構皮灘大壩壩基開挖施工

魏學元

（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 施工進度及完成工程量

2.1 施工進度

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。因對建基面高程優(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工作面進行清理，以便設計單位進行地質勘測。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、分層梯段進行開挖”。

3.2 壩基保護層開挖施工程序

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

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，為加快進度，作為一層施工：其中右岸采用高風壓CM-351鉆機造孔、預裂爆破技術一次成型，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以上標段開挖時在437m～435m高程段存在欠挖（約50cm），無法采用CM-351鉆機造孔、預裂爆破一次成型，因此按照預留厚保護層方案進行施工。

（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，采用預留厚保護層方案進行施工，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。保護層與外側爆區(qū)之間布置施工預裂孔，孔距2.0 m，孔深約10 m，裝藥結構為 Φ32 mm藥卷連續(xù)裝藥（線裝藥密度1 000 g/m）。壩基面預留保護層厚度：按照高程435 m以上壩肩開挖經驗，保護層預留厚度上部為（1.5～2.0）m，底部為（0.8～1.0）m。保護層采用YT-28手風鉆沿壩基面造孔，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高程預留一定厚度的保護層，采用手風鉆沿設計輪廓線造孔、小梯段分層光爆技術開挖成型。上游直立邊坡預留1.5 m厚保護層，下游邊坡在435 m高程預留1.2 m厚保護層、在427 m高程CM-351鉆機一次鉆爆到位。

（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、右兩岸坡段采用預裂（或光面）爆破技術成型坡面。

4.3 河床建基面開挖

河床梯段鉆爆開挖分兩層進行，分層高程為425 m；建基面上部預留不小于2 m厚垂直保護層，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。保護層開挖采用手風鉆造孔，大壩建基面保護層實施水平預裂或光面爆破成型，本標段水墊塘部分建基面保護層實施垂直孔加柔型墊層方案進行開挖施工。

（1）抽槽開挖:壩基保護層開挖施工前先從中部進行抽槽開挖。

抽槽開挖分兩層進行施工，首先采用CM-351鉆機進行上層高程415 m～411 m鉆爆，底部預留1.0 m厚采用手風鉆造孔按垂直孔加柔性墊層方案進行挖除。根據現(xiàn)場實際情況，兩層開挖均以壩基下游側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，需要對鉆爆參數進行控制：藥卷直徑控制Φ60 mm以內（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20 cm空氣墊層，聯(lián)網時最大段單響藥量控制在15 kg左右。

底部1.0 m厚保護層按水平光爆法進行挖除施工,保護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)網起爆，最大段單響藥量控制5 kg以內。

（2）基礎保護層高程415 m～411 m層開挖。

大壩基坑高程415 m～411 m層開挖采用CM-351鉆機造孔施工，為確保保護層開挖施工質量，根據保護層開挖爆破試驗成果，施工中對鉆孔參數和爆破參數進行嚴格控制。

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、施工中嚴格控制主爆孔最大段起爆單響藥量在15 kg以內。

（3）基礎保護層高程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，兩側預留的高程411 m～410 m保護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。

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

5 爆破設計

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見表2。

表2 梯段爆破鉆孔參數表

5.2 邊坡預裂（光面）爆破

永久邊坡采用預裂（或光面）爆破技術成型。預裂孔（或光爆孔）至少超前第二排緩沖孔100 ms以上起爆，預裂（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。

預裂（或光面）爆破鉆爆參數見表3。

表3 預裂（或光面）爆破鉆爆參數表

5.3 水平建基面爆破

（1）壩基中部抽槽開挖主要爆破參數具體見表4。

表4 壩基中部抽槽開挖主要爆破參數表

（2）壩基高程415 m～高程411 m保護層開挖主要爆破參數具體見表5。

表5 壩基保護層高程415～411 m開挖主要爆破參數表

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

表6 壩基保護層高程411～410m開挖主要爆破參數表

5.4 控制爆破

對本工程的開挖采用預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行控制爆破，根據質點安全振動速度嚴格控制單響藥量，通過控制單響藥量將爆破震動控制在設計允許的安全范圍內。

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

式中V——質點振動速度，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——與場地地質條件、巖體特性有關的系數，對于壩基硬巖定為 K=150，a=1.7。

根據以上條件，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系表

6 質量情況

6.1 開挖工程質量控制

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

（2）根據試驗獲得的最佳爆破參數進行開挖設計，然后由測量人員根據設計圖紙放出孔位、孔深；鉆孔、裝藥聯(lián)網由施工部和質量部全程監(jiān)控，裝藥前由質量部對孔深、孔斜、孔距、排距等進行檢測，合格后才允許裝藥，裝藥聯(lián)網經質檢部門驗收合格后報監(jiān)理工程師批準，聯(lián)營體安全部確認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行下一工序施工。

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

6.2 開挖工程質量評價

構皮灘水電站設計和招標文件明確規(guī)定不準欠挖，開挖過程中嚴格按此要求進行控制。通過質量控制，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化、破碎、軟弱夾層、光面等按設計要求進行了處理，巖面的松動巖塊、小倒懸體、反坡和陡坎已進行徹底清挖和修整。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據統(tǒng)計表

表9 爆前爆后聲波統(tǒng)計表

根據檢測，大壩建基面的半孔率滿足設計要求，各部位超挖尺寸中大值主要集中在地質缺陷區(qū)，非地質缺陷區(qū)超挖尺寸滿足設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據，其聲波衰減率滿足規(guī)范要求的不大于10%，說明爆破試驗參數進行壩基開挖，其聲波衰減率能夠滿足規(guī)范要求。開挖工程質量滿足設計及規(guī)范要求。開挖共分21個單元進行施工，共計進行了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.