業(yè)

總體要按照“平面多工序和立體多層次”的原則進行施工，平面上要按照分區(qū)、分段多工序的平行作業(yè)，這樣可以減少邊坡揭露的面積和時間，可以實現(xiàn)快速支護，立面上根據(jù)爆破梯度和馬道段自上而下的原則，實現(xiàn)覆蓋層剝離、梯段鉆爆和出渣、隨機排水孔和隨機錨桿、系統(tǒng)錨桿和錨索鉆孔的安裝、掛網(wǎng)噴混凝土、系統(tǒng)排水孔和錨索張拉的多層次流水作業(yè)，協(xié)調(diào)邊坡開挖和支護的進行。

4、邊坡開挖支護施工方法

4.1土質(zhì)邊坡和覆蓋層的開挖

厚層土方和覆蓋層采用反鏟的形式，直接挖裝到自卸車上，利用運輸車輛將土方運送到指定渣場，薄層土方利用推土機形式進行集渣，利用裝載機將土方運送至棄渣場。采用自上而下分層開采，開挖時要超前開挖，分層的高度按照3-4m進行控制，孤石采用小型手風(fēng)鉆淺孔進行炸裂挖除靠近設(shè)計規(guī)格線的土質(zhì)邊坡和底板區(qū)，利用小型反鏟進行開挖，預(yù)留出50cm，然后人工進行修整，最后修整到滿足施工圖紙要求的平整度和坡度。

4.2石方明挖

石方明挖利用自上而下的開采工序，分層梯段進行爆破開挖，分層時要結(jié)合馬道進行，最大分層高度要不大于10m，邊坡的坡頂部按照2-3層的淺孔梯段爆破開挖，為了保證開挖后巖石的完整性以及開挖的平整度，在進行邊坡設(shè)計時，要優(yōu)先采用預(yù)爆破的形式，在邊坡馬道和底板處預(yù)留出2-3m的保護層，利用淺孔梯段爆破的方式進行開挖，輪廓線進行設(shè)計時采用水平預(yù)裂形式。

4.3邊坡施工方法

邊坡支護施工的工序為開挖結(jié)束→進行邊坡處理→施工隨機錨桿和隨機排水孔→進行系統(tǒng)錨噴支護和排水孔的施工→錨索施工→驗收。形成開挖邊坡后，現(xiàn)場技術(shù)人員要進行全面檢查，在上報監(jiān)理人的同時，要采用隨機錨桿的支護方式，對不穩(wěn)定的塊體和可能產(chǎn)生變形的部位進行支護，錨桿孔排距為3×3m，直徑為28-36mm的螺紋鋼，孔深為4-12m，采用4、6、9和12m的間隔進行布置，錨桿的砂漿選用M20，前期采用“先注漿后插桿”的工藝，后期對于錨桿長度大于6m時采用“先插桿后注漿”，錨桿注漿密實度按照無損檢測方法檢驗，平均飽滿率要滿足要求。邊坡噴混凝土要采用混凝土噴射機濕噴的工藝進行作業(yè)，根據(jù)不同部位的實際情況，一般分為2-4層進行施噴，在進行掛網(wǎng)噴混凝土地段，要先進行3-5cm的后混凝土噴射，然后在進行人工掛鋪鋼筋網(wǎng)，混凝土的強度為C20，厚度為10-12cm，對于節(jié)理裂隙發(fā)育地段和軟弱巖面等地段要采取封閉保護措施，然后在進行施工，同時要利用錨桿和插筋進行連接固牢，最后分2-4次的濕噴噴到設(shè)計要求的厚度。在進行預(yù)應(yīng)力錨索施工前要在邊坡上采用鋼管腳手架的形式搭建施工平臺，錨墩采用混凝土現(xiàn)澆或預(yù)制鋼錨墩的形式進行作業(yè)。

5、結(jié)語

根據(jù)以上分析和本人工作經(jīng)驗，得出以下幾個觀點（1）預(yù)裂面的平整性、半孔率的達標情況和爆破的裂隙嚴重程度直接影響預(yù)裂面的質(zhì)量。（2）要充分重視爆破區(qū)周邊的問題處理。（3）根據(jù)本人多年的工作經(jīng)驗，得出影響高邊坡開挖進度的主要因素是對大塊石和底部根坎的處理，這些大塊石主要由于拒爆和漏孔產(chǎn)生，占用大量工時和人力物力。

參考文獻：

[1]楊簫.董箐水電站高邊坡開挖與支護快速施工方法研究[J].貴州水力發(fā)電，2008，22（2）.

[2水利電力部水利水電建設(shè)總局. 水利水電工程施工組織設(shè)計手冊（ 第二卷） 施工技術(shù)[M].北京： 中國水利水電出版社，1990.