梁先吉

（中國水利水電建設工程咨詢中南有限公司，長沙 410007）

1 引言

“十三五”期間，我國水利投資達到了2.2萬億元。在穩(wěn)增長、保民生等多重舉措下，我國水利水電工程建設進入了加速期，水利水電工程施工也由工業(yè)水利工程時代向水資源綜合開發(fā)時代過渡。我國水利水電工程與社會大眾的日常生活存在密切關系，邊坡開挖支護是水利水電工程施工中的常用技術，其應用效果直接影響了水利水電工程運行的安全性與穩(wěn)定性。

2 項目概況

水利水電工程位于一級支流上，壩址以上控制流域面積268 km2，是1座以供水、發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉的小（1）型工程。工程包括擋水壩、水電站、發(fā)電引水洞幾個部分，水電站總裝機容量300 kW，攔河樞紐總庫容8 560 000 m3，大壩為混凝土重力壩，最大壩高×壩頂長為38 m×289 m。工程等級為IV級，主要建筑物為4級。

大壩左岸坡、右岸坡為邊坡開挖支護范圍，左岸坡由大壩頂部高程959 m到河床最低位置高程902 m，高度為57 m，右岸坡由大壩頂部高程982 m到河床最低位置高程902 m，高度為80 m，為高邊坡。

3 邊坡開挖支護技術應用方案

3.1 左岸坡開挖支護方案

左壩肩岸坡巖體巖層較為平緩，穩(wěn)定性佳。但上部覆蓋粉砂巖、Q2del碎裂狀砂巖、Q2col+dl混合土塊碎石層，傾角為6.5°~13.5°，節(jié)理裂隙發(fā)育。受節(jié)理裂隙切割巖體為順向坡塊體狀、泥巖夾層的存在以及人為活動、降水、泥化等不利條件的影響，工程性質(zhì)較差，極易出現(xiàn)掉塊、崩塌情況，需要進行強風化巖層清除（壩肩位置）工作并在弱風化巖體上放置壩體。即在清除左壩肩坍坡積壓土體后，利用分層水平開挖的方式開挖邊坡坡度為1∶0.35，必要時放緩至1∶0.45，并沿著高度走向每間隔10.0 m進行1個3.0 m寬的平臺，總開挖坡度比為1∶0.35~1∶0.45。與此同時，進行壩肩基巖巖體的錨固組裝、固結灌漿操作，對壩肩上部破碎巖及土層進行防水+護坡+固結灌漿+支擋錨固施工。

3.2 右岸坡開挖支護方案

壩肩位于單薄山梁中部，壩前單薄含量寬度、梁脊高程分別為365~582 m、959~982 m。右岸坡基座地層巖性為三疊系下統(tǒng)劉家溝組紫紅色厚層狀細砂巖夾透鏡狀泥礫巖層、砂質(zhì)泥巖，上部發(fā)育Ⅲ級基座階地，基座上覆蓋Q2pl棕紅色低液限黏土以及Q3eol淺紅色低液限粉土，厚度分別為0~8.6 m、0~4.5 m；下部覆蓋卵石混合層，厚度為0~2.5 m。開挖時，開挖邊坡比為1∶0.45~1∶0.65，即在清除強風化層的基礎上，進行臺階狀開挖。在壩頂高程以上巖體，結合公路建設，開挖邊坡坡度1∶0.45，并對出露巖體進行防護，防護方式為噴射混凝土。對于上部土質(zhì)邊坡，則設計開挖邊坡坡度為1∶0.65，每一級邊坡高度最高為15.0 m，若挖方高度較大則可以摒除挖方臺階設置方式，而是直接應用折線式邊坡，并采用錨固支護。

4 邊坡開挖支護技術的應用流程

4.1 準備

在邊坡開挖支護前，準備2臺日立330型挖掘機、1臺SD-160型推土機、10臺20 t自卸汽車、3臺液壓破碎錘，為開挖作業(yè)提供支持；同時，準備2臺CM-351潛孔鉆和4臺YT-28型手風鉆，為鉆孔爆破提供支持；準備1臺JDY350型攪拌機，為支護操作提供支持。由專業(yè)人員對材料、器具、勞動安全防護用品進行檢查，并根據(jù)工藝操作平面布置圖進行各種材料堆碼，滿足工藝操作周轉所需[1]。

在材料準備完畢后，由技術負責人結合專項方案分解施工測量、邊坡開挖、錨桿支護與固結灌漿任務，并對相關任務負責人進行安全技術交底。

在技術交底后，技術人員可以組織專業(yè)測量人員進入岸坡開挖范圍，結合設計要求開展測量放線以及岸坡開挖輪廓線的標示。同時，在人工配合下，指揮挖掘機由清基工藝操作便道進入開挖最高區(qū)域位置。

4.2 開挖

案述工程開挖可以分為左岸、右岸各一個作業(yè)面開展，每一個開挖作業(yè)面均選擇從上層到下層分臺階開挖的方式一次性完成操作?？傮w工藝操作流程為挖掘機邊坡開挖、廢棄土渣運輸、人工坡面清理及檢查。開挖坡面需要事先理順，依據(jù)設計坡比，由上層到下層一次性開挖成型，規(guī)避超出開挖體積、重復開挖等對工期、質(zhì)量造成的影響?？紤]到岸坡上存在松散堆積物，可以利用前期準備的挖掘機與人工配合，將包括陡峭部分、邊角部分在內(nèi)的松散堆積物清除，并及時通過自卸汽車將開挖土料運輸至推土場。將基層清理到基巖后，面向整個壩基，采用挖掘機+破碎錘的形式，將全部樹根、樹木、亂石、表層耕植土、覆蓋層清除，促使岸坡平整度大體滿足要求，無反坡、臺階、急劇變坡以及孤石。

對于石方，可根據(jù)石方量先利用挖掘機沿著輪廓線由上層向下層開挖翻動，進而選擇CM-351潛孔鉆或YT-28手縫鉆鉆爆，整個過程均需將開挖的棄渣經(jīng)自卸汽車運輸?shù)綏壴鼒龅?；也可以選擇深孔毫秒微差梯段爆破+手風鉆技術，由上層到下層梯段式開挖，每段高度為3.0~5.8 m。根據(jù)巖石邊坡厚度所選擇的爆破方式也具有一定差異，案述工程因面厚不大，主要選擇淺孔梯段爆破方式，保護層則選擇淺孔松動爆破方式，具體包括工作面清理爆破孔位測量、潛孔鉆造孔與清孔、裝藥爆破幾個部分。

4.3 支護

在石方爆破后，可以隨機進行錨桿支護，完成邊坡安全處理。錨桿造孔需要選擇堅硬、平坦、具有排水溝且場地寬度超出4.0 m的作業(yè)面場，將鉆機維持在立軸（或導桿）、鉆桿傾角相同的狀態(tài)。同時，在人工坡面清理的情況下，結合設計要求完成孔位放樣、待造孔孔深標識。鉆孔過程中，要合理把控鉆進參數(shù)，特別是鉆進速度，以降低發(fā)生卡鉆、埋鉆事故的概率。鉆孔結束后，將孔洞中多余雜質(zhì)清除，便于錨桿安裝前孔深、孔徑與孔斜的精確測量。進而在鉆孔中心設定隔離架安裝錨桿、灌入漿液。

5 邊坡開挖支護技術的應用要點

5.1 土方開挖

在土方開挖前期，技術人員應選擇邊坡開挖線外的區(qū)域，進行截水溝修筑，保證防排水操作的順利開展。在截水溝修筑完畢后，技術人員可以根據(jù)圖紙要求，從上層到下層開挖到碎落臺高度，將現(xiàn)場排水溝、兩側截水溝聯(lián)通，形成一定坡勢，提高排水效果。進而利用挖掘機進行下層邊坡范圍內(nèi)土方開挖[2]。每一級邊坡完成后噴射混凝土。一般多臺階同時開挖時，上部臺階較之下部臺階開挖進深需超出30.0 m，規(guī)避塌方風險。根據(jù)具體情況，分層開挖方法也需要進行靈活變化，常用的方法為分層縱挖法、分段縱挖法、橫挖法。其中，分層縱挖法主要是依據(jù)橫斷面全寬，沿著縱方向分層進行土方開挖；分段縱挖法主要是將挖方每一個工點劃分為幾個段落后，分層沿著縱方向進行挖方；橫挖法主要是依據(jù)橫斷面全寬，以挖方地段的一端或兩端為出發(fā)點，逐步向前方開挖。

5.2 石方爆破

在深孔毫秒微差梯段爆破+手風鉆技術應用過程中，因爆破操作風險系數(shù)較高，技術人員應事先進行爆破試驗，設計恰當?shù)谋茀?shù)（鉆孔直徑、梯段高度、鉆孔深度、前排炮孔單位巖石用藥量、前排炮孔間距、前排炮孔堵塞長度等）、爆破規(guī)模與防護措施，進行現(xiàn)場模擬。案述工程梯段高度小于12.0 m，垂直鉆孔直徑為115 mm，超鉆深度為1.00 m，鉆孔深度為11.0 m，臺階坡面角為75°，鉆機中心到坡頂線的安全距離為4.7 m。而前排炮孔單位巖石用藥量為0.45 kg/m3，前排炮孔間距為4.3 m，前排炮孔堵塞長度為4.0 m。同時，在考慮前排爆破巖石對后排炮孔阻礙作用的情況下，后排炮孔單位巖石用藥量應為0.55 kg/m3，后排炮孔按三角形布置，間距為4.25 m，排距為3.85 m，后排炮孔堵塞長度為4.2 m。具體布置時，出于爆破規(guī)模控制需要，應限制每次深孔梯段炮孔個數(shù)在30個、3排以下。裝藥時選擇連續(xù)裝藥結構，裝填炸藥為φ90 mm卷裝乳化炸藥、散裝銨油炸藥，從炮孔底部開始逐層密實、均勻裝填，并在中部裝入2發(fā)非電毫秒雷管起爆藥包，最后，利用鉆孔巖粉、黃土堵塞炮孔。

在挖掘機+潛孔鉆/手風鉆鉆爆技術應用過程中，技術人員可以以控制二次爆破對現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的干擾為重點，利用孔徑為35.00 mm的潛孔鉆破碎大巖塊，促使大塊孤石上部“開花”、底部炸碎，以達到有效控制飛石的效果。一般在孔深低于0.50 m時，最小抵抗線、孔間距均與孔深相等，堵塞長度為4/5孔深；孔深為0.5~1.0 m時，最小抵抗線、孔間距均與孔深相等，堵塞長度為3/5孔深；孔深為1.0~1.5 m時，最小抵抗線為0.8~1.2 m，孔間距為0.8~1.0 m，堵塞長度為1/2孔深；而在孔深超出1.5 m時，最小抵抗線為1.0~1.2 m，孔間距為1.0~1.2 m，堵塞長度為0.75~1.00 m。

需要注意的是，因案述工程邊坡開挖面高差較大，坡度較陡峭，坍塌、滑坡風險較多，需要注意邊坡開挖、支護間隔時間的銜接。

5.3 錨桿組裝要點

在鉆孔完畢后，技術人員可以利用清水完全沖洗孔底沉渣至清水返回。進而沿著軸線方向，利用粗鋼筋桿體每間隔1.50~2.00 m進行1個定中架設置。在錨桿桿體自由段，需要牢固包扎塑料管、塑料布，并利用沿絲綁扎桿體自由段錨固體連接位置。將注漿管、錨桿共同放入前期鉆設孔內(nèi)，促使管端部、孔底部之間距離為50.00 mm，且在錨桿體放入角度、鉆孔傾角數(shù)值相同，避免錨桿體出現(xiàn)壓彎曲或扭曲情況。

5.4 固結灌漿要點

案述工程邊坡支護采用水泥與砂比例為1.2，水灰比為0.45的漿液，技術人員可以根據(jù)設計配比，放入前期準備材料，均勻攪拌、過篩，邊攪拌邊使用。在砂漿泵驅動下，經(jīng)壓漿管將漿液傳輸?shù)姐@孔底部，邊灌注邊拔出注漿管，控制注漿管口處于灌漿面以下，并活動漿液灌入管道。進而由鉆孔底部返回到鉆孔端部，在漿液初次凝結前使用完畢，保證漿液灌注管道時處于暢通狀態(tài)[3]。

6 結語

水利水電工程是通過修建多種類型水工建筑物以實現(xiàn)水資源利用的工程。加強水利水電工程建設不僅是強化城鄉(xiāng)防洪、供水、供電的需要，還是增強水生態(tài)治理與保護的重要抓手。因此，在工程建設過程中，技術人員應加強對邊坡開挖與邊坡支護的關注，選擇恰當?shù)倪吰麻_挖與邊坡支護手段，沿著正確的步驟操作，開挖一級、防護加固一級，逐級開挖、逐級防護，嚴格把控技術應用要點，以保證邊坡的穩(wěn)定性，為水利水電工程的安全、穩(wěn)定提供保障。