水工建筑物基礎開挖中預裂爆破技術的運用

陳余華

(福建民化建設工程有限公司，福建 龍巖 364000)

采用什么方法對水工建筑物巖石基礎開挖對水電工程的質量、進度和效益有直接影響。不同的開挖方法或者開挖不當將降低基巖的承載能力、增大基礎的透水性、惡化基巖的天然結構和地質構造，這對于水工建筑物，特別是擋水建筑物是不能允許的。而且還會增加補救處理措施所發生的費用，拖延建筑物施工工期。本文以某抽水電站巖石基礎爆破開挖為例，闡述預裂爆破技術如何應用于水工建筑物基礎開挖中。

1 預裂爆破保護巖體的機理

預裂爆破在正式爆破開挖之前沿著被保護巖體輪廓線形成一條貫穿裂縫，降低和減少爆破對保護巖體的影響，使保留巖體的開挖輪廓較為平整。

2 預裂爆破的主要影響因素

2.1 巖石物理力學性質及地質條件

巖石的物理和力學性質對預裂爆破效果至關重要，在合理選用爆破參數的同時，巖石越完整，預裂爆破效果越好，反之對于在巖石成分、結構和構造在各不同方向上的不均勻分布的巖石，預裂爆破難以達到預期效果。

2.2 孔徑d和孔距a

孔距應根據線裝藥密度、平整度要求、炸藥性質、巖石特征、孔徑等確定。合理的孔距對相鄰炮孔應力波的產生有相互影響和疊加的作用，這就保證了沿炮孔中心線拉開一條平整的裂縫。―般根據經驗公式：孔距a=7d～12d選取。如果孔距過大，不僅不能保證預裂縫的形成且會影響預裂效果。孔距過小，鉆孔數量增加，不經濟且影響施工進度。它的取值與爆破質量要求好壞、巖質軟硬、裂隙發育情況成反比。

2.3 不耦合系數

預裂爆破不耦合系數增大可降低爆炸峰壓，避免孔壁巖石的過渡粉碎。但是在增大不耦合系數的同時爆破作用范圍減弱，必須要調整線裝藥密度和孔距，才能形成完整的貫穿裂縫。在線裝藥密度一定的情況下，不耦合系數和孔距大小成反比，所以合理選擇不耦合系數、線裝藥密度、和孔距，優化三者關系有利于提高預裂爆破效果。

2.4 線裝藥密度Ql

線裝藥密度應根據巖石的物理力學性能、孔距、孔徑和炸藥性能等確定。一般而言，當巖石的抗壓強度大、孔距大時，線裝藥密度要大些。孔內有水時線裝藥密度可降低45%～60%。―般根據經驗公式：線裝藥密度Ql=0.034Rb0.63a0.67選取。

2.5 裝藥結構

①孔口填塞段 預裂孔堵塞可先在預裂藥卷頂部用炸藥包裝袋封堵，然后上部再采用用粘土填塞密實，孔口填塞長度一般為0.6～2.0m。

②中間均勻裝藥段 按設計的線裝藥密度沿孔軸線均勻間隔分布。

③孔底加強裝藥段 邊坡預裂爆破一般可以當作是在無限體中進行的，增加底部巖石的夾制作用，一般該段裝藥量要比正常的線裝藥密度增加2～5倍，長度為0.8～1.5m。

2.6 堵塞長度l

堵塞長度實踐證明，填塞長度的大小，會影響孔口段預裂面的成型。填塞長度太短，爆破時會使氣體逸出，不易形成預裂縫或預裂縫寬度不夠；填塞長度太長，孔口附近容易使炮孔殘留而不能出現裂縫，造成欠挖。一般按經驗公式：l=(1～1.2)a選取，并根據現場爆破效果進行不斷修正調整。

2.7 起爆時間間隔

為了防止應力疊加，確保減震效果，預裂孔與主爆孔在同一網絡中起爆時，預裂孔必須超前于主爆孔起爆，超前時間應至少提前75～110ms。

3 工程實例

3.1 工程概況

周寧抽水蓄能電站位于福建省寧德市周寧縣七步鎮境內，下水庫大壩為碾壓混凝土重力壩，壩高306.0m，最低建基面高198.0m，最大壩高108.0m，壩頂全長225m。

壩肩槽建基面共分9層邊坡，開挖坡比為1∶0.5，1∶0.7，1∶1，每7m～15m設置一臺馬道。壩區巖性以鉀長花崗巖為主，中細粒花崗結構、塊狀構造。微風化、新鮮鉀長花崗巖巖石的干單軸抗壓強度Rb平均值為86～139MPa、飽和單軸抗壓強度Rb平均值為65～128MPa，屬堅硬巖。

3.2 方案選擇

壩區開挖要遵循“自上而下，采用分層、分塊臺階爆破”的原則，邊坡采用預裂爆破技術降低主爆區爆破時對邊坡及支護的振動影響。臺階主爆區馬道高度為13.0m以上的采用分層分塊爆破，梯段高度在7.5m左右，但邊坡需一次預裂到位；馬道高度為13.0m以下的一次性鉆爆，梯段高度在10～12m左右。馬道均預留2～2.5m保護層。按分層高度，根據每層馬道的開挖長度分成2～3塊，鉆孔爆破、翻渣循環作業。

3.3 爆破參數選擇

根據巖石的類別、巖性類比工程經驗，初擬邊坡預裂爆破參數參見表1，根據爆破試驗參數及實際爆破效果作調整，以達到最佳爆破效果。

表1 爆破參數

3.4 預裂效果評價

預裂爆破后抽查發現，爆破效果好，預裂輪廓面成型規則，邊坡面平整，不平整度小于12cm，對于不允許欠挖的結構部位滿足結構尺寸的要求，除明顯地質缺陷處外，圍巖只有輕微破壞，殘留炮孔壁面沒有明顯爆破裂隙，巖壁上預裂孔半孔率達到90%以上，爆破后壁面鑿聲波孔，測試結果說明，保留基巖爆破影響深度不超過40cm，完全滿足下水庫大壩開挖技術要求。

4 結 語

工程實踐證明，在水工建筑工程中預裂爆破中，應對預裂效果各影響因素進行仔細的分析，通過爆破試驗合理地選擇爆破參數，就可以取得較好的預裂爆破效果。