長河壩水電站大壩心墻蓋板扭面基礎開挖施工

王森榮，張軍武

(中國水利水電第五工程局有限公司長河壩施工局，四川康定 626001)

長河壩水電站大壩心墻蓋板扭面基礎開挖施工

王森榮，張軍武

(中國水利水電第五工程局有限公司長河壩施工局，四川康定 626001)

長河壩水電站大壩為在建的300 m級高土石壩，在左右岸岸坡開挖設計過程中，兩岸岸邊基覆界限比原推測線偏向山內且岸坡裂隙發育并有張開裂隙。若按原開挖線開挖，不能保證岸坡的完整性和穩定要求。為減少開挖量，將左右岸適當的高程設計成了扭面。以該工程左岸壩肩扭面為例，研究了扭面模型方程的建立及開挖施工控制方法，采用卡西歐fx－5800P計算器與計算機Excel表格編寫完成的快速判斷和檢查超欠挖程序軟件起到了快速計算、有效控制與檢查的目的，保證了扭面的開挖質量，可為同類工程借鑒。

長河壩水電站；扭面開挖；施工控制；范圍判斷；快速計算超欠挖

1 概述

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，為大渡河干流水電梯級開發的第十級電站，工程區地處大渡河上游金湯河口以下約4～7 km的河段上，壩址上距丹巴縣城82 km，下距瀘定縣城49 km。電站是以單一發電為主的大型水庫電站，樞紐建筑物主要由礫石土心墻堆石壩、泄水系統、引水發電系統組成。大壩壩頂高程1 697 m，最大壩高240 m，壩頂長度為502．85 m，壩頂寬度為16 m。泄水系統由三條泄洪洞和一條放空洞組成，均布置在右岸山體內。引水發電系統布置于大渡河左岸，主要由電站進水口、壓力管道、地下主、副廠房、主變室、開關站、尾水調壓室、尾水洞組成。

要求心墻蓋板基礎具有滿足設計要求的力學性能，其上部的混凝土直接將基礎與心墻土料連接在一起，混凝土蓋板為固結與帷幕灌漿提供蓋重。受實際地形情況所限，若按原設計開挖線開挖，存在開挖工程量大、開挖邊坡高、工程造價高、工期長、完整性和穩定性不能保證等問題。為此，設計單位對開挖面進行了優化調整，在左右岸適當高程設計了扭面。

左岸扭面設在高程1 597～1 550 m、壩0+ 2 0上游心墻蓋板范圍，扭面坡比由1∶0．7～1∶1．049 6漸變；右岸扭面設在高程1 610～ 1 525 m，壩0+0．00上游心墻蓋板范圍，扭面坡比均由1∶0．7～1∶0．388 2漸變。

2 對扭面進行技術分析

2．1 扭面模型方程的建立

針對工程實例，一般扭面形式如圖1所示。

圖1 工程設計中的常見扭面示意圖

扭面分別由四個角點控制，一般A、C兩點處于同一高程，B、D兩點處于同一高程，且A、C兩點的連線與B、D兩點的連線不平行，從而形成通常的扭面。

M、N分別為A、B兩點和C、D兩點連線上對應位置的一點，即相同百分比的一點。根據扭面的特性，連接后為一直線，即可得:

由此可得:

0點為M、N兩點連線上的一點，HM=HN= Ho，同理可得:

由于0點為M、N兩點連線上的一點，根據相似三角形的原理，可寫下式:

將XM、YM、XN、YN代入上式，通過移項，即得XO、YO、HO之間的相互關系，最終得到扭面的模型方程式:

2．2 測點范圍判斷

已知0點在扭面的范圍內，就存在0點處于三維的任意投影面內，為此，可簡化為在平面內進行判斷即可(圖2)。

圖2 測點范圍判斷與分析示意圖

△a為“－”表示該條件成立。按順序依次判斷，如果四個邊均判斷條件成立，表明0點在扭面的范圍內，可進行超欠挖檢查。如超出范圍，則需用0點所在范圍內的設計體型參數另作判斷，扭面模型方程不適用該點。

2．3 測點超欠挖情況

根據所建立的扭面模型方程，可分別確定各個方向的超欠挖情況。

(1)已知Ho、YO，計算理論的XO理值:

根據理論的XO理與實際的XO對比，即△X= XO－XO理，即可得出X方向的超欠挖情況。

(2)已知HO、XO，計算理論的YO理值:

根據理論的YO理與實際的YO對比，即 △Y= YO－YO理，即可得出X方向的超欠挖情況。

(3)已知XO、YO，也可檢查出H(高程)方向的超欠挖情況，但相對比較困難些。一般的標準扭面以H為變量所建的模型方程為一元二次方程。

扭面模型方程的建立、測點是否在扭面控制范圍內、測點的超欠挖檢查的研究與分析從表述上比較復雜，但在計算機與編程計算器均較先進的今天，使用計算機的Excel與計算器程序處理數據均非常容易。同時，需要說明的是:平面屬于扭面的特殊形式，采用該方法將獲得一樣的結果。

3 扭面開挖的控制

扭面開挖施工的關鍵控制工序為預裂爆破施工，在預裂爆破施工中，造孔的控制是保證預裂爆破體型與超欠挖控制的關鍵工序。針對大壩心墻蓋板基礎無預留馬道的特點，為保證下一循環有鉆機的工作空間，一般在每一循環的底部需要超挖20～40 cm圖(3、4)。

圖3 開挖鉆孔控制示意圖

為保證壩肩開挖尺寸與平整度滿足設計要求，減少超欠挖，有效控制預裂爆破鉆孔的孔向，采用插筋與橫向架管支撐的方式搭設QY100B鉆機的支撐控制系統進行預裂鉆孔施工。根據具體要求確定臺階高度，臺階高度宜控制在7～25 m。因受扭面的開挖施工同高程連線為直線的特性所限，應盡可能將每一循環的底部高程找平，以利于實現設計要求的結構體型，提高開挖質量。支撐系統的控制情況見圖4。

圖4 支撐系統示意圖

具體要求:

(1)為保證壩肩開挖尺寸與平整度滿足設計要求，減少超欠挖，有效控制預裂爆破孔鉆孔的孔向，采用插筋與橫向架管支撐的方式搭設QY100B鉆機的支撐控制系統進行預裂孔鉆孔施工；

(2)設置兩排插筋，插筋采用φ25螺紋鋼，伸入基巖50 cm，外露30 cm(超挖需要加長)，可采用錨固劑或摻速凝劑的砂漿進行固定，插筋間距初定400 cm，橫向支撐采用架管；

(3)插筋固定后，由測量人員在插筋上放出開挖面控制點，以確保開挖面的結構尺寸滿足設計要求。

4 長河壩水電站左岸心墻蓋板扭面基礎施工

4．1 扭面概述

左岸扭面設置在高程1 597～1 550 m、壩0+20上游心墻蓋板范圍，扭面坡比由1∶0．7～1∶1．049 6漸變；四個角點的坐標(X，Y，H)分別為A (95，20，159 7)、B(127．9，20，1 550)、C(95，－32，159 7)、D(144．33，－45．72，155 0)，根據設計要求，平行壩軸線為直線。為此，在建立扭面模型方程時，須將AC延長至C1點，使C1D平行于壩軸線。用A(95，20，159 7)、B(127．9，20，155 0)、C1(95，－45．72，159 7)、D(144．33，－45．72，155 0)四個點建立扭面模型方程，但控制范圍是按A、B、C、D四個點控制。

4．2 扭面模型方程的建立

采用2．1所述的方法建立的左岸扭面模型方程式:

右岸扭面模型方程式如下:

4．3 扭面開挖測量放線

根據2．1所述的方法建立的扭面模型方程采用卡西歐fx－5800P計算器進行編程計算，首先判斷測點是否在扭面的設計范圍內，之后進行放線，每隔2 m測一個點，用于確定預裂孔搭設支撐系統與每個孔的開孔位置。

4．4 扭面支撐系統的搭設

根據測量放線結果，按圖4所示完成支撐系統的搭設，同時，支撐系統的剛度與強度需滿足鉆機造孔的要求。

4．5 造 孔

扭面開挖預裂孔每個孔的坡度均不相同，排架搭設時須考慮造孔時鉆桿受重力作用鉆頭向外側傾斜，實際孔向與設計的孔向成一定的夾角，故根據實際情況，對不同坡比的鉆孔增加1～1．5°，在造孔過程中，采用角度尺進行檢查，若在造孔過程中出現排架移位，應及時進行調整。

扭面開挖的主爆孔與一般的邊坡開挖施工基本相同，輔助孔則需根據預裂孔的角度進行相應調整。

4．6 爆 破

扭面開挖采用預裂爆破的方式，預裂孔的裝藥方式與常規預裂爆破施工相同。考慮到每個孔的角度不同，將造孔間距控制在80 cm以內，裝藥量略有增加。為減輕爆破對邊坡的振動破壞，采用3～4孔為一組的延時網絡起爆。

主爆孔與輔助孔與常規爆破相同。

4．7 扭面超欠挖的檢查

根據扭面模型方程，采用卡西歐fx－5800P計算器編程，分別計算各個方向的超欠挖情況，適時進行總結，為下一循環開挖積累經驗并持續改進。

5 結語

通過對長河壩水電站心墻蓋板扭面基礎施工技術的研究，建立了扭面的模型方程，制定了造孔支撐系統的設置、開挖質量控制等切實可行的方法。

在左、右壩肩扭面開挖過程中，均采用卡西歐fx－5800P計算器進行編程并依次進行現場施工測量控制方法。開挖成果表明:該測量方法能夠很好地控制扭面的開挖，并能有效地保證開挖質量、大大提高了測量放樣的效率。

平面是扭面中的一個特殊面，在實際的邊坡開挖中，將同樣的方法運用到平面開挖控制的編程計算中，既壓縮了編寫程序，又減少了計算步驟，還可以縮短計算時間，最終以精簡、敏捷的計算程序完成復雜的坡面開挖測量控制。

通過對長河壩水電站大型扭面的研究與開挖控制，在保證施工質量的同時，開挖進程得到了保證，為2012年5月28日防滲墻工作面的提交創造了條件，從而保證了整個工程的施工順利、有序推進。

TV7;TV52;TV512

B

1001-2184(2015)05-0086-04

王森榮(1969-)，男，四川青川人，長河壩施工局副局長，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

(責任編輯:李燕輝)

2015-03-08

張軍武(1970-)，男，遼寧撫順人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作．