構(gòu)皮灘大壩壩基開挖施工

魏學(xué)元

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

1 工程概況

構(gòu)皮灘電站大壩壩基主要座落在P1m1－1巖層上，巖體主要為Ⅰ、Ⅱ類巖體，部分為Ⅲ類巖體，局部存在Ⅳ～Ⅴ類巖體。

河床開挖施工內(nèi)容包括：大壩基坑高程435 m以下河床清碴、土石方明挖、斷層夾層及溶洞槽挖和集水井及止水基座石方槽挖。

2 施工進(jìn)度及完成工程量

2.1 施工進(jìn)度

開挖施工自2005年3月8日開始，2005年5月底將大壩基坑開挖至415 m高程。因?qū)ɑ娓叱虄?yōu)化，按照業(yè)主、監(jiān)理要求，開挖至415 m高程暫停施工，并要求對415 m工作面進(jìn)行清理，以便設(shè)計單位進(jìn)行地質(zhì)勘測。2005年7月2日最終確定建基面高程為410 m,2005年8月3日開挖完成。

2.2 完成工程量

完成的主要工程量見表1。

表1 壩基開挖完成主要工程量表 m3

3 施工程序

3.1 高程435 m～415 m開挖施工程序

高程435 m～415 m開挖施工程序按照 “自上而下、分層梯段進(jìn)行開挖”。

3.2 壩基保護(hù)層開挖施工程序

壩基保護(hù)層開挖按照“先中間、后兩邊”程序進(jìn)行施工。即：先在壩基中部沿上、下游方向進(jìn)行抽槽開挖，抽槽寬度（7～8）m，為左、右側(cè)保護(hù)層開挖創(chuàng)造臨空面，然后在左、右側(cè)展開兩個工作面分別進(jìn)行鉆爆施工。

4 施工方法

4.1 左、右岸壩基開挖

左、右岸壩基頂部開挖高程為435 m，底部開挖高程為410 m，開挖高差達(dá)25 m，考慮建基面為圓滑扭曲面、且每一層坡面角度均有變化，因此采用不同的開挖方法。

（1）高程435 m～425 m開挖。

由于左、右岸高程435 m～430 m和高程430 m～425 m兩層坡面角度基本一致，為加快進(jìn)度，作為一層施工：其中右岸采用高風(fēng)壓CM-351鉆機(jī)造孔、預(yù)裂爆破技術(shù)一次成型，為避免鉆孔施工時局部遇硬巖出現(xiàn)飄孔而造成欠挖現(xiàn)象，爆破設(shè)計時將425 m高程建基面按超挖 （20～30）cm控制；左岸因高程435m以上標(biāo)段開挖時在437m～435m高程段存在欠挖（約50cm），無法采用CM-351鉆機(jī)造孔、預(yù)裂爆破一次成型，因此按照預(yù)留厚保護(hù)層方案進(jìn)行施工。

（2）高程425 m～415 m開挖。

左、右岸高程430 m～425 m層與高程425 m～410 m邊坡角度變化較大，且角度由陡到緩變化，采用預(yù)留厚保護(hù)層方案進(jìn)行施工，緊鄰建基面炮區(qū)高程425 m～415 m按一個梯段鉆孔爆破，梯段高度分別為10 m。保護(hù)層與外側(cè)爆區(qū)之間布置施工預(yù)裂孔，孔距2.0 m，孔深約10 m，裝藥結(jié)構(gòu)為 Φ32 mm藥卷連續(xù)裝藥（線裝藥密度1 000 g/m）。壩基面預(yù)留保護(hù)層厚度：按照高程435 m以上壩肩開挖經(jīng)驗，保護(hù)層預(yù)留厚度上部為（1.5～2.0）m，底部為（0.8～1.0）m。保護(hù)層采用YT-28手風(fēng)鉆沿壩基面造孔，按照（2.8～3.0）m一層自上而下逐層光爆技術(shù)剝挖成型。

4.2 上、下游邊坡開挖

（1）高程 435 m～430 m（427 m）邊坡開挖。

上、下游邊坡開挖在435 m高程預(yù)留一定厚度的保護(hù)層，采用手風(fēng)鉆沿設(shè)計輪廓線造孔、小梯段分層光爆技術(shù)開挖成型。上游直立邊坡預(yù)留1.5 m厚保護(hù)層，下游邊坡在435 m高程預(yù)留1.2 m厚保護(hù)層、在427 m高程CM-351鉆機(jī)一次鉆爆到位。

（2）高程430 m（427 m）以下邊坡開挖。

上游高程430 m以下邊坡為坡比和孔深均在變化的扭曲坡面，左、右兩岸坡段采用預(yù)裂（或光面）爆破技術(shù)成型坡面。

4.3 河床建基面開挖

河床梯段鉆爆開挖分兩層進(jìn)行，分層高程為425 m；建基面上部預(yù)留不小于2 m厚垂直保護(hù)層，并對上一梯段開挖采用孔間微差爆破，控制最大單響藥量不超過300 kg。保護(hù)層開挖采用手風(fēng)鉆造孔，大壩建基面保護(hù)層實施水平預(yù)裂或光面爆破成型，本標(biāo)段水墊塘部分建基面保護(hù)層實施垂直孔加柔型墊層方案進(jìn)行開挖施工。

（1）抽槽開挖:壩基保護(hù)層開挖施工前先從中部進(jìn)行抽槽開挖。

抽槽開挖分兩層進(jìn)行施工，首先采用CM-351鉆機(jī)進(jìn)行上層高程415 m～411 m鉆爆，底部預(yù)留1.0 m厚采用手風(fēng)鉆造孔按垂直孔加柔性墊層方案進(jìn)行挖除。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，兩層開挖均以壩基下游側(cè)低洼處凹槽作為臨空面。

為確保上部高程415 m～411 m層采用CM-351鉆爆時建基面不受破壞，需要對鉆爆參數(shù)進(jìn)行控制：藥卷直徑控制Φ60 mm以內(nèi)（若無Φ50 mm或Φ60 mm，現(xiàn)場可采用3支Φ32藥卷綁扎替代），裝藥時孔底采用竹片抬高、增設(shè)20 cm空氣墊層，聯(lián)網(wǎng)時最大段單響藥量控制在15 kg左右。

底部1.0 m厚保護(hù)層按水平光爆法進(jìn)行挖除施工,保護(hù)層開挖鉆孔時超深控制15 cm，裝藥時孔底采用竹片抬高形成15 cm空氣墊層，按排間微差聯(lián)網(wǎng)起爆，最大段單響藥量控制5 kg以內(nèi)。

（2）基礎(chǔ)保護(hù)層高程415 m～411 m層開挖。

大壩基坑高程415 m～411 m層開挖采用CM-351鉆機(jī)造孔施工，為確保保護(hù)層開挖施工質(zhì)量，根據(jù)保護(hù)層開挖爆破試驗成果，施工中對鉆孔參數(shù)和爆破參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

主要控制措施：

a、垂直爆破孔孔底增加20 cm高空氣墊層（裝藥時采用竹片綁扎，將炸藥抬高20 cm）。

b、控制爆破孔裝藥直徑，盡量按照“密炮孔、小藥卷、少藥量”原則施工，現(xiàn)場采用3Φ32 mm（相當(dāng)于Φ55 m藥卷）綁扎裝藥，單孔裝藥量控制在3.0 kg左右。

c、施工中嚴(yán)格控制主爆孔最大段起爆單響藥量在15 kg以內(nèi)。

（3）基礎(chǔ)保護(hù)層高程411 m～410 m層開挖。

壩基中部抽槽開挖完成、高程415 m～411 m主爆層爆除后，兩側(cè)預(yù)留的高程411 m～410 m保護(hù)層開挖以此為臨空面，同時展開兩個開挖工作面分別向左、右岸兩端循環(huán)推進(jìn)。

高程411 m～410 m保護(hù)層開挖采用水平光爆法一次爆除施工，每循環(huán)推進(jìn)3.6 m，水平光爆孔利用手風(fēng)鉆造孔，根據(jù)爆破試驗推薦參數(shù)，光爆孔孔距60 cm，線裝藥密度控制在200 g/m。

5 爆破設(shè)計

5.1 梯段爆破

梯段分層開挖，采用從中部開挖先鋒槽的方式，創(chuàng)造良好的臨空面，在設(shè)計邊坡7.5 m以外的大面積開挖采用梯段爆破。

梯段爆破主要鉆爆參數(shù)見表2。

表2 梯段爆破鉆孔參數(shù)表

5.2 邊坡預(yù)裂（光面）爆破

永久邊坡采用預(yù)裂（或光面）爆破技術(shù)成型。預(yù)裂孔（或光爆孔）至少超前第二排緩沖孔100 ms以上起爆，預(yù)裂（或光面）爆破緩沖孔間排距、裝藥量較前排梯段爆破孔減少1/2～1/3。

預(yù)裂（或光面）爆破鉆爆參數(shù)見表3。

表3 預(yù)裂（或光面）爆破鉆爆參數(shù)表

5.3 水平建基面爆破

（1）壩基中部抽槽開挖主要爆破參數(shù)具體見表4。

表4 壩基中部抽槽開挖主要爆破參數(shù)表

（2）壩基高程415 m～高程411 m保護(hù)層開挖主要爆破參數(shù)具體見表5。

表5 壩基保護(hù)層高程415～411 m開挖主要爆破參數(shù)表

（3）壩基高程411 m～410 m保護(hù)層水平光爆法開挖主要爆破參數(shù)具體見表6。

表6 壩基保護(hù)層高程411～410m開挖主要爆破參數(shù)表

5.4 控制爆破

對本工程的開挖采用預(yù)裂爆破減少爆破轟波對開挖邊坡的影響、梯段爆破控制單響藥量等控制爆破措施，對新澆混凝土、新噴混凝土、錨桿施工鄰近開挖施工進(jìn)行控制爆破，根據(jù)質(zhì)點安全振動速度嚴(yán)格控制單響藥量，通過控制單響藥量將爆破震動控制在設(shè)計允許的安全范圍內(nèi)。

根據(jù)《水利水電工程爆破施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5135—2001）附錄B、附錄B1，質(zhì)點振動速度傳播規(guī)律的經(jīng)驗公式如下：

式中V——質(zhì)點振動速度，由附錄B查得混凝土齡期7～28 天，V 為 5～7cm/s，取 V=6 cm/s。

Q——爆破時藥量分布的幾何中心至控制點的距離，m。

K，a——與場地地質(zhì)條件、巖體特性有關(guān)的系數(shù)，對于壩基硬巖定為 K=150，a=1.7。

根據(jù)以上條件，可計算出新（噴）混凝土安全距離允許的最大單響藥量見表7。

表7 安全距離與最大單響藥量關(guān)系表

6 質(zhì)量情況

6.1 開挖工程質(zhì)量控制

（1）開挖前，根據(jù)設(shè)計參數(shù)選擇有代表性的不影響整體開挖效果的部位進(jìn)行爆破試驗，以求獲得最佳的施工爆破參數(shù)。

（2）根據(jù)試驗獲得的最佳爆破參數(shù)進(jìn)行開挖設(shè)計，然后由測量人員根據(jù)設(shè)計圖紙放出孔位、孔深；鉆孔、裝藥聯(lián)網(wǎng)由施工部和質(zhì)量部全程監(jiān)控，裝藥前由質(zhì)量部對孔深、孔斜、孔距、排距等進(jìn)行檢測，合格后才允許裝藥，裝藥聯(lián)網(wǎng)經(jīng)質(zhì)檢部門驗收合格后報監(jiān)理工程師批準(zhǔn)，聯(lián)營體安全部確認(rèn)警戒安全后才允許放炮。

（3）放炮完畢由專業(yè)炮工檢查安全后才能進(jìn)行下一工序施工。

（4）邊坡開挖均采用預(yù)裂爆破，水平建基面采用采用柔性墊層一次爆破和采用水平預(yù)裂爆破。

6.2 開挖工程質(zhì)量評價

構(gòu)皮灘水電站設(shè)計和招標(biāo)文件明確規(guī)定不準(zhǔn)欠挖，開挖過程中嚴(yán)格按此要求進(jìn)行控制。通過質(zhì)量控制，建基面殘留炮孔痕跡分布均勻，相鄰兩炮孔間巖石不平整度均小于15 cm，沒有欠挖，炮孔壁和建基面無明顯的爆破裂隙存在。對建基面及坡面的風(fēng)化、破碎、軟弱夾層、光面等按設(shè)計要求進(jìn)行了處理，巖面的松動巖塊、小倒懸體、反坡和陡坎已進(jìn)行徹底清挖和修整。檢測成果統(tǒng)計見表8、表9。

表8 拱壩建基面開挖輪廓檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

表9 爆前爆后聲波統(tǒng)計表

根據(jù)檢測，大壩建基面的半孔率滿足設(shè)計要求，各部位超挖尺寸中大值主要集中在地質(zhì)缺陷區(qū)，非地質(zhì)缺陷區(qū)超挖尺寸滿足設(shè)計要求的平面超挖不大于50 cm。爆前爆后聲波值為爆破試驗所取得的數(shù)據(jù)，其聲波衰減率滿足規(guī)范要求的不大于10%，說明爆破試驗參數(shù)進(jìn)行壩基開挖，其聲波衰減率能夠滿足規(guī)范要求。開挖工程質(zhì)量滿足設(shè)計及規(guī)范要求。開挖共分21個單元進(jìn)行施工，共計進(jìn)行了21次基巖面驗收評定，合格率為100%，其中20個單元為優(yōu)良單元，優(yōu)良率95.2%。

1 梅錦煜，黨立本，等.水利水電工程施工手冊（第1卷）[M].北京:中國電力出版社，2002.

2 劉殿中.工程爆破實用手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1995.