水利水电工程施工中边坡开挖支护技术的应用

引言：水利水电工程多位于峡谷、河流等地质条件复杂区域，边坡开挖过程中易受岩土体性质、水文条件及施工扰动影响，导致边坡失稳、滑坡等事故，我国水利水电工程事故中约 30% 与边坡治理不当相关。传统支护技术如重力式挡墙、抗滑桩等存在适应性差、成本高、施工周期长等缺陷，研究边坡开挖支护技术的创新应用，对于提升工程质量、保障人员安全具有重要意义[1]。

一、边坡开挖支护技术的核心要素

（一）地质勘察与边坡稳定性分析

地质勘察是支护设计的基础，通过钻探、物探、原位试验等手段获取岩土体物理力学参数（如内摩擦角、黏聚力、渗透系数等），并结合地质构造、水文条件进行综合分析。例如，在软岩地层中，需重点评估岩石风化程度及遇水软化特性；在断层破碎带区域，需分析结构面产状及组合关系对边坡稳定性的影响。稳定性分析可采用极限平衡法（如Bishop法、Janbu法）或数值模拟法（如FLAC3D、PLAXIS）。对于复杂边坡，建议结合两种方法进行对比验证，以提高计算结果的可靠性[2]。

（二） 支护技术分类与选型原则

根据边坡高度、地质条件及工程需求，支护技术可分为以下类型：（1）刚性支护：如混凝土挡墙、抗滑桩，适用于低矮边坡或永久性支护。（2）柔性支护：如锚杆（索）、土钉墙，通过主动加固岩土体实现稳定，适用于中高边坡或临时支护。（3）复合支护：结合刚性结构与柔性加固（如预应力锚索框架梁），广泛用于高陡边坡治理。选型需遵循“安全优先、经济合理、环保协调”原则。例如，在三峡工程永久船闸边坡治理中，采用“预应力锚索 + 混凝土喷护”复合方案，有效解决了高陡边坡变形控制难题[3]。

二、边坡开挖支护施工关键技术

（一）开挖工艺优化

（1）边坡开挖需“自上而下、分层开挖”。每层开挖高度宜控制在 3-5 米范围内，通过分层分段作业减少单次卸荷对边坡岩土体的扰动，确保施工期稳定性。针对岩质边坡，在轮廓线附近实施预裂爆破技术：预先钻孔并装药爆破，形成平整光滑的临空面，可显著降低爆破振动波对保留岩体的损伤，避免超挖或欠挖。（2）同步完善排水系统。坡顶设置截水沟拦截地表径流，坡面布设排水孔及时疏排地下水，有效控制孔隙水压力升高，防止因水力作用诱发边坡失稳。开挖过程中需动态监测坡体位移与地下水位，发现异常立即暂停作业并采取加固措施[4]。

（二）支护结构施工要点

（1）锚杆（索）施工：钻孔方向必须垂直岩体结构面或主滑方向，孔径偏差不超过 ±20 毫米，孔深误差小于 500 毫米。注浆材料选用水泥砂浆或化学浆液，压力严格控制在 兆帕区间，确保浆液充分填充孔壁裂隙，形成完整锚固体。（2）喷射混凝土施工：混凝土配合比需满足C25 以上强度及P6 抗渗标准。采用湿喷工艺减少回弹（率低于 15% ）及粉尘污染，喷射厚度误差控制在 ±10 毫米内，喷射后及时覆盖养护，防止早期开裂。（3）预应力锚索张拉：张拉过程分级加载，每级荷载为设计值的 20%-30% ，每级稳压持荷时间不少于10 分钟，最终锁定荷载不得低于设计值的 90% ，张拉完成后 48 小时内完成封锚防腐处理。

（三）施工质量控制

（1）材料源头把控：钢筋、水泥、锚具等进场材料必须按批次抽检，抗拉强度、延伸率等关键指标合格率须达 100% ，不合格材料严禁投入使用。（2）工序验收管理：实行工序交接检验制度：锚杆施工后按 3% 比例进行抗拔力试验（抗拔力≥设计值 1.5 倍）；喷射混凝土每 500 平米检测一次厚度及强度；预应力锚索张拉数据全程记录备查。（3）信息化协同控制：应用 BIM 技术构建边坡三维地质模型，集成施工进度、监测数据（如测斜仪、应力计读数）与设计参数。通过平台实时比对分析，出现位移速率超预警值（ >2mm/d ）时自动触发报警，指导动态调整支护方案。

三、边坡监测与安全预警体系

（一）监测内容与方法

（1）边坡稳定性监测需构建“地表 - 深层 - 应力 - 水文”四位一体的监测网络。地表位移监测采用高精度全站仪（测角精度 ⩽1^′′ ″）或 GNSS 定位系统（静态定位精度 ±2mm+0.5ppm ），沿坡肩、坡脚及潜在滑裂区按 20-30m 间距布设观测点。监测周期与施工进度联动：开挖阶段每日 1 次，暴雨后加密至每日 3 次，数据突变时实时跟踪。（2）深部位移监测通过预埋测斜管（孔径⩾110mm ）实现，采用伺服加速度计式测斜仪（分辨率 0.1mm/m ）捕捉 10m 、20m 、 30m 等关键深度位移量。对破碎岩体增设多点位移计（精度 ±0.1%FS ），锚固点深入稳定岩层 ⩾5m. 。应力应变监测重点针对支护结构：在代表性锚杆（索）体安装振弦式应变计（量程 3000με ），钢支撑部位贴片式应变片组网监测，数据采集仪每 30 分钟自动记录。（3）地下水动态监测采用渗压计（精度 ±0.1%FS）实时传输孔隙水压力，钻孔位置依据地质雷达探测的裂隙发育区确定。监测孔深达潜在滑面以下 2m ，孔内填充透水砾料，孔口设防淤装置。所有监测数据通过物联网终端（LoRa 协议）实时上传至数据中心，异常数据自动标红预警。

（二）预警机制与应急措施

（1）预警阈值动态设定采用“双控原则”：一级警戒值基于数值模拟（FLAC3D 或 GeoStudio 分析）设定，如坡顶水平位移速率 >3mm/d 或累计位移>50mm ；二级危险值结合历史监测趋势修正，如深部位移突变率 >5mm/d 或锚索应力骤增 > 设计值 80% 。阈值每施工阶段更新并现场公示。（2）三级应急响应流程：1）蓝色预警（指标超警戒值 80% ）：启动加强监测（频率提升3 倍），排查排水系统堵塞、爆破振动源；2）黄色预警（达警戒值）：暂停开挖作业，实施临时加固（如坡脚反压堆载、补充锚索）；3）红色预警（达危险值）：立即撤离 500m 范围内人员设备，启动预应力锚索补偿张拉（增量 10%-15% ）或坡面主动防护网覆盖。

结语：

边坡开挖支护技术是水利水电工程安全施工的关键，地质勘察的精准性直接影响支护方案合理性，需强化多手段综合勘测，复合支护技术（如锚索 + 喷射混凝土）在高陡边坡治理中具有显著优势，信息化施工与动态监测是保障边坡稳定的重要手段，需贯穿工程全周期。未来研究可聚焦于智能监测设备（如光纤传感）的应用及支护结构耐久性提升，以适应更复杂的工程环境。

参考文献：

[1] 孙西欢 . 水利工程施工中边坡开挖支护技术的应用研究 [A] 智慧建筑与智能经济建设学术研讨会论文集（一）[C]. 重庆市大数据和人工智能产业协会、重庆建筑编辑部、重庆市建筑协会, 重庆市大数据和人工智能产业协会 , 2025: 4.

[2] 车永春. 水利工程施工中边坡开挖支护技术应用概述[J]. 全面腐蚀控制,2025, 39 (04): 118-119+132.

[3] 郭建 , 王蒙 , 赵杰 . 水利水电工程施工中边坡开挖支护技术运用策略研究 [A] 人工智能与经济工程发展学术研讨会论文集 [C]. 重庆市大数据和人工智能产业协会、西南大学、重庆工商大学、重庆建筑编辑部 , 重庆市大数据和人工智能产业协会 , 2025: 4.

[4] 吴若冰 , 张腾 . 水利工程施工中边坡开挖支护技术的应用 [J]. 治淮 ,2025, (03): 47-48.