水利水电工程中高边坡支护施工技术与稳定性分析

水利水电工程常穿越复杂地质区域，形成大量人工高边坡，这些边坡受岩体结构、地下水、地震及工程扰动影响，容易发生滑坡、崩塌等灾害，威胁施工安全与水库运行。传统支护设计依赖经验公式，但地质条件不确定性要求更科学的稳定性评估体系。近年来，锚固技术、数值模拟与智能监测的发展显著提升了支护效果的可控性。

1、工程概况

西南某大型水电站关键进场道路需穿越一段地形陡峻的山体，形成了最高约 220m 、平均坡度达 65°的深切人工高边坡。边坡走向 NE35°，总长度约480m_⨀ 。地质勘察揭示，边坡主要由中厚层状砂岩夹薄层泥岩构成，单层砂岩厚约 0.8-1.5m ，泥岩厚 0.1-0.3m ，岩层产状为 120^∘<35^∘ ，存在顺层滑动的潜在风险，间距 1-3m ，与坡面呈不利组合，易形成楔形体破坏。边坡中上部存在强风化带厚度 5-8m 和一处局部断层破碎带，宽度约 3-5m ，走向与边坡小角度相交。区域降雨丰沛，年均降雨量 1800mm ，地下水活动显著，坡脚可见渗水点。边坡的长期稳定直接关系到电站建设期大型设备运输安全及未来运行期道路畅通，是工程成败的关键控制点之一。

2、边坡现状与主要稳定性问题分析

2.1 地质构造复杂，结构面控制破坏

岩层顺倾坡外，结合两组陡倾节理切割，极易形成规模不一的顺层滑动或楔形体崩塌。断层破碎带物质松散，自稳能力极差，构成薄弱部位。风化差异显著，局部稳定性差，强风化带岩体破碎，强度低，岩体质量指标 RQD 值仅30-40，容易受雨水冲刷和风化剥落。砂岩与泥岩差异风化明显，易导致泥岩软化、凹进，使上部砂岩悬空、失稳。

2.2 水文地质条件不利

丰沛降雨下渗，一方面软化泥岩夹层和结构面，显著降低其抗剪强度，饱和状态下 c、 Φ 值可下降 20-40% ，增大下滑力。另一方面形成孔隙水压力，尤其在暴雨期间，是诱发失稳的重要外因。坡脚渗水亦影响基础稳定。

2.3 施工扰动影响大

道路开挖形成的陡峭临空面，打破了原有山体应力平衡。施工爆破震动，峰值质点振动速度需控制在 5cm/s 以内，对已有裂隙产生不利影响，可能导致次生裂隙扩展或局部岩块松动 [1]。作为永久性工程设施，需考虑 50 年以上服务期内各种不利工况和风化劣化的影响。

3、高边坡支护施工关键技术流程

本工程采用“截、排、护、挡、锚、固”的综合治理思路，主要施工流程与技术要点如下。

3.1 施工准备与危岩清理

修筑施工平台与临时便道，确保机械设备进场。精细清坡采用人工配合小型机械，彻底清除表层危岩、松散堆积体及强风化岩体。对关键块体进行稳定性评估，必要时先进行临时锚固再清理。严禁大爆破清方。地表与地下排水系统先行，在边坡顶缘外 5 米处设置永久性浆砌石或混凝土截水沟，断面尺寸0.6mX0.8m , 拦截坡外汇水。坡面按间距 15-20m 设置急流槽或 PVC 排水管 , 将水引至坡脚排水沟 , 尺寸 0.8mX1.0m 。针对断层带及主要渗水区，在支护结构比如框架梁节点）后设置仰斜式排水孔，孔径 Φ110mm ，长度 15-25m ，上仰5^∘ -10^∘ °，间距 3-5m ，孔内安装软式透水管，外包土工布滤层，有效疏排地下水，降低孔隙水压力。

3.2 深层加固

成孔采用全套管跟管钻进或风动潜孔锤钻进工艺，确保在破碎岩层中成孔质量，孔径 Φ150mm 用于锚索，严格控制孔深、倾角，设计倾角 20^∘ -25^∘ 和方位角。锚索采用高强度低松弛钢绞线， Φ15.24mm ， 1860MPa 级，按设计要求编制，防腐处理，锚杆采用 Φ32mm 精轧螺纹钢，平稳送入孔底，避免扭转。注浆采用孔底返浆法灌注 M35 纯水泥浆，掺高效减水剂和微膨胀剂。压力控制在 0.5-1.0MPa ，确保浆液充满钻孔并渗入围岩裂隙。二次高压注浆压力 2.0-2.5MPa 用于提高锚固体强度。待浆体及锚墩强度达到设计要求，采用专用千斤顶分级（设计值的 25% 、 50% 、 75% 、 100% 、 110% ）张拉至超张拉荷载，稳压10-15 分钟后锁定至设计值，张拉过程同步监测位移。

3.3 坡面防护

在锚索锚头位置现浇钢筋混凝土框架梁，截面尺寸通常 0.4mX0.4m ，形成网格状结构，间距通常 3mX3m 或 4.5mX4.5m ，梁体嵌入坡面，节点处预留锚索孔道。钢筋绑扎牢固，模板支护精准，浇筑 C25/C30 混凝土振捣密实。在框架梁格内，铺设 Φ8@200X200mm 钢筋网或高强度土工格栅，网片与框架梁钢筋可靠连接。喷射C25 混凝土，掺加速凝剂和聚丙烯纤维[2]。喷射分2-3 层完成，保证厚度均匀、密实，表面平整，重点覆盖强风化带和泥岩夹层区。

3.4 局部特殊部位处理

断层破碎带采用长锚固，锚索长度适当加长，穿过破碎带进入稳定岩体⩾8m 、密集挂网喷砼，必要时在坡脚增设小挡墙的综合措施。强风化带加密锚杆比如 Φ32mm@2.0mX2.0m ，增加喷砼厚度，并可在喷砼层内加设加强筋。

3.5 坡脚挡护

根据坡脚地质条件和应力状态，设置浆砌石挡墙或现浇混凝土挡墙，有效支撑坡脚，防止冲刷和浅层滑移。埋设边坡表面位移监测点、深部水平位移测斜孔、锚索测力计、地下水位观测孔、雨量计等、监测数据实时分析，尤其关注暴雨后、爆破后、关键锚索张拉后的变化。建立预警阈值，指导施工安全和动态调整设计，增补锚索、调整注浆参数。

4、高边坡稳定性分析

边坡稳定性分析贯穿勘察、设计、施工及运营全过程，采用定性与定量相结合的方法。

4.1 地质模型建立与破坏模式识别

基于详勘资料钻孔、平硐、地质测绘、物探，建立精确的地质剖面，识别主导破坏模式，顺层滑动、楔形体滑动、强风化带浅层圆弧滑动、断层带局部塌滑。

4.2 极限平衡法计算

采用Bishop 法、Janbu 法、Sarma 法等计算不同工况下潜在滑面的安全系数Fs。计算中考虑岩土体物理力学参数（c，φ）的取值，尤其是饱和状态下泥岩夹层和结构面的弱化。地下水作用采用孔隙水压力比（ru）或指定地下水位线模拟。地震力按Ⅶ度设防，采用拟静力法，水平地震系数 Kh 取 0.1g_⨀ 。计算结果用于验证支护方案的有效性。

4.3 数值模拟分析

建立三维地质力学模型，精确模拟复杂岩体结构、断层、支护结构，模拟开挖卸荷过程，分析应力重分布和塑性区发展，模拟不同支护方案的加固效果，预测长期变形趋势，分析锚索应力分布和框架梁内力，优化结构设计，模拟暴雨入渗过程，分析暂态孔隙水压力场对稳定性的影响[3]。

4.4 监测数据反演分析与预警

利用施工期和运行期监测数据进行反演分析，修正模型参数，更准确地预测长期行为，建立基于监测数据的稳定性实时评价和预警系统。

5、结语：

综上，高边坡支护是水利水电工程安全管控的关键环节，数值模拟可精准反映应力-渗流耦合效应，结合现场监测数据能实现风险预警。采用“动态设计、分期支护”策略，建立信息化管理平台，可有效应对地质不确定性。

参考文献：

[1] 梁靖 , 裴向军 , 罗路广 , 等 . 锦屏一级水电站左岸高边坡变形监测及稳定性分析 [J]. 水利水电技术 ( 中英文 ),2024,52(4):180-185.

[2] 薛一峰 , 毛拥政 , 王健 , 等 . 考虑倾斜侧滑面的高陡岩质边坡块体稳定性分析 [J]. 水利与建筑工程学报 ,2024,19(4):104-110.

[3] 师刚 , 苏立海 , 马云峰 , 等 . 岩质边坡评价方法对比研究 [J]. 水利与建筑工程学报 ,2024,7(1):129-133.