复杂地质条件下陡峭高边坡的设计及施工

变的特点，施工作业难度大，在正式施工前需选择科学合理的支护施工技术，对水利工程所在地的地质地貌、水文特点进行深入分析，确定最佳的边坡支护施工技术[2]。

1 工程概况
Mohmand 水电站项目（以下简称“本项目”）位于巴基斯坦KPK 省Mohmand 地区，由导流隧洞、面板堆石坝、溢洪道、引水洞、地面厂房、地面开关站等主要构筑物组成，由于电站水源Swat 河道狭窄，两侧山体呈深“V ”形，故本项目涉及大量的边坡开挖及支护，导流洞出口为本项目首先施工的边坡开挖及支护工程（以下简称“本工程”）。

由于本项目设计工程师团队为以巴基斯坦Nespak 公司牵头的多国联合体，设计理念较为激进，本项目设计边坡坡率大于GB 50330—2002《建筑边坡工程技术规范》中边坡坡率的允许值，因此，研究本工程的开挖支护手段及方法，可为本项目其他边坡施工以及类似工程施工提供参考依据。

本工程设计开挖量土方30 000 m 3、石方521 000 m 3，边坡开口线最顶部标高435 m ，边坡最底部标高360 m ，坡
随着社会经济水平的持续发展和人类各种生产生活需求的增长，水电站、公路、铁路等各种土木工程开始越来越多地向着复杂地形地势区域挺进。

边坡支护作为土木工程中最常见的几种施工措施之一，其数量和规模也呈现出了非常明显的增长趋势，具体表现为不同类型边坡数量越来越多，高边坡以及超高边坡数量的明显增加，以及边坡支护手段与方法的不断完善。

水利工程中的边坡支护具有复杂性，这不仅由其自身因素所决定，工程所处位置、地质条件、水文条件等也会对边坡支护施工产生影响。

水利工程是一种基于地理条件的施工项目，对施工场地的地质因素具有较高的依赖性[1]。

水利工程中的边坡支护施工是一项重要的施工内容，对工程的整体质量有着重要影响。

水利工程中边坡具有复杂多
作者简介：叶 华（1986—），男，本科，工程师。

通信地址：陕西省西安市高新区锦业路36号19楼（710077）。

电子邮箱：*****************收稿日期：2020-06-05
复杂地质条件下陡峭高边坡的设计及施工
叶 华1 王晓佳1 张小洋2 行宇阳1
1. 中国葛洲坝集团第三工程有限公司 陕西 西安 710077；
2. 中国葛洲坝集团勘测设计有限公司 湖北 宜昌 443000
摘要：巴基斯坦Mohmand水电站项目地质条件复杂，岩石风化强度大、破碎程度较高，主河道两侧山体呈深“V”字形。

工程师团队在保证安全的前提下，为节约业主投资，采用较为激进的设计理念，其边坡设计坡比大、支护手段简单，与国内相关规范及相关工程的施工经验形成了强烈对比。

为研究该边坡设计理念，系统梳理了导流洞出口边坡的详细设计、施工手段等，以期为陡峭边坡设计及施工提供不同的视角和案例依据。

关键词：复杂地质条件；强风化片岩；高边坡；设计及施工
中图分类号：TU753 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2020)11-2042-03 DOI：10.14144/ki.jzsg.2020.11.006
Design and Construction of Steep High Slope Under Complex
Geological Conditions
YE Hua 1 WANG Xiaojia 1 ZHANG Xiaoyang 2 XING Yuyang 1
1. China Gezhouba Group No.3 Engineering Co., Ltd., Xi’an, Shaanxi 710077, China;
2. China Gezhouba Group Investigation & Design Co., Ltd., Yichang, Hubei 443000, China
Abstract: The geological conditions of Mohmand hydropower station project in Pakistan are complex, with strong weathering and high degree of rock fragmentation. The mountains on both sides of the main river channel are in deep "V" shape. In order to save the owner's investment under the premise of ensuring safety, the team of engineers adopts a more radical design concept, which has a large slope ratio and simple supporting means, in sharp contrast to the relevant domestic codes and construction experience of related projects. To study the slope design concept, the detailed design and construction means of the exit slope of the diversion tunnel are systematically sorted out, in order to provide different perspectives and case bases for the design and construction of the steep slope.
Keywords: complex geological condition; strongly weathered schist; high slope; design and construction
高75 m，梯段高度5～10 m，戗道宽度不小于3 m，如图1所示。

根据DL/T 5353—2006《水利水电工程边坡设计规范》中关于水利工程边坡类别和级别的划分标准，本工程属于Ⅰ级边坡，工程安全等级为一级。

边坡支护综合采用喷射
混凝土、挂网、非张拉锚杆等支护手段。

图1导流洞出口三角网模型
导流洞出口段岩性主要为二叠系绿泥石云母片岩，风化程度为强风化-中等风化，岩石抗压强度5～20 MPa。

片理、层理非常发育，结构面平直光滑，结构面面间距2～5 c m，为薄层状构造，主要层理、面产状为N50°∠65°，岩层倾向、倾角与坡向基本一致，为顺向坡，不利于高边坡的稳定，岩体干燥，未见地下水。

本工程边坡设计坡率1∶0.4，根据GB 50330—2002《建筑边坡工程技术规范》中岩质边坡坡率参考表，本工程地质条件下对应的坡率取值范围应为1∶0.75～1∶1.00，远小于本工程边坡设计坡率。

由于包括边坡坡率过大、地质缺陷处理不到位等在内的各种因素产生的组合作用，会导致边坡发生滑动、溃屈、倾倒、崩塌、拉裂、流动等失稳现象，进而对构筑物的使用功能或使用安全造成影响。

通过研究本工程的设计、施工、监测等一系列成果，可为类似项目的施工提供类比依据。

2 边坡治理理论与措施
2.1 岩质边坡设计理论
纵观人类社会发展史，特别是工业化之后，随着人类活动的延伸和各种机械设备的大规模应用，边坡治理的理念及手段也不断完善。

目前，关于边坡治理较为常用的措施有：减载、边坡开挖及压坡、排水和防渗、坡面防护、边坡锚固、支挡结构。

其中，减载、边坡开挖及压坡、排水和防渗属于治理措施，坡面防护、边坡锚固、支挡结构属于加固措施，不同治理和加固措施又包含多种施工方法。

在不同边坡治理过程中优先采用治理措施，若治理措施无法满足要求，再考虑加固措施。

根据不同边坡的地形、地质、水文等特点选择不同的治理及加固措施，并根据项目情况选择不同的施工方法。

2.2 排水及防渗
根据边坡抗滑稳定性计算常用的毕肖普法或摩根斯坦-普拉斯法计算方法，岩土中水含量的升高将导致滑动底面有效凝聚力和内摩擦角的降低，从而导致坡体稳定性变差，因此，在边坡治理中，排水及防渗是一项关键的防治措施。

本工程设计的边坡排水措施包括地表排水、坡体排水2种。

地表排水：在本工程开口线顶部设置了一条梯形的截水沟，截水沟纵向坡度2%，将坡体上部的地表水截流至下游冲沟内，自然排放。

本工程边坡共设9个梯段，自上而下第4级马道设置为一条宽10 m的道路，各马道及道路靠近坡脚侧设置一条截排水沟，用以截流本坡体排水，各马道截水沟纵向坡度2%，截水沟在马道最下游侧汇入梯段排水沟。

在本工程施工期间，汇水经梯段排水沟排入设置在基坑底部的临时泵站，最后泵送排至围堰外河道；在本工程使用阶段，汇水经梯段排水沟排入导流洞出口的水流之中。

坡体排水：由于本工程所处位置岩石破碎、地质条件较差，在设计边坡排水时，设计人员分别设置了坡体排水孔及坡面泄流孔。

坡体排水孔呈菱形布置，孔距4 m，排距2 m，排水孔长9 m，与水平面呈20°夹角向下倾斜，排水孔内设φ50 mm的PVC排水花管，插入坡体内的PVC管端包裹土工织物作为反滤材料。

坡面泄流孔位于梯段边坡底部，孔距4 m，泄水孔长0.3 m，与坡体排水孔平行，泄水孔内设φ50 mm的PVC排水管，插入坡体内的PVC管端包裹土工织物作为反滤材料。

2.3 边坡加固
岩石边坡的破坏具有一定的突发性，通常爆发于瞬间，且破坏力巨大，造成的损失惨重。

为此加强边坡破坏前的防护，很有必要。

由于本工程坡体岩石风化强度高，新鲜的开挖面存在浅层崩塌、滑落等风险，影响边坡的耐久性及正常使用。

结合本工程的地质情况，本工程边坡加固包含了坡面防护及边坡锚固2种措施。

坡面防护：本项目设计了2条平行的导流洞，根据设计者的初衷，导流洞在完成导流任务后其中一条将改建为冲砂洞，作为永久结构使用，其使用寿命与工程主体一致，为100 a。

在本工程运行过程中，边坡承受的主要外力为雨水冲刷及导流洞（或冲砂洞）尾水的淘刷以及随时间增长的坡面风化等作用。

由于边坡坡率较大，不适宜种植植被及设置格构梁，故在保证边坡理论安全的前提下，坡面防护设置了2层喷射混凝土及1层钢筋网片。

底层喷射混凝土厚50 mm，面层喷射混凝土厚75 mm，抗压强度35 MPa；钢筋网片网孔100 mm×100 mm，钢筋直径6 mm，单根钢筋抗拉强度不小于540 MPa，网片间搭接20 cm。

边坡锚固：锚杆支护是一种主动支护形式，具有支护效果好、支护成本低等诸多优点，在国内外已得到广泛应用[3]。

对于边坡的浅层锚固，非预应力锚杆的主要作
用是将节理裂隙发育、风化严重的表层岩体与结构相对
稳定的深层基岩进行锚固，防止边坡沿滑动破坏面发生滑动失稳。

本工程采用非预应力锚杆进行边坡锚固，设计锚杆孔孔径72 mm，锚杆孔向与坡面垂直，锚杆孔间距4 m×4 m；用于边坡锚固的非预应力锚杆采用φ32 mm、长10 m的高屈服强度变形钢筋镀锌制作而成，锚杆垫片为厚12 mm、呈正方形（边长20 cm）的镀锌钢板；锚杆孔采用水泥浆进行灌注，灌注期间无压力，28 d龄期的水泥灌浆强度不小于28 MPa。

3 主要施工技术
3.1 边坡开挖
左岸坝肩边坡开挖采取预裂爆破、梯段微差爆破的方法自上而下分层进行，梯段高度5～10 m。

马道位置预留2.0 m保护层，保护层采用手风钻造水平孔，光面爆破。

主要石渣选用1.6 m3反铲配合渣土车马道出渣，其余石渣采用“推渣下坡，下级马道出渣”的方式进行。

边坡加固紧跟开挖面，有效地解决了不良地质岩面开挖成形困难及岩体浅层稳定等问题[4]。

主爆孔采用金科590C履带式液压潜孔钻造孔，孔距3～5 m，排距3.0～3.5 m，长度根据梯段高度进行调整，一般为梯段坡面长度减去2.0 m，主爆孔从上到下依次分为堵孔段、缓冲段、常规段、加强段。

标准边坡爆破孔各段参数如表1所示，其中，堵孔段采用钻渣或细砂回填。

表1
主爆孔不同爆段参数
常规爆破段的长度根据主爆孔的长度进行调整，在高度较小的爆破梯段，如果爆破孔的长度小于6 m，则不设缓冲段。

周边孔孔径90 mm，其设计方向与长度与当前梯段主爆孔一致，平均线装药密度225 g/m，孔底装药900 g，所有炸药均采用φ32 mm的乳化炸药，堵孔长度1.2 m。

3.2 坡面防护
喷射混凝土采用湿喷法施工，骨料最大粒径9.5 mm。

施工前，对坡面裂缝、凹坑等先勾缝、填补，使得坡面平顺整齐，坡面的浮土、碎石等需用湿喷机的气嘴冲洗干净，并适当地喷水保持受喷面湿润。

主体施工前需选择合适地方进行喷射混凝土大板试验，以确定最佳的配合比。

喷射作业时，应自上而下进行，喷嘴应垂直于坡面，与坡面保持0.6～1.2 m的距离。

喷射面周边与未防护坡面的衔接处应做好封闭处理，防止雨水侵入。

经现场试验，本工程的边坡选用的喷射工作压力在350～500 kPa之间较为合适，此时喷射混凝土回弹量为10%～14%。

项目所在区温度较高，喷射混凝土初凝之后，应立即覆盖麻袋并洒水养护，防止由于水分挥发过快导致喷射混凝土无法充分凝结，从而导致喷射混凝土强度降低。

3.3 边坡锚固及排水
底层喷射混凝土施工完成后，采用多臂钻或者履带式潜孔钻进行锚杆孔及排水孔钻孔，锚杆钻孔完成之后将孔内粉尘、石渣等用高压气管清理干净。

孔轴线应保持顺直，其轴向偏差不应超过5 cm。

非张拉锚杆上每隔1.5～2.0 m捆绑一组对中架，每组对中架3片，呈梅花形均布于锚杆周围，锚杆插入坡体一段设置一组对中架。

锚杆放置到位之后采用孔底注浆法注入水泥净浆，灌浆管应插至距离孔底50～100 mm处，待水泥浆从锚杆孔向外溢出时用麻袋片将锚杆孔与锚杆之间的间隙进行封孔，迅速拔出注浆管。

注浆完成之后3 d内不得敲击、摇动锚杆，不得在锚杆上悬挂重物，待浆液达到设计强度的75%之后，方可开始安装网片、垫板等。

排水孔钻孔前按照图纸要求将钻杆调整至设计角度，在钻孔及网片安装完成之后，将有坍孔的排水孔进行二次清孔，随后将排水花管插入坡体一侧用土工织物包裹紧密后插入排水孔，外露端用麻袋包裹封孔。

待面层喷射混凝土施工完成之后，方可去除排水孔外露端包裹的麻袋。

4 试验及监测
4.1 锚杆拉拔试验
在锚杆施工前，选择1#导流洞出口永久边坡最顶部的梯段进行了3组锚杆抗拉拔力试验。

本试验所选用的拉力器为最大荷载300 kN的锚杆拉拔仪。

第1、2组（RB01、RB02）试验分7级加载荷载，第3组（RB03）试验分6级加载荷载。

本试验加荷速度为60～80 kN/min，每级持荷时间为3 min，卸荷速度为180～250 kN/min。

在规定的持荷时间内，3组试验锚杆或单元锚杆的位移增量均未超过规范规定标准，也未出现明显的锚杆拉脱现象，且锚杆杆体均未出现破坏的迹象，因此，本次抗拉拔试验是成功的。

本工程边坡施工完成之后，按照每100根锚杆为一个抽样单元进行了单循环张拉验收试验，试验结果均满足设计要求。

4.2 喷射混凝土试验
在边坡支护前，需进行28 d强度的喷射混凝土试验，包含抗压强度试验、黏结强度试验、抗弯强度试验3种。

（下转第2048
页）
周星中、段运华: 塔吊基础创新布置技术在装配式项目中的应用
工种以及安装分包队伍，加强作业人员管理是保证本工法实施成功的关键。

1）在小塔吊安装前、拆除前以及大塔吊安装前，项目部对所有管理人员、作业人员进行安全、技术交底与培训，确保现场所有的管理人员及技术人员均掌握塔吊基础转换操作要求。

2）要求安装人员人证合一，由安拆分包的项目负责人现场带班，确保操作符合规范要求。

5 方案实施效果
目前，项目已完成4台塔吊的全部大小塔转换，塔吊使用正常，经第三方风控单位评估，塔吊均处于安全、可靠状态。

小塔吊在旋转布置、最大独立安装高度工况下，大塔吊在附墙工况下，成功抵御多次超强台风袭击，在安装与使用期间，塔吊基础未发生开裂、沉降等安全事故。

本工程塔吊使用周期预计为18个月，如按常规装配式项目4台QTZ250或QTZ315塔吊布置，费用预计约544万元。

采用“一基二用”大小塔转换后：4台QTZ80塔吊使用周期11个月，费用为78万元；现场主体阶段进行预制构件吊装前对塔吊布置进行二次优化，实际采用2台QTZ315大塔吊组合2台QTZ160中型塔吊，费用为200万元。

因此，实际成本合计为278万元。

由此可知，通过塔吊基础“一基二用”布置优化，项目共计节约塔吊使用成本约266万元。

6 结语
本文阐述了塔吊基础创新布置技术在装配式项目中的应用。

应用结果表明，塔吊基础“一基二用”施工技术可以很好地起到缩短工程周期、节约工程成本的作用。

另外，采用该技术所建造的塔吊具有较高的质量保障，且符合相关质量标准。

因此，对装配式建筑塔吊基础“一基二用”
施工基础进行推广应用具有一定的现实意义。

[1] 岳晨曦,从卫民.混凝土预制拼装多用塔机基础的技术研究[J].建筑
科学,2005(5):92-95.
[2] 邓阳,李坚,唐仕川,等.装配式预应力混凝土塔机基础经济性分析
[J].中国标准化,2018(18):192-193.
[3] 王军平.预制拼装塔机基础在工程中的应用[J].山西建筑,2012,38
(10):262-263.
[4] 赵坚.塔式起重机基础“一基二用”施工技术[J].浙江建筑,2014,
31(6):40-42.
（上接第2044页）
在边坡支护前，选择与施工现场环境条件一致的地方进行喷射混凝土生产性试验，试验模具为长宽均为1 m、高0.2 m的钢板模具，共2组，每组模具2个，摆放角度与水平面分别呈60°、75°（本工程边坡主要坡度为68°），模具内表面涂刷模板油。

喷模前，先在模具周边的坡面进行喷射，待操作稳定后将湿喷机喷头移至模具位置，自下而上逐层喷混凝土，直至模具喷满。

模具中的喷射混凝土在与现场等同的环境下养护3 d后脱模，转移至试验室进行标准养护，此时要特别注意的是，喷射完成之后3 d内禁止对模具进行明显移动或对其有较为明显的振动影响。

喷射混凝土试验取样范围为除模具周边12 cm以外的其他区域，根据技术条款要求，抗压强度试块取样为直径100 mm的圆柱体，高100 mm，采用钻心法制取，试块尺寸允许偏差不超过10 mm，试验过程加荷速率为5 kN/s；抗折强度试块取样为75 mm×125 mm×600 mm的长方体，采用小梁试验验证其抗弯强度。

4.3 边坡变形监测
本工程边坡监测主要采用了施工期爆破振动监测及边坡坡体变形监测2种手段。

通过爆破振动监测，对爆破参数进行了优化，有效降低了爆破施工对永久边坡造成的二次危害。

通过坡体变形监测，针对部分变形区域提前采取了加固支护措施，有效地控制了边坡的滑动，降低了边坡失稳风险。

5 结语
Mohmand水电站项目地质条件复杂，主河道与两侧山体呈“V”字形布置，涉及大量的边坡开挖及支护，边坡岩石情况破碎，风化强度较高。

按照欧美工程师较为激进理念设计的，由中国承包商施工的强风化片岩陡峭高边坡在本工程中得到了成功的应用。

导流洞出口边坡开挖及支护的成功实施，不仅验证了工程师较为激进的设计理念，同时，对本项目其他边坡施
工以及类似工程施工提供了一定的类比依据。

[1] 罗俊,刘运凤,秦敏.水利工程施工中边坡开挖支护技术的应用研究
[J].珠江水运,2015(2):72-73.
[2] 陈建华.关于水利水电施工工程中边坡开挖支护技术研究[J].华东
科技:学术版,2016(8):110.
[3] 孙晓明,王冬,王聪,等.恒阻大变形锚杆拉伸力学性能及其应用研
究[J].岩石力学与工程学报,2014(9):1765-1771.
[4] 周强,王学斌,刘学.锦屏一级水电站坝肩高陡边坡开挖施工技术
[J].人民长江,2009(18):40-41.。