水利水電工程邊坡地質(zhì)穩(wěn)定性分析及支護(hù)施工工藝

劉永盛

摘要：水利水電工程作為與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān)的基建工程，在保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平穩(wěn)定提高的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。在工程建設(shè)過(guò)程中涉及土方開(kāi)挖、邊坡支護(hù)等，開(kāi)挖過(guò)程改變了坡體要素，坡體因產(chǎn)生了應(yīng)力重分布，所以，在巖土體自重以及外力作用下，將產(chǎn)生切向應(yīng)力，而當(dāng)切應(yīng)力大于邊坡巖土體的抗剪強(qiáng)度時(shí)，坡體就會(huì)產(chǎn)生剪切破壞。論文闡述了影響邊坡穩(wěn)定性的因素和評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性的方法，并結(jié)合工程實(shí)例分析了邊坡支護(hù)技術(shù)，以期進(jìn)一步保障工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量與施工安全。

關(guān)鍵詞：水利水電工程;邊坡穩(wěn)定性;地質(zhì)分析;支護(hù)施工

引言

水利水電工程建設(shè)過(guò)程中面臨復(fù)雜的施工環(huán)境，且施工步驟繁雜，在具體施工過(guò)程中時(shí)常發(fā)生意外。相關(guān)人員需要對(duì)邊坡開(kāi)挖以及支護(hù)施工予以高度重視，在施工前制定合理的方案，防止出現(xiàn)質(zhì)量和安全問(wèn)題。水利水電工程施工過(guò)程中多采用邊坡支護(hù)開(kāi)挖技術(shù)對(duì)高邊坡進(jìn)行處理，通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用使邊坡支護(hù)開(kāi)挖更安全有效，減少滑塌的發(fā)生，加快施工速度，有效解決施工時(shí)可能遇到的安全問(wèn)題及隱患，推動(dòng)我國(guó)水利水電工程良性發(fā)展。

1常用的邊坡開(kāi)挖方式

1.1深層方面的邊坡開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)

深層方面，用輕型的錨固鉆機(jī)在邊坡的指定位置鉆進(jìn)成孔，形成尺寸合適的錨索鉆孔。為有效控制鉆孔的斜度，施工中可采用導(dǎo)向儀檢測(cè)，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果采取針對(duì)性的糾偏措施。灌漿施工環(huán)節(jié)宜采用3SNS型高壓灌漿泵，此裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能夠精細(xì)化控制灌漿量和灌漿速度，適配溜槽完成入倉(cāng)錨墩混凝土施工，再有序張拉。張拉是重點(diǎn)施工環(huán)節(jié)，精度要求較高，需要嚴(yán)格控制初始張拉力，具體以設(shè)計(jì)值的90%左右較為合適，由具有資質(zhì)的人員操作張拉機(jī)具，盡可能做到對(duì)稱(chēng)張拉。邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，有必要對(duì)坡面進(jìn)行加固處理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步利用鋼絞線加固，全方位強(qiáng)化加固效果，在采取該支護(hù)模式后也有利于保證鋼導(dǎo)向帽的穩(wěn)定性。

1.2淺層方面的邊坡開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)

邊坡開(kāi)挖支護(hù)的方法較多，以設(shè)置錨桿束、噴射混凝土、設(shè)置排水孔均較為常見(jiàn)。為滿足開(kāi)挖支護(hù)要求，需利用全液壓鉆機(jī)或者其它機(jī)械設(shè)備鉆孔;錨桿束施工環(huán)節(jié)，先組織注漿作業(yè)，再安排插桿，局部圍巖偏破碎或有較大的塌方概率時(shí)，需要先注漿，待圍巖轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)穩(wěn)定的狀態(tài)后安排插桿，以保證邊坡開(kāi)挖支護(hù)的施工效果;對(duì)于邊坡排水孔的施工，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件以及鉆孔要求適配鉆機(jī)，現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的是XZ-30鉆機(jī)，鉆孔時(shí)控制好孔徑、孔深等基礎(chǔ)參數(shù)，鉆孔成型后及時(shí)清孔，保證孔內(nèi)沉渣量在許可范圍內(nèi)。

1.3其他開(kāi)挖支護(hù)要點(diǎn)

①分層開(kāi)挖。水利水電工程的邊坡施工規(guī)模相對(duì)較大，邊坡普遍分布較多的堅(jiān)硬巖石土體，難以做到一次開(kāi)挖成型。對(duì)此，宜分層有序開(kāi)挖，在循序漸進(jìn)之下完成所有的開(kāi)挖作業(yè)。②超挖墻。部分水利水電工程邊坡施工中，需在側(cè)墻兩端區(qū)域修筑超挖墻，此結(jié)構(gòu)有助于增強(qiáng)噴射混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，給混凝土噴射施工創(chuàng)設(shè)良好的條件。需強(qiáng)調(diào)的是，在超挖墻施工中厚度應(yīng)成為重點(diǎn)控制對(duì)象。③二層開(kāi)挖支護(hù)。綜合考慮巖石土體的柱狀節(jié)理、松弛特性等，據(jù)此確定與實(shí)際施工條件相適應(yīng)的土方開(kāi)挖支護(hù)方案，有序?qū)㈤_(kāi)挖和支護(hù)兩項(xiàng)關(guān)鍵的工作落實(shí)到位。為避免安全問(wèn)題，有必要預(yù)留合適厚度的保護(hù)層，此部分結(jié)構(gòu)必須具有完整性，禁止在施工期間開(kāi)挖保護(hù)層。

2邊坡地質(zhì)穩(wěn)定性分析

2.1影響邊坡穩(wěn)定性的因素

影響邊坡穩(wěn)定性的因素可以分為內(nèi)在因素和外在因素2個(gè)方面：1）內(nèi)在因素包括地形地貌條件、構(gòu)成邊坡巖（土）體的物理力學(xué)性質(zhì)、水理性質(zhì)、水文地質(zhì)條件、巖（土）體結(jié)構(gòu)與地質(zhì)構(gòu)造等。2）外在因素包括水文氣象、風(fēng)化作用、水流的作用、地震及人為因素等。其中，內(nèi)因在邊坡的變形中起決定性的控制作用，外因起促進(jìn)作用;故而在邊坡的穩(wěn)定性分析中，應(yīng)在研究各因素的基礎(chǔ)上，找出這些因素間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而再評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性。

2.2評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性方法

常用的評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性方法有定性分析法、極限平衡分析法、數(shù)值分析法、工程地質(zhì)類(lèi)比法4類(lèi)。1）定性分析法。是指通過(guò)對(duì)邊坡的尺寸和坡形、邊坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、所處的地質(zhì)環(huán)境、形成的地質(zhì)歷史、變形破壞形跡，以及影響其穩(wěn)定性的各種因素的研究，以判斷邊坡演變階段和穩(wěn)定狀況。2）極限平衡分析法。把可能滑動(dòng)的巖、土體假定為剛體，通過(guò)分析可能的滑動(dòng)面，并把滑動(dòng)面上的應(yīng)力簡(jiǎn)化為均勻分布，進(jìn)而計(jì)算出邊坡的穩(wěn)定系數(shù)。3）數(shù)值分析法。利用有限單元分析法，先計(jì)算出邊坡位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，然后，利用巖體、土體強(qiáng)度準(zhǔn)則，計(jì)算出各單元與可能滑動(dòng)面的穩(wěn)定性系數(shù)。4）工程地質(zhì)類(lèi)比法。將所研究邊坡或擬設(shè)計(jì)的人工邊坡與已經(jīng)研究過(guò)的或已有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的邊坡進(jìn)行類(lèi)比，以評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性，并提出合理的坡高和坡角。

2.3實(shí)例分析

以某水庫(kù)主壩為混凝土雙曲拱壩，拱壩壩基開(kāi)挖及高邊坡處理以分部工程進(jìn)行，項(xiàng)目歷時(shí)4a完成。工程中共開(kāi)挖巖石地基土石方125500.0m;共計(jì)對(duì)巖石地基固結(jié)灌漿達(dá)352孔，鉆孔進(jìn)尺總長(zhǎng)5686.36m，灌漿達(dá)2816.0m;邊坡清理面積達(dá)14804.76m;采用錨桿共計(jì)2320根（錨桿直徑分別為18/20/28m種不同規(guī)格），錨桿總長(zhǎng)度達(dá)16669.74m;噴射C20型混凝土達(dá)1480.5m;制作安裝鋼筋混凝土總質(zhì)量達(dá)64.5t。該水庫(kù)左右壩肩施工時(shí)均采取自上而下分層開(kāi)挖的順序，按開(kāi)挖方式分為覆蓋層剝離與石方開(kāi)挖2種。壩基開(kāi)挖應(yīng)用YQ-100B型號(hào)的潛孔鉆鉆孔，周邊以預(yù)裂爆破策略采用梯段爆破的形式加以控制。由于該水庫(kù)邊坡主要以硬質(zhì)地巖石為主，不存在整體滑動(dòng)的邊界條件，因此，在對(duì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的計(jì)算上，采用強(qiáng)度折減法及有限差分軟件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，左岸側(cè)邊坡符合自重作用下邊坡應(yīng)力場(chǎng)分布的一般規(guī)律，即如果從邊坡內(nèi)部開(kāi)挖直至坡表，最大主應(yīng)力方向與坡面平行，最小主應(yīng)力數(shù)值無(wú)限接近于0，邊坡淺表層局部有拉應(yīng)力出現(xiàn)。在對(duì)右岸進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，右岸坡體的應(yīng)力分布整體上也符合自重作用下邊坡應(yīng)力場(chǎng)分布的一般規(guī)律，且整體上處于受壓狀態(tài)，淺表局部位置出現(xiàn)拉應(yīng)力且小于左岸邊坡。

3邊坡支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的注意事項(xiàng)

通常采用的邊坡支護(hù)技術(shù)可大概分為淺層支護(hù)與深層支護(hù)2種。一般情況下淺層支護(hù)會(huì)用到錨桿支護(hù)策略和掛網(wǎng)噴射混凝土策略等，除此之外，還包括對(duì)排水孔的合理布局與應(yīng)用。在應(yīng)用錨桿支護(hù)策略時(shí)，需在錨孔挖好之后先進(jìn)行灌漿再插桿，但如果遇到開(kāi)挖巖層深度不足的情況，則可能會(huì)調(diào)整施工順序，先插桿再灌漿。此外，深層支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用同樣需要引起重視。針對(duì)部分地質(zhì)不穩(wěn)定，容易受滑坡、地震及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害影響的區(qū)域，可采用鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)的方式來(lái)提升邊坡的牢固程度與穩(wěn)定性，以免邊坡因?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害受到嚴(yán)重影響。鋪網(wǎng)的關(guān)鍵在于使網(wǎng)和坡面之間不存在縫隙，確保鋼筋網(wǎng)充分發(fā)揮作用。排水孔的設(shè)計(jì)比較關(guān)鍵，這是因?yàn)檫吰略谕度胝Ｊ褂弥?，?huì)長(zhǎng)期處于排水狀態(tài)，如果排水孔的設(shè)計(jì)不合理，長(zhǎng)時(shí)間的使用會(huì)對(duì)邊坡質(zhì)量造成影響，因此，需做好排水孔的質(zhì)量控制工作。除了要對(duì)排水孔布局、位置及數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格控制之外，還可在排水孔內(nèi)部加入相關(guān)材料，提升排水孔整體的強(qiáng)度，以免發(fā)生坍塌。

結(jié)束語(yǔ)

水利水電工程在促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，因此其相關(guān)施工技術(shù)也應(yīng)得到承建單位、施工相關(guān)部門(mén)乃至整個(gè)社會(huì)的高度關(guān)注。只有在選擇了正確開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)的前提下，才能有效保證水利水電工程邊坡的安全性，為水利水電的工程質(zhì)量提供可靠保障。

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