大壩基礎(chǔ)高邊坡開挖與監(jiān)測技術(shù)探討

張秀軍 （安徽水利開發(fā)有限公司，安徽 蚌埠 233000）

1 工程案例

鵝公水庫工程位于江津區(qū)白沙鎮(zhèn)松林崗社區(qū)，所在河流是長江一級(jí)支流驢子溪支流寧灘河上游，壩址距江津城區(qū)公路里程約60km。工程壩址以上集雨面積為34.05km，水庫正常蓄水位382.0m，設(shè)計(jì)洪水位382.00m，校核洪水位383.02m，總庫容為1030萬m，大壩為瀝青混凝土心墻石渣壩，最大壩高65.5m。大壩基礎(chǔ)開挖主要包括左右壩肩土石方開挖、壩基松散表層開挖、左右壩肩巖質(zhì)邊坡錨噴支護(hù)等內(nèi)容。左右壩肩邊坡開挖共分四級(jí)邊坡。開口線位置距巖質(zhì)邊坡開挖底高程相差超50m，屬高邊坡施工。

高邊坡開挖存在邊坡垮塌、整體滑坡、危石掉落、高處墜落、物體打擊等潛在危險(xiǎn)性。施工過程中，將采取預(yù)裂爆破和控制性爆破、及時(shí)巡查排危、隨開挖隨支護(hù)、邊坡開挖與邊坡變形監(jiān)測同步實(shí)施等積極有效地防范措施加以處理，從“人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全因素”等多方面著手，將施工安全掌控在可控范圍內(nèi)。

2 施工條件

2.1 工程地質(zhì)

下壩線河段順直，左右岸各發(fā)育有寬緩的一級(jí)階地，河谷剖面形態(tài)呈寬緩的對(duì)稱“U”型，正常蓄水位382.0m時(shí)，河谷寬414.0m，寬高比為0.15：1。河床底寬20m～23m，河床標(biāo)高324.1m～324.5m。右岸壩肩上方有沖溝，常年有流水。

河床及兩岸地層為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組第四段（J3p4）～第六段（J3p6）砂質(zhì)泥巖和粉砂巖及砂巖不等厚互層。巖層傾向左岸偏上游，傾角4°～7°；無斷層，主要發(fā)育兩組節(jié)理。壩肩淺部巖體較破碎，中下部巖體較完整。

兩岸坡上部大多為巖質(zhì)邊坡，無嚴(yán)重不良地質(zhì)現(xiàn)象，自然邊坡穩(wěn)定性較好。建壩時(shí)，邊坡開挖工作量較小，僅對(duì)岸坡局部表層覆蓋層、松動(dòng)強(qiáng)風(fēng)化巖塊和心墻分化層進(jìn)行清挖處理，坡高較小，對(duì)岸坡擾動(dòng)不大，邊坡穩(wěn)定較好。

2.2 水文氣象

鵝公水庫位于驢子溪支流寧灘河上游。驢子溪源于江津區(qū)中山鎮(zhèn)的遼葉灣，流經(jīng)毗羅、永興、鵝公、在白沙鎮(zhèn)匯入長江。驢子溪流域面積240km，河長24km，多年平均流量4.50m/s，年均徑流總量1.42億m。

江津?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和。

3 施工要求

質(zhì)量要求：嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙、技術(shù)規(guī)范、合同條款及施工工序要求施工，落實(shí)生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)管主體，推行質(zhì)量終身責(zé)任制，以單元工程一次合格率100%為目標(biāo)，杜絕返工。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求見4.5章節(jié)。

安全要求：堅(jiān)持“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”原則，以“零死亡、零重傷”為管理目標(biāo)，嚴(yán)格執(zhí)行國家、主管部門頒布的規(guī)章制度，嚴(yán)格貫徹執(zhí)行“安全生產(chǎn)責(zé)任制”，將項(xiàng)目安全工作作為首要任務(wù)來抓?！盁o安全，不生產(chǎn)”，安全措施不落實(shí)，堅(jiān)決不施工，從源頭上控制安全隱患。

4 施工工藝技術(shù)

4.1 測量及放樣

明挖施工過程中，每開挖一個(gè)臺(tái)階，應(yīng)沿開挖輪廓，測繪平、剖面圖和主要點(diǎn)的高程，作為爆破設(shè)計(jì)、竣工資料和計(jì)算工程量的依據(jù)。

4.2 邊坡、壩基及斷層槽開挖

必須堅(jiān)持自上而下，逐高程分層開挖，不得采用逆坡開挖。同一區(qū)段內(nèi)的開挖宜平行下降，若不能平行下挖時(shí)，相鄰區(qū)段的高差不宜大于5m。土質(zhì)邊坡分級(jí)開挖高度不大于10m，土質(zhì)邊坡分級(jí)開挖高度不大于15m。

壩基開挖采用鉆孔梯段爆破法。爆破梯段的高度根據(jù)爆破試驗(yàn)成果、施工器械性能及開挖區(qū)布置等因素確定，一般地，鉆孔爆破的梯段高度不宜超過5m。同一區(qū)段的開挖應(yīng)平行下降，如不能平行下挖時(shí)，相鄰區(qū)段高差不應(yīng)超過10m。鄰近建基面設(shè)計(jì)高程的開挖應(yīng)預(yù)留巖體保護(hù)層，其厚度應(yīng)由現(xiàn)場爆破試驗(yàn)確定，且最小厚度不小于1.5m。在梯段爆破之前，應(yīng)先對(duì)建基面進(jìn)行預(yù)裂爆破，并采取減震措施。覆蓋層開挖，宜分層開挖，掌子面高不宜大于8m，覆蓋層坡腳線，在穩(wěn)定情況下，應(yīng)遠(yuǎn)離巖基放樣輪廓線不小于2m。

5 大壩開挖施工安全監(jiān)測監(jiān)控

5.1 監(jiān)測目的

邊坡穩(wěn)定涉及到地質(zhì)條件、巖土體力學(xué)性質(zhì)、區(qū)域水文氣象及施工控制措施等一系列因素，僅憑理論分析很難把握其穩(wěn)定狀態(tài)。為更直觀、更科學(xué)掌握邊坡動(dòng)向，必須建立邊坡穩(wěn)定監(jiān)測體系。通過對(duì)監(jiān)測體系采集數(shù)據(jù)的綜合分析，判斷巖、土質(zhì)邊坡安全穩(wěn)定情況。因此，高邊坡安全監(jiān)控的主要目的：

①通過對(duì)邊坡的變形監(jiān)測，判斷邊坡穩(wěn)定狀態(tài)、滑動(dòng)可能性及趨勢(shì)，以此評(píng)判施工對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，提供預(yù)警信息，避免安全事故發(fā)生，確保施工任務(wù)正常推進(jìn)；

②通過對(duì)邊坡位移、變形的監(jiān)測，優(yōu)化調(diào)整邊坡施工工藝和支護(hù)方式，以需求經(jīng)濟(jì)合理、科學(xué)實(shí)用的支護(hù)措施，指導(dǎo)現(xiàn)場施工；

③通過對(duì)邊坡位移、變形的監(jiān)測，及時(shí)掌握影響邊坡安全穩(wěn)定的因素，以便施工過程中針對(duì)不同影響因素制定不同應(yīng)對(duì)方案；

④通過對(duì)邊坡位移、變形的監(jiān)測，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境、地質(zhì)條件，積累相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)類似條件的工程施工提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)保障；

⑤通過對(duì)邊坡位移、變形的監(jiān)測，為邊坡安全穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

5.2 監(jiān)測內(nèi)容

高邊坡開挖監(jiān)測的主要內(nèi)容包括邊坡變形位移、地面裂縫發(fā)展趨勢(shì)。

邊坡變形位移監(jiān)測主要儀器為全站儀。地面裂縫發(fā)展趨勢(shì)監(jiān)測主要儀器為鋼卷尺和游標(biāo)卡尺。

5.3 監(jiān)測方法

5.3.1 邊坡變形位移監(jiān)測

①測點(diǎn)布置

邊坡開口位置，沿邊坡坡頂間隔20m左右均勻布置監(jiān)測點(diǎn)，拐點(diǎn)處應(yīng)布置測點(diǎn)。各級(jí)馬道，沿馬道內(nèi)側(cè)，即坡腳間隔20m左右均勻布置監(jiān)測點(diǎn)，拐點(diǎn)處應(yīng)布置測點(diǎn)。測點(diǎn)布置避免在松動(dòng)土層或巖石上布置，對(duì)有可能形成滑坡、重點(diǎn)部位應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測?？梢牲c(diǎn)的測點(diǎn)定位樁應(yīng)加深、加密布置。

②測樁埋設(shè)

對(duì)土質(zhì)邊坡，在測點(diǎn)位置開挖一個(gè)10cm ×10cm ×30cm(長×寬×深)土坑，現(xiàn)澆C20混凝土與地面齊平。在混凝土中心插入Φ6光圓鋼筋，鋼筋頭高出混凝土表面約2mm，以此作為每次監(jiān)測測量的基點(diǎn)。巖質(zhì)邊坡，直接用沖擊鉆鑿孔，埋入Φ6光圓鋼筋，并用砂漿錨固牢固，作為測點(diǎn)。

③測量儀器

配備精度≤1unit的高精度全站儀一臺(tái)。

④監(jiān)測頻次

觀測點(diǎn)埋設(shè)完畢后，待混凝土3d凝期后即可開始監(jiān)測測量。測量周期持續(xù)至邊坡開挖支護(hù)完成，再延續(xù)測試半個(gè)月即結(jié)束。期間根據(jù)季節(jié)變化確定監(jiān)測頻次。

⑤數(shù)據(jù)采集

在能通視的固定位置架設(shè)全站儀，利用全站儀測量采取各觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)。通過每次采集的數(shù)據(jù)，繪制位移變形曲線，以此分析坡面變形位移變化情況，推斷邊坡滑移情況，提供預(yù)警信息。

5.3.2 地面裂縫發(fā)展趨勢(shì)監(jiān)測

地面裂縫發(fā)展趨勢(shì)監(jiān)測主要采用人工巡視、量測的方式進(jìn)行。

①監(jiān)點(diǎn)設(shè)置

主要設(shè)置在人眼能觀察到的裂縫兩邊，在裂縫兩邊制作量測樁，作為每次量測的基準(zhǔn)。

②測點(diǎn)制作

對(duì)于土體裂縫，制作測點(diǎn)時(shí)，在裂縫兩邊穩(wěn)定土體內(nèi)鑿一個(gè)20 cm×10cm×30cm(長×寬×深)坑，用C20混凝土澆筑至與地面齊平，在兩個(gè)混凝土樁內(nèi)各埋設(shè)一塊寬2cm、厚5mm的鐵片，并使兩塊鐵片在裂縫處搭接長5cm，在搭接處中部用紅色線條筆畫一條直線，通過觀測、量測紅線是否錯(cuò)位及錯(cuò)位距離來判斷裂縫張開變化。

③量測儀器

鑒于裂縫變形通常比較細(xì)小、緩慢，為提高監(jiān)測精度和監(jiān)測可靠度，多采用游標(biāo)卡尺量測，若發(fā)現(xiàn)裂縫變形較大，改用鋼卷尺量測。

④量測方法

項(xiàng)目部派專人觀測、量測，并做好記錄。每次測量將游標(biāo)卡尺對(duì)準(zhǔn)測量基準(zhǔn)紅線量測數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)。量測頻次同邊坡變形位移頻次。

在裂縫處設(shè)裂縫觀測裝置，通過觀測裂縫變化過程和變化規(guī)律來分析坡面變形情況，結(jié)合全站儀測量數(shù)據(jù)分析邊坡變形位移情況。

5.3.3 預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)

邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)主要根據(jù)以下幾點(diǎn)進(jìn)行綜合評(píng)判：

①最大位移速率小于2mm/d；②位移變化呈收斂趨勢(shì)；

③坡面、坡頂無新增裂縫，已有裂縫無明顯張大；

④位移—時(shí)間曲線無明顯拐點(diǎn)。

若位移、裂縫發(fā)展變化為上述四點(diǎn)所述，則基本可以判斷邊坡穩(wěn)定。否則，判斷為有失穩(wěn)趨勢(shì)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測防護(hù)。

5.3.4 監(jiān)測信息反饋機(jī)制

當(dāng)監(jiān)測變形位移數(shù)據(jù)明顯變大、表層裂縫發(fā)生明顯張開時(shí)，立即匯報(bào)，采取處理措施。

6 檢查驗(yàn)收

開挖質(zhì)量驗(yàn)收由業(yè)主組織實(shí)施。大壩基礎(chǔ)屬永久隱蔽工程，檢查驗(yàn)收應(yīng)以不阻礙后續(xù)施工任務(wù)的有序推進(jìn)為原則。

開挖工程驗(yàn)收?qǐng)?zhí)行《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》(DL/5389-2007)的相關(guān)規(guī)定。

錨噴支護(hù)工程驗(yàn)收?qǐng)?zhí)行《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(GB 50086-2015)和《水利水電工程錨噴支護(hù)施工規(guī)范》(SL 377-2007)的相關(guān)規(guī)定。