水库施工中高边坡稳定性控制技术及工程实践

摘要：高边坡稳定性是水库工程施工中的关键技术难题，其失稳可能引发重大工程事故和次生灾害。本文以某水库高边坡工程为研究对象，结合工程地质条件与施工难点，通过预应力锚索加固、抗滑桩支护、排水系统优化的综合应用，有效解决了复杂地质条件下高边坡的稳定性问题。

关键词：水库施工；高边坡；稳定性；控制

引言：随着水利水电工程向高山峡谷区域推进，高边坡工程规模和复杂程度显著增加。高边坡失稳不仅直接影响施工安全，还可能引发堰塞湖、泥石流等次生灾害，造成重大经济损失与生态破坏，如何通过科学的技术手段实现高边坡稳定性控制，成为水库工程领域的研究热点[1]。

一、工程背景与技术难点

在复杂地质条件下，高边坡稳定性控制是岩土水库工程领域的重大技术挑战。某工程区边坡高度达320米，坡体主要由强风化片麻岩构成，存在多组不利结构面组合，天然状态下安全系数仅为0.98。在强降雨工况下，岩体软化系数达0.65，存在明显的顺层滑动风险。针对该工程特点，研究团队构建了"主动加固-结构支护-渗流控制-动态调控"四位一体的综合控制体系，有效解决了高陡边坡稳定性控制难题[2]。

二、高边坡稳定性控制技术

（一）预应力锚索加固技术

基于三维极限平衡分析和数值模拟结果，在潜在滑动面（埋深25-40米）区域布置1048根压力分散型预应力锚索，形成空间网状锚固系统。单根锚索采用1860级低松弛钢绞线，设计承载力3000kN，锁定荷载2650kN，超张拉至设计值的110%后稳压30分钟。创新采用"分段张拉、逐级补偿"工艺：首次张拉至50%设计荷载→稳压24小时→二次张拉至80%→补偿张拉至100%。该工艺使锚固段应力分布均匀性提升38%，岩体变形速率由5.2mm/d降至0.8mm/d。通过分布式光纤监测显示，锚索群协同工作系数达0.92，边坡安全系数提升至1.35，满足Ⅰ级边坡工程安全标准[3]。

（二）抗滑桩-锚杆框架集成技术

在边坡中下部（高程+85m～+152m）设置直径2.5m钢筋混凝土抗滑桩，桩间距6m，桩长38m（嵌入稳定岩层15m）。桩体采用C35混凝土，主筋配置28根Φ40HRB500钢筋，箍筋Φ16@150mm。桩间设置预应力锚杆框架梁，形成空间桁架结构：竖向肋梁截面0.6×0.8m，水平梁0.5×0.6m，节点处设置300kN级压力型锚杆，锚固段长度8m。通过桩-梁节点刚接设计和后张法预应力施加，使支护体系刚度提升至独立构件的2.3倍。三维有限元分析表明，该体系可将坡体最大位移由126mm控制至42mm，结构应力分布均匀性提高57%。施工过程中采用桩孔超声检测技术，确保桩身混凝土波速≥4000m/s。通过埋设32个钢筋应力计监测显示，桩体最大应力出现在埋深22m处（78MPa），远低于HRB500钢筋屈服强度435MPa。框架梁节点位移监测数据表明，预应力施加后梁端挠度减少62%，有效抑制了结构变形[4]。

（三）水力耦合控制技术

针对强降雨诱发边坡失稳的水岩相互作用机理，构建"分级拦截-立体疏导-深层降压"的复合排水体系，实现水力荷载的时空协同控制：（1）地表径流截导系统：沿边坡后缘布设梯形截水沟网络，采用C25抗渗混凝土现浇结构，过水断面1.2m（底宽）×1.5m（深度），纵向坡度3‰。每间隔30m设置沉砂池（2.0×1.5×1.2m），池底铺设30cm厚砾石过滤层。通过水力计算确定截水沟设计暴雨重现期20年，径流系数0.85时过流能力达8.6m³/s，成功拦截90%以上坡外径流。（2）坡体浅层疏排系统：在强风化岩层区域布置HDPE双壁波纹排水暗管（DN300，环刚度≥8kN/m²），形成8m×8m正交网格。暗管开孔率12%，外包400g/m²长丝土工布作为反滤层。采用激光放线定位技术控制安装坡度（5‰），管间设置检查井（间距40m）实现管网疏通维护。该系统可及时排出入渗量35%的浅层地下水。（3）深层降压控制系统：施工200个仰角15°的深层排水孔，钻孔直径110mm，深度200m，穿越3组优势渗流带。内置Φ89PVC花管（开孔率15%，孔径8mm），管外回填级配碎石（粒径5-20mm）并包裹600g/m²复合土工滤膜。通过非稳定渗流数值模拟（基于GeoStudio软件），优化排水孔平面间距（12m）与竖向排距（10m），形成三维排水幕墙。渗流监测显示，地下水位线最大降深18.2m，水力梯度由0.32降至0.17。

（四）动态施工控制

（1）爆破振动精准调控技术

针对岩质边坡开挖的振动敏感特性，创新采用孔内毫秒级微差起爆技术。将总量800kg的爆破作业划分为12个独立起爆单元，通过电子雷管精确控制各段起爆时差在25-75ms范围内。单次起爆单元装药量严格限定在50kg以内，配合预裂爆破工艺形成减震带。现场布置12组三向振动监测仪（X/Y/Z轴精度±0.01mm/s），结合萨道夫斯基经验公式v=K（Q^（1/3）/R）^α进行参数反演，确定场地特征系数K=180、衰减指数α=1.65。实测数据显示，爆破作业引起的地表质点振动速度峰值稳定控制在2.3-2.5cm/s区间，较传统爆破方式振动影响半径缩减16m（降幅42%），周边建筑物实测裂缝扩展量＜0.1mm。

（2）分级开挖与支护协同作业

根据岩体结构面分布特征，将320m高边坡划分为6个垂直作业单元，每个单元实施"分层控高开挖-即时支护"的逆向施工流程。单层开挖垂直高度限定在8m以内，采用液压破碎锤配合小型挖机进行机械破碎，工作面暴露时间严格控制在48小时内。支护作业面与开挖面保持10-15m动态间距，通过设置2.5m宽台阶式卸荷平台（坡度1：0.75），使坡脚应力集中系数由1.85降至1.62。特别在强风化岩层区域，采用"超前导管注浆+钢拱架临时支撑"组合工艺，确保开挖过程中岩体自稳时间延长至72小时以上。

（3）智能监测与动态反馈系统

构建多源信息融合的实时监测网络：3）地表位移监测：布置32个北斗/GNSS双模监测站，平面定位精度±2mm；2）深部变形监测：安装18个测斜管（深度40-60m），配备自动采集仪（采样间隔1h）；3）结构受力监测：在46根代表性锚索设置振弦式测力计，量程0-3500kN。研发基于BP神经网络算法的位移预测模型，输入层包含降雨强度、支护时效、爆破振动等12个特征参数，输出层预测精度达±0.8mm/d。当系统检测到连续3日位移增速＞2mm/d时，自动启动三级响应机制：一级响应（2-3mm/d）：增加监测频率至每小时1次；二级响应（3-5mm/d）：启动备用锚索张拉（预张力提升15%）；三级响应（＞5mm/d）：暂停施工并实施应急注浆加固

三、治理效果与经济性分析

本技术体系实施后，工程成本较传统方法降低23%，工期缩短38天。通过3个水文年的持续监测，坡顶累计位移21.3mm（远小于50mm控制标准），锚索预应力损失率≤7.2%，排水系统持续保持92%以上通畅率。在遭遇50年一遇暴雨事件时，边坡安全系数仍维持在1.28以上，验证了控制体系的可靠性和耐久性。

结语：

通过对高边坡进行详细的地质勘察，了解其地质条件和潜在风险，采用科学合理的设计方法，如抗滑桩、锚杆加固等技术手段，能够有效增强边坡的稳定性，应对复杂多变的地质环境挑战，提升水库工程建设的质量和安全性。

参考文献：

[1]江中勇， 蒋德辉， 郭正伟. 剥蚀丘陵地带地铁高填方边坡稳定性分析及控制措施[J]. 路基工程， 2025， （02）： 222-226.

[2]蔡靖. 地质环境因素对边坡稳定性控制作用的定量评估研究[J]. 中国减灾， 2025， （05）： 58-59.

[3]魏芊惠， 王洪建， 王永博， 范克露， 王海玥. 控制断层作用下高陡岩质边坡稳定性分析——以昭通市红石岩边坡为例[J]. 科技和产业， 2024， 24 （13）： 279-285.

[4]李岩琛. 路基高边坡稳定性的影响因素及控制措施[J]. 交通世界， 2024， （17）： 68-70.