水利水电工程中边坡开挖与支护技术的应用

一、引言

水利水电工程作为国家重要基础设施，在防洪、发电、灌溉、供水等方面发挥着不可替代的作用。在水利水电工程施工中，边坡工程极为常见，如大坝坝肩边坡、溢洪道边坡、引水隧洞进出口边坡等。边坡的稳定性直接关系到工程的施工安全、建设成本以及运行后的可靠性。若边坡出现失稳，可能引发滑坡、坍塌等地质灾害，不仅会延误工期、增加工程投资，甚至会对下游人民生命财产安全造成严重威胁。因此，科学合理地应用边坡开挖与支护技术，对于保障水利水电工程的顺利建设与长期稳定运行具有重大意义。

二、水利水电工程边坡特点及稳定性影响因素

（一）边坡特点

水利水电工程边坡具有规模大、高度高、地质条件复杂等特点。例如，一些大型水电工程的边坡高度可达数百米，长度数千米。同时，由于工程选址往往在山区等地质条件复杂区域，边坡岩体可能存在断层、节理、裂隙等地质构造，岩土体性质差异较大[1]。

（二）稳定性影响因素

1.地质条件

地质条件是影响边坡稳定性的根本因素。岩土体的强度、结构、地下水等对边坡稳定性有显著影响。如软弱夹层的存在会降低岩体的抗滑能力，地下水的渗流会增加岩土体的重量并产生动水压力，从而削弱边坡的稳定性。

2.工程荷载

施工过程中的爆破振动、堆载、机械作业等工程荷载，以及运行期的水库水位变化、地震力等，都会对边坡稳定性产生影响。例如，爆破振动可能导致岩体松动，水库水位快速下降会在边坡内产生较大的渗透压力。

3.地形地貌

边坡的坡度、坡高、坡形等地形地貌因素也与稳定性密切相关。一般来说，坡度越陡、坡高越大，边坡的稳定性越差。

三、边坡开挖技术

（一）土方开挖技术

1.分层分段开挖

土方开挖通常采用分层分段开挖方式。按照自上而下的顺序，每层开挖厚度根据地质条件、开挖设备等因素确定，一般在 3 - 5 米。分段长度则根据边坡长度、施工场地条件等划分，以保证施工安全和效率。在某水利工程的土方边坡开挖中，将边坡按高度分为 10 层，每层开挖后及时进行边坡修整和排水设施施工，确保了开挖过程的顺利进行[2]。

2. 开挖设备选择

常用的土方开挖设备有挖掘机、装载机、推土机等。根据土方量大小、开挖深度、场地条件等选择合适的设备。对于大面积浅层土方开挖，推土机可高效作业；对于较深基坑或狭窄场地的土方开挖，挖掘机更为适用。

（二）石方开挖技术

1.钻爆法

钻爆法是石方开挖的主要方法。在进行爆破设计时，需根据岩石性质、地质构造、周边环境等确定爆破参数，如炮孔间距、排距、深度、装药量等。采用预裂爆破、光面爆破等控制爆破技术，可减少爆破对边坡岩体的扰动。在某大型水电站边坡石方开挖中，通过精心设计预裂爆破参数，使边坡岩体的完整性得到有效保护，爆破后的边坡平整度满足设计要求。

2.静态破碎法

对于周边环境要求较高、不允许采用爆破作业的区域，可采用静态破碎法。将静态破碎剂注入钻孔中，利用其膨胀作用使岩石破碎。该方法施工安全、无振动、无飞石，但破碎效率相对较低，成本较高。

四、边坡支护技术

（一）锚杆支护技术

1.工作原理

锚杆支护是通过在边坡岩体中钻孔，插入锚杆并注入水泥砂浆，使锚杆与岩体紧密结合，将不稳定岩体与稳定岩体连接在一起，利用锚杆的锚固力来提高边坡的稳定性。锚杆的锚固力主要由锚杆与岩体之间的粘结力、锚杆的抗拔力提供。

2.施工要点

施工时，要确保钻孔位置、角度和深度符合设计要求。锚杆插入后，及时进行注浆，保证注浆饱满。对锚杆的材质、规格要严格检验，确保其强度满足设计要求。在某水库大坝边坡支护中，采用了全长粘结型锚杆，锚杆直径 25mm ，长度 6m ，间距2m×2m ，通过严格控制施工质量，边坡稳定性得到有效提升。

（二）锚索支护技术

1.工作原理

锚索支护是在锚杆基础上发展起来的，通过施加预应力，使锚索对岩体产生主动约束力，限制岩体变形，提高边坡的抗滑能力。锚索一般由钢绞线、锚具、注浆体等组成。

2.施工要点

锚索施工工艺较为复杂，包括钻孔、锚索制作与安装、注浆、张拉锁定等环节。钻孔要求垂直度高，以保证锚索能准确安装。锚索张拉时，要按照设计要求的张拉顺序和张拉力进行操作，确保预应力施加均匀。在某高陡边坡支护工程中，采用了预应力锚索支护，锚索设计拉力为 1000kN ，通过精确控制施工过程，边坡位移得到有效控制。

（三）喷射混凝土支护技术

1.工作原理

喷射混凝土支护是将混凝土通过喷射机高速喷射到边坡表面，形成一层混凝土防护层，保护边坡岩体免受风化、雨水冲刷等作用，同时提高边坡表面的抗冲刷能力和整体性。在喷射混凝土中可加入钢筋网、钢纤维等增强材料，进一步提高支护效果。

2.施工要点

喷射前要对边坡表面进行清理，确保喷射面干净、湿润。喷射混凝土的配合比要根据工程实际情况进行设计，保证混凝土的强度和喷射性能。喷射过程中要控制好喷射压力、喷射角度和喷射厚度，确保混凝土喷射均匀、密实。在某水利工程边坡支护中，采用了喷射 C25 混凝土，并铺设钢筋网的支护方式，有效防止了边坡岩体的风化剥落[3]。

（四）挡土墙支护技术

1.类型及工作原理

挡土墙按结构形式可分为重力式、悬臂式、扶壁式等。重力式挡土墙依靠自身重力维持稳定，通过墙身重量产生的抗滑力和抗倾覆力矩来抵抗土体的侧压力；悬臂式和扶壁式挡土墙则通过墙身结构和底板与土体之间的摩擦力来保持稳定。

2.适用条件

重力式挡土墙适用于高度较低、地基条件较好的边坡；悬臂式和扶壁式挡土墙适用于高度较高、地基条件较差的边坡。在某小型水利工程中，采用了重力式挡土墙对边坡进行支护，挡土墙采用块石砌筑，墙高 3m，有效阻挡了边坡土体的下滑。

五、边坡开挖与支护技术的联合应用

在实际工程中，单一的开挖或支护技术往往难以满足复杂的工程需求，通常需要将多种技术联合应用。例如，在高陡岩石边坡开挖中，先采用钻爆法进行开挖，开挖后及时进行锚杆、锚索和喷射混凝土联合支护。通过锚杆和锚索提供深部锚固力，喷射混凝土封闭边坡表面，形成一个完整的支护体系，有效提高边坡的稳定性。在某大型水电站的高边坡工程中，采用了分层分段开挖与锚杆、锚索、喷射混凝土、挡土墙联合支护的方案。在开挖过程中，每开挖一层，立即进行该层的支护施工，随着开挖的推进，逐步完成整个边坡的支护。通过这种联合应用的方式，成功解决了该高边坡的稳定性问题，确保了工程的顺利进行。

六、工程案例分析

（一）案例一：三峡水利枢纽工程边坡

三峡水利枢纽工程规模巨大，边坡工程复杂。在其边坡开挖与支护中，采用了多种先进技术。对于船闸高边坡，采用了分层分段开挖，结合预应力锚索、锚杆、喷射混凝土等支护技术。通过精确的爆破控制和高质量的支护施工，有效保证了边坡的稳定性。在施工过程中，对边坡位移、应力等进行实时监测，根据监测数据及时调整支护参数，确保了工程安全。

（二）案例二：小湾水电站边坡

小湾水电站坝址区地形地质条件复杂，边坡高度大。在边坡开挖与支护中，针对不同的地质条件采用了不同的技术方案。对于坚硬完整的岩体边坡，采用钻爆法开挖，并辅以锚杆支护；对于软弱破碎岩体边坡，采用预裂爆破、静态破碎等开挖方法，结合锚索、喷射混凝土、挡土墙等支护技术。通过科学合理的技术应用，成功解决了边坡稳定性问题，保障了工程的顺利建设。

七、结论

在水利水电工程中，边坡开挖与支护技术的合理应用是确保工程安全与稳定的关键。不同的边坡开挖与支护技术各有其特点和适用范围，在实际工程中，应根据工程地质条件、边坡高度、工程荷载、周边环境等因素，综合考虑选择合适的技术方案，并注重多种技术的联合应用。同时，随着科技的不断进步，边坡开挖与支护技术也在不断发展创新，智能化监测与预警技术、新型支护材料与技术的研发以及多学科交叉融合将为水利水电工程边坡的稳定性提供更有力的保障。施工单位和工程技术人员应不断学习和掌握新技术，提高工程施工质量和管理水平，确保水利水电工程的顺利建设与长期安全运行。

参考文献：

[1] 成万龙.分析水利水电工程施工中边坡开挖支护技术的应用[J].珠江水运, 2024(17):2.

[2] 张祖林.分析水利水电工程施工中边坡开挖支护技术的应用[J].建材与装饰：上旬, 2022(46):2.

[3] 汪海波.水利水电施工中边坡开挖支护技术分析[J].水上安全, 2024(14):169-171.