柔性墊層爆破工法在夾巖水利樞紐工程面板堆石壩趾板基礎開挖中的應用

盤小平 劉芳 楊歲明

摘要：夾巖水利樞紐工程地處貴州省喀斯特地區，地質條件相對較差，趾板基礎開挖成形困難。工程采用了預留0.5 m保護層柔性墊層的爆破開挖工藝，保證了趾板基礎成形質量。應用結果表明，大壩趾板建基面形體尺寸及平整度滿足要求，施工方便，經濟合理，且便于質量控制。夾巖工程實踐可為不利地質條件下的趾板基礎面開挖提供參考。

關鍵詞：趾板基礎開挖;柔性墊層爆破;面板堆石壩;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號：TV542文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.008

Abstract： Jiayan Hydro-complex Project is located in karst area of Guizhou Province with poor geological conditions， so the excavation and formation of toe slab foundation are difficult. The explosion excavation technology with flexible cushion layer of 0.5 m preserved was adopted to ensure the quality of toe slab foundation formation. The results showed that the evenness and structure of the foundation meet the requirement and the technology is easy in construction， economical and reasonable， beneficial for the quality control. The practice can provide references for toe slab foundation excavation with similar geological conditions.

Key words： toe slab foundation excavation; flexible cushion explosion; concrete faced rock fill dam; ?Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

1 工程背景

大壩趾板是整個混凝土面板堆石壩的重要防滲結構，故趾板開挖爆破控制要求相對更高?？λ固氐孛矖l件下地質相對較差，巖石風化，節理、裂隙、斷層發育且復雜多變，趾板建基面開挖形體尺寸及平整度直接影響基礎質量、施工進度以及施工成本。

大壩趾板基礎面通常采用預裂爆破+淺孔梯段爆破、預留保護層+撬挖以及建基面光爆+上部垂直孔爆破等多種爆破開挖方式。由于夾巖水利樞紐工程（以下簡稱“夾巖工程”）大壩地處喀斯特地貌區，地質條件相對較差，為了提高趾板開挖質量，夾巖工程趾板基礎面開挖先后應用了雙聚能預裂爆破、預留2 m保護層爆破+鎬頭機撬挖及預留0.5 m保護層柔性墊層爆破開挖。

經過現場施工驗證，采用預留0.5 m保護層柔性墊層爆破開挖，趾板建基面形體尺寸、平整度滿足要求。在相同地質條件下爆破后巖體的完整性最好，減少了爆破超挖工程量，可確保施工進度加快、施工成本最優。

2 工程概況

夾巖工程大壩為混凝土面板堆石壩，布置于潘家巖腳沖溝與陳家大溝之間，最大壩高154.0 m，壩頂寬10.00 m，壩頂長424.26 m。趾板開挖總長685.12 m，基礎面寬6.5 m。

左岸趾板線平行于潘家巖腳沖溝與主河床切割形成的突出山脊，且距山脊下游約80 m斜坡布置，基礎邊坡為1∶1.76，全長約304.85 m。河床段全長約40.87 m。右岸趾板從河床順斜坡至5號沖溝，轉彎后順5號沖溝邊緣至壩頂高程布置，從上至下分為4段，基礎邊坡分別為1∶1.561，1∶3.994，1∶2.258，1∶1.649，全長約339.40 m。

趾板開挖通常采用控制爆破技術，如光面爆破，但根據夾巖工程趾板基礎的地質情況，控制爆破效果不太理想。結合工程實際情況，對趾板開挖方式進行了分析研究，最終采用了柔性墊層爆破方法，滿足了趾板基礎對平整度及結構的要求，同時便于質量控制，取得了良好效果。

3 工藝原理

大壩趾板基礎面的開挖通常采用控制爆破技術，爆破開挖過程中爆破應力波和爆破氣體聯合作用會對邊坡保留巖體造成不同程度的動力干擾，在靠近輪廓面一定范圍內形成開挖損傷區[1]。設置保護層及墊層的目的是最大限度減輕對下部基巖的破壞，采用緩沖墊爆破可極大程度減小爆破振動對邊坡巖體的沖擊，從而大幅增加巖體邊坡穩定性[2]。

首先，爆破沖擊波通過柔性墊層一次能量衰減，即利用柔性墊層爆破自身的優勢（藥卷不與孔底直接接觸）減少了介質傳遞爆破沖擊的作用，通過保護層再次衰減。其次，炮孔及柔性墊層本身的可壓縮性較大，使爆破壓力降低。通過上述兩點起到了雙重保護下部巖石的作用。整個柔性墊層爆破技術的應用，可實現對爆炸應力等的有效削減和緩沖[3]。主要具有以下特點：

（1）與常規的預裂爆破和預留保護層爆破開挖相比，預留保護層柔性墊層爆破節約成本，提高了機械利用率及施工進度，為后續施工創造了有利條件;

（2）趾板建基面和上游邊坡采用預裂爆破結合柔性墊層一起爆破，提高了趾板建基面的平整度，減少了超挖，節省了回填混凝土的費用，保護了建基面的完整性，加強了趾板基礎的防滲能力;

（3）減少了對趾板混凝土的約束，為趾板混凝土防裂技術的應用奠定了良好基礎。

4 爆破設計與施工

4.1 工藝流程

預留保護層柔性墊層爆破施工工藝流程為：技術交底→測量放樣→孔位布置→鉆機就位，復核角度、深度→開鉆、特殊地質條件填寫鉆孔記錄→鉆至40 cm左右時復核角度→控制孔深至建基面預留50 cm→復核爆破設計→按爆破設計裝藥、聯網、爆破→人工配合鎬頭機、電錘進行保護層開挖。

4.2 裝藥結構

該工程柔性墊層爆破參數為：炮孔間排距3～4 m;孔深以孔底落在基礎面為止;孔徑與梯段爆破相同（[？]90～110）;炸藥單耗0.4～0.5 kg/m3;采用毫秒微差復式起爆網絡;孔底放置約30～50 cm短毛竹筒，藥包不接觸基面，成氣墊柔性爆破。

具體裝藥結構及起爆網絡詳見圖1～2。

4.3 工藝操作要點

（1）測量。趾板建基面開挖的測量任務由測量隊專人負責，全程跟蹤趾板爆破部位的放樣、炮孔點位的確定，并對數據復核計算，按照爆破設計復核孔位、孔深。

（2）鉆孔。炮孔開鉆之前檢查放樣記錄，依據放樣單檢查炮孔間排距是否合格，孔位偏差是否小于10 cm。檢查結果合格后進行鉆機就位調整，調整好后使用多功能角度尺測量鉆孔角度，角度無誤后開鉆，鉆至40 cm左右時再次檢查角度，及時調整避免誤差過大。

鉆孔過程中嚴格控制孔深，按測量放樣單執行，如遇特殊地質條件做好相關記錄，如遇特殊地層考慮是否調整爆破設計。

（3）爆破施工。根據炮孔現場檢查情況及爆破試驗結果，爆破設計做好藥量控制，遇到薄弱或破碎帶適當減少藥量。

在炮孔孔底墊層區及裝藥過程中，爆破員、質檢員全程監控，根據孔深及時修正裝填高度，孔底柔性墊層使用0.4 m左右的毛竹管或兩個高0.2 m的飲料瓶作為墊層。然后裝藥、封堵、聯網、起爆。

（4）保護層開挖。爆破出渣完成后，利用測量儀器檢查趾板面欠挖情況，如存在欠挖情況，則采用鎬頭機將欠挖部分進行破碎并予以清除，然后采用測量儀器復核趾板建基面高程，重復以上工序直至趾板建基面高程和平整度符合設計要求。

對于趾板建基面上局部存在反坡、倒懸坡、陡坎尖角的，則采用電錘進行修規。最后利用人工將結構面上的浮渣、泥土、銹斑、鈣膜、破碎和松動巖塊清除處理，以保證趾板建基面的平整度。

5 應用成果分析

通過現場實施常規預裂爆破、預留2 m保護層爆破+鎬頭機撬挖及預留0.5 m保護層柔性墊層爆破開挖及對比，趾板基礎面采用柔性墊層爆破開挖技術具有以下優點：

（1）由于常規預裂爆破需搭設樣架、潛孔鉆施工，而柔性墊層爆破無需搭設樣架，使用液壓鉆機鉆孔，準備時間短且造孔效率高，與原有的預裂爆破相比，每個循環節省約 3 d時間，大壩兩岸趾板高150 m，計30個循環，可節省工期90 d。

（2）經統計，夾巖工程大壩趾板建基面開挖共計檢查平整度40組，最大值21，最小值10，平均值13.78，合格35組，合格率為87.5%，趾板建基面開挖平整度總體控制效果較好。

（3）趾板開挖修規后無欠挖，表面平整度小于15 cm，受斷層和泥夾層等地質原因影響局部超挖較多。爆破未損害巖體的完整性，開挖面無明顯爆破裂隙?？傮w上看，趾板開挖形體受控，棱角清晰，建基面平整。

應用柔性墊層爆破工法后的趾板基礎面爆破效果見圖3。

6 結 語

夾巖工程大壩趾板基礎面開挖采用預留0.5 m保護層柔性墊層爆破開挖工藝，應用效果滿足平整度及結構要求，施工方便，經濟合理，同時便于質量控制。工程實踐為不利地質條件下的趾板基礎面開挖積累了豐富的施工經驗，可供類似工程參考。

參考文獻：

[1] 賀華，黎瀧. 邊坡巖體開挖爆破損傷的影響因素研究[J]. 水電與新能源，2017，155（5）：34-38.

[2] 程旭，宋錦泉，葉圖強. 大幅度提高巖體邊坡爆破開挖穩定性的緩沖墊研究[C]//中國爆破新技術Ⅲ. 廣州：冶金工業出版社，2012：183-187.

[3] 李翔. 大壩基巖保護層開挖中柔性墊層爆破方法及爆破效果研究[J]. 中國標準化，2019，552（8）：78-79.

（編輯：李 慧）