梁日新,張 偉

(武警水電第一總隊(duì) 四支隊(duì),廣西 南寧 530222)

1 前 言

瀑布溝水電站大壩為礫石土心墻堆石壩,最大壩高 186m,壩頂高程 856.00m,壩體建基面高程670.00m,壩頂長 540m,頂寬 14m,壩體最大底寬780m。壩體填筑總量 2000.32萬 m3,其中壩體上游側(cè)堆石料和過渡料總量為 730.93萬 m3、下游側(cè)堆石料和過渡料總量為 754.18萬 m3。壩體石料填筑規(guī)劃 2個石料場,即大壩上游側(cè)的加里俄呷石料場和下游側(cè)的卡爾溝石料場。加里俄呷石料場主要為壩體上游側(cè)填筑提供過渡料、堆石料和護(hù)坡的塊石料。加里俄呷石料場位于壩址左岸上游約 4km處,沿大渡河流向自上游羅多溝至下游腳落溝,長700m,高程自880～110m,總體坡高 230m,坡度上緩下陡。1000m高程以上坡度約 35°,為崩坡積之碎塊石、耕植土與覆蓋層;1000m高程以下為 50°～55°的陡坡,920m高程以下為 70°～85°的陡坡,巖石巖性為中粗花崗石,其間有輝綠巖脈及斷層破碎帶分布。

2 石料場復(fù)查

料場開采前對料場進(jìn)行了復(fù)查,為料場的開采提供依據(jù)和參數(shù)。

2.1 復(fù)查內(nèi)容

重點(diǎn)復(fù)查了料場石料的巖性、斷層與構(gòu)造裂隙、強(qiáng)風(fēng)化層厚度、風(fēng)化夾層分布及無用料剝離層厚度、可用料的儲量與質(zhì)量。

2.2 復(fù)查方法

復(fù)查范圍為樁號 0+200～0+720m、高程 880m～1110m的區(qū)域,斜面面積 25萬 m2。在復(fù)查區(qū)每40m布設(shè)一個斷面,共完成 14個斷面、84個地質(zhì)點(diǎn)。復(fù)查采用斷面法布點(diǎn)測繪,采用挖坑、鉆探取芯,同時充分利用主干道路開挖等的典型露頭點(diǎn),對土石界面、巖石強(qiáng)風(fēng)化帶下限界面、風(fēng)化夾層、輝綠巖脈(斷層)、節(jié)理裂隙帶、深風(fēng)化槽進(jìn)行定點(diǎn)測量,以揭示強(qiáng)風(fēng)化石料的下限界線。下限界線以上石料為無用石料,下限界線以下石料為可開采上壩石料。由料場復(fù)查取點(diǎn)數(shù)據(jù)計算出料場覆蓋層和無用石料的平均厚度為 15.6m。

2.3 料場基本地質(zhì)條件

2.3.1 地層特性

料場石料系澄江期基性巖,巖性為花崗巖,中、粗粒結(jié)構(gòu),塊狀、次塊狀構(gòu)造?；◢弾r體中分布有輝綠巖脈,厚度不等,一般是 0.3～0.6m,最大約2.0m,多呈分支狀穿插在花崗巖體中。花崗巖石質(zhì)堅硬,巖性單一,分布連續(xù)成片,有利開采;中粗粒花崗巖較易破碎,有利于保障堆石壩的壓實(shí)密度。

2.3.2 地質(zhì)結(jié)構(gòu)

經(jīng)復(fù)查,石料場無較大的斷層,區(qū)內(nèi)有 9條輝綠巖脈(斷層)和次級小斷層破碎帶。巖脈(斷層)為片狀、千枚狀、鱗片狀及支狀構(gòu)造巖。部分巖脈(斷層)兩側(cè)可見不連續(xù)的斷層泥膜,巖脈(斷層)、次級小斷層帶性質(zhì)差,不能滿足大壩填筑的要求,在料場開采過程中應(yīng)予以剝除,經(jīng)挑揀后作為棄料運(yùn)走。

2.3.3 巖體物理力學(xué)性質(zhì)

料場復(fù)查揭示,料場巖石以弱、微風(fēng)化為主。在現(xiàn)場取不同部位的強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化、微風(fēng)化的花崗巖石 3組,經(jīng)復(fù)查試驗(yàn)表明,花崗巖的干密度為 2.62～2.87g/cm3,吸水率一般在 0.2～0.4之間,屬低吸水率,不含親水礦物的巖石。弱風(fēng)化花崗巖石的干抗壓強(qiáng)度平均值為 136.3MPa、濕抗壓強(qiáng)度平均值為 129.1MPa,微風(fēng)化花崗巖石的干抗壓強(qiáng)度平均值為 178.1MPa、濕抗壓強(qiáng)度平均值為 166.9MPa。均滿足設(shè)計要求的過渡料、堆石料和塊石料的力學(xué)指標(biāo)要求(濕抗壓強(qiáng)度大于 50MPa)。

2.4 石料場儲量

本次復(fù)查采用平行斷面計算無用料和有用料的儲量,從樁號 0+200～0+840m、高程 880～1100m的區(qū)域,按每 40m布設(shè)一個斷面,共計 14個斷面。根據(jù)地形圖和實(shí)測地質(zhì)界線點(diǎn),在平面上圈定覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化層(帶)下限界線,采用切圖法和實(shí)測斷面相結(jié)合,在剖面上分別繪制覆蓋層、強(qiáng)風(fēng)化帶的下限界線進(jìn)行儲量計算。

2.4.1 無用料剝離量

無用料包括覆蓋層和無用石料(強(qiáng)風(fēng)化下限線以上巖石)。覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化層(帶)的平均厚度為15.6m,依據(jù)斷面計算出其工程量為 289.7萬 m3。經(jīng)業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工四方共同進(jìn)行的現(xiàn)場多次無用、有用料界定資料的計算,實(shí)際開挖的無用料為339.7萬 m3。

2.4.2 有用料儲量

開挖方案:開挖開口線最大高程為 1110m,終采平臺高程為 890m,開挖最大高差 220m。料場開挖邊坡坡比為:土質(zhì)邊坡 1∶1.5,土夾石邊坡 1∶0.7～1∶1,巖石邊坡坡比在1040m高程以上區(qū)域?yàn)?1∶0.5,1040m高程以下區(qū)域?yàn)?1∶0.3,開采臺階高度15m,每 15m高布置一道 2.0m寬馬道,每 45m高(3個臺階)布置一道 5m寬馬道,作為支護(hù)平臺。終采平臺高程為 890m,斷面間距為 20m,計算出有用料開采工程量為 918.7萬 m3。壩體上游側(cè)填筑總量為 684.62(746.23/1.09)萬 m3,儲量與設(shè)計量比值為918.7/684.62=1.34。

3 石料場施工布置

3.1 料場開挖施工的主要特點(diǎn)

3.1.1 施工安全問題突出

加里俄呷料場開采邊線的上方、下游方都有居民居住,特別是下游方,居民住房緊靠開挖邊線,石方爆破飛石對當(dāng)?shù)鼐用窈妥》繉⒃斐珊艽蟮陌踩[患;料場的下方邊坡坡腳就是左高線公路(省道S306線),再往下是低線公路,這兩條公路都是交通要道。而料場左高線公路一側(cè)的邊坡坡度很陡,石方爆破、石料挖裝時石塊十分容易飛落或滾落到左高線公路和左低線公路上,給公路交通造成很大的安全隱患。料場下游段的下方還有一個施工生產(chǎn)用水水廠。220m高的高邊坡開挖施工,邊坡掉石時有發(fā)生。

因此,加里俄呷料場施工的安全問題非常突出,須采取有力的措施才能確保料場施工的正常進(jìn)行及左高、低線公路的交通安全、暢通。

3.1.2 料場內(nèi)施工道路布置困難

料場內(nèi)施工道路起點(diǎn)只能布置在左高線公路上,而料場左高線公路一側(cè)的邊坡坡度非常陡,開挖高差又大,又要考慮開挖施工時對省道 S306線的影響,故施工道路布置顯得十分困難。

3.1.3 交通干擾問題突出

左高線公路(省道 S306線)是一條重要的運(yùn)輸?shù)缆?車輛多、交通繁忙。料場開采高峰期間石料運(yùn)輸車輛達(dá) 120臺以上,高峰時段又長,左高線公路路面寬只有 9m,因此地方車輛與石料運(yùn)輸車輛之間的交通干擾問題突出。

3.1.4 石料開采強(qiáng)度高

大壩高峰填筑強(qiáng)度為 120萬 m3以上,相對應(yīng)的加里俄呷料場石料開采強(qiáng)度達(dá)到 48.9萬 m3/月,運(yùn)距又遠(yuǎn)(最大運(yùn)距為 8 km),這樣大的開采強(qiáng)度,須合理布置開采工作面和采取配套機(jī)械化施工,才能滿足高強(qiáng)度要求。

3.2 料場開挖施工布置

根據(jù)料場開挖施工的主要特點(diǎn),在施工過程中對料場施工道路和開采工作面?zhèn)戎剡M(jìn)行了布置。

3.2.1 料場施工道路布置

綜合考慮料場的地形地貌、左高線公路、周圍建筑物、料場開采高峰強(qiáng)度等因素,料場開挖時布置了2條主干道路(L1、L2),走向基本與高線公路平行,其特性見表1。

表1 料場施工主干道路特性 m

主干道路 L1先修建,主要采用拉槽擴(kuò)挖、外側(cè)預(yù)留巖埂(最高達(dá) 30m)的方式進(jìn)行修建;起爆方向平行左高線公路,修建過程中大大減少渣土掉落到左高低線公路上,確保了左高、低線公路的暢通。左高線公路采取 1m厚的細(xì)石土砂礫石土保護(hù)混凝土路面,外側(cè)采用鋼筋石籠作擋墻,預(yù)留巖埂的路段寬度一般超過 15m。后來的爆破開挖、石料運(yùn)輸證明:預(yù)留的巖埂對減少爆破石塊滾落到左高低線公路上、保護(hù)混凝土路面不受損壞、保障公路交通暢通和石料運(yùn)輸車輛的安全起到了極其重要的作用。對于無法預(yù)留巖埂的路段采取錨桿混凝土路墩、大塊石擋墻的安全防護(hù);高度超 20m的路段邊坡還采用預(yù)裂爆破方法開挖,盡量減少爆破對道路邊坡巖石的破壞和擾動,大大保障了施工人員和設(shè)備的安全。

2006年 4月底,主干道路 L1全部修建完成,歷時 13個月。隨著無用石料的剝離和有用石料開采平臺高程的降低,L1相應(yīng)路段高程也相應(yīng)降低。開采平臺的內(nèi)側(cè)石料時 L1道路布置在平臺(寬 30～150m)的外側(cè);開采平臺的外側(cè)石料時 L1道路布置在平臺的內(nèi)側(cè)?？傊?開采平臺上的 L1道路布置與石料開采工作面相應(yīng)匹配,最大程度地保障了開采強(qiáng)度和道路順暢。

主干道路 L2后修建,主要目的是為了與 L1、左高線公路形成循環(huán)施工道路,減少運(yùn)距和節(jié)省運(yùn)輸成本。

為了徹底解決地方車輛與石料運(yùn)輸車輛之間交通相互干擾的問題,在料場的下方修建了加里俄呷料場臨時交通洞,地方車輛改走臨時交通洞,與石料運(yùn)輸車輛完全隔離,杜絕了了相互干擾,保障了石料開采的正常進(jìn)行。

3.2.2 開采工作面布置

過渡料(最大粒徑 30cm)、堆石料(最大粒徑80cm)分區(qū)開采,過渡料開采布置在巖石節(jié)理、裂隙比較發(fā)育的區(qū)域,其他區(qū)域開采堆石料。在實(shí)際開采過程中按此要求開采過渡料和堆石料,取得了良好的爆破效果和經(jīng)濟(jì)效益。

4 料場開挖

4.1 覆蓋層剝離和無用石料開挖

在頂部的覆蓋層剝離和無用石料開挖時,用反鏟在不同高程部位挖了多處 3m深的攔渣坎,有效地攔截了滾落的渣土,確保了施工人員、設(shè)備和左高、低線的交通安全。開口線部位在開挖前進(jìn)行測量放線,力求開口線開挖面在同一斜面上,有利于施工開挖、支護(hù)和坡體穩(wěn)定,開挖的坡面感觀也較好。

覆蓋層剝離和無用石料(強(qiáng)風(fēng)化下限線以上巖石)開挖后,根據(jù)大壩填筑總體進(jìn)度計劃開始進(jìn)行石料的開采上壩。

4.2 料場開采爆破試驗(yàn)

大壩填筑前進(jìn)行了堆石料和過渡料開采的爆破試驗(yàn)。石料開采爆破主要采取深孔梯段微差爆破,邊坡開挖采用預(yù)裂爆破,爆破試驗(yàn)采用 2號巖石乳化炸藥(WL-2型)和 4號巖石粉狀銨油炸藥,兩種炸藥組合使用,非電毫秒延時排間或 V形起爆,起爆方向平行左高線公路。

對加里俄呷石料場 2006年 6～7月間在1055m高程平臺不同部位進(jìn)行了 5次堆石料開采的爆破試驗(yàn)和相對應(yīng)的石料篩分,根據(jù)石料篩分?jǐn)?shù)據(jù)繪制的石料級配曲線和設(shè)計的級配曲線相比較。經(jīng)上報批復(fù)后堆石料開采選用的爆破參數(shù)見表2。

對加里俄呷石料場 2007年 1～4月間在1010m高程平臺不同部位進(jìn)行了 5次過渡料開采的爆破試驗(yàn)和相對應(yīng)的石料篩分,根據(jù)石料篩分?jǐn)?shù)據(jù)繪制的石料級配曲線和設(shè)計的級配曲線相比較。經(jīng)上報批復(fù)后過渡料開采選用的爆破參數(shù)見表2。

表2 堆石料、過渡料開采爆破參數(shù)

4.3 料場石料開采

料場開采料直接上壩,不設(shè)中轉(zhuǎn)料場。

4.3.1 開采區(qū)域劃分

堆石料、過渡料開采量大、強(qiáng)度高且最大粒徑級配差別大,故采取分區(qū)開采;護(hù)坡塊石料在堆石料中挑選。

開采工作面布置:開采工作面的布置要適應(yīng)高強(qiáng)度開采要求,擴(kuò)大單次爆破規(guī)模,減少爆破次數(shù)。布置成規(guī)則的臺階狀和工作平臺,以利于作業(yè)面的布置。從平面上主要布置 3個開采工作面,先在料場中部拉槽爆破形成 3個開采工作面,然后再向兩端擴(kuò)挖;從立面上分臺階布置,一般按兩個臺階同時布置工作面,高峰強(qiáng)度按三個臺階同時布置工作面,保證了石料開采各個工序能連續(xù)作業(yè)和開采強(qiáng)度。

4.3.2 石料開采施工程序

臺階法鉆孔爆破分層開采的施工程序:布孔→鉆孔→裝藥聯(lián)網(wǎng)、爆破→安全檢查→出渣。

4.3.3 石料開采施工方法

按批準(zhǔn)的堆石料、過渡料開采爆破參數(shù)進(jìn)行堆石料和過渡料的開采、上壩。

鉆孔:采用高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)鉆主爆孔,預(yù)裂孔采用 100B型支架鉆機(jī),坡角欠挖處采用手風(fēng)鉆處理。

裝藥聯(lián)網(wǎng)起爆:人工裝藥聯(lián)網(wǎng)起爆。預(yù)裂孔采用 2號巖石乳化炸藥 φ32,雨季和巖體水量大時采用 2號巖石抗水乳化炸藥;對孔徑 φ90,相應(yīng)炸藥直徑 φ70;對孔徑 φ110,相應(yīng)炸藥直徑 φ90。旱季和炮孔無水時可采用 4號巖石銨梯粉狀炸藥。分段起爆藥量按招標(biāo)文件和技術(shù)規(guī)范控制,梯段爆破最大一段起爆藥量不大于 500kg。

石料挖運(yùn):主要采用 5.8m3液壓正鏟和 3.8m3、2m3反鏟裝渣,石料運(yùn)輸采用 32 t和 25 t自卸汽車。

施工過程中,根據(jù)巖石的裂隙、節(jié)理發(fā)育和風(fēng)化程度(弱風(fēng)化、微風(fēng)化、新鮮)的不同,適當(dāng)調(diào)整爆破參數(shù),以取得良好的級配和節(jié)約成本。

4.4 石料開采進(jìn)度和強(qiáng)度

根據(jù)壩體填筑進(jìn)度計劃,料場開采進(jìn)度計劃應(yīng)與壩體上游側(cè)填筑進(jìn)度計劃相匹配,并考慮雨季的影響,以及 2006年 6月份壩體的先期填筑。

4.4.1 料場石料開采進(jìn)度

2006年 6月底前,料場 1055m高程平臺以上的無用石料開挖完成,形成比較規(guī)則的石料開采平臺,2006年 7月在完成堆石料開采的爆破試驗(yàn)后開始壩體上游側(cè)堆石料的先期填筑。

2007年 4月完成過渡料開采的爆破試驗(yàn),5月開始壩體上游側(cè)過渡料的填筑施工(與心墻區(qū)黏土、反濾料填筑同步)。

大壩上游側(cè)填筑施工從 2006年 7月開始至今,堆石料與過渡料的開采進(jìn)度完全滿足大壩施工總進(jìn)度計劃要求,并且有一定的富余。

4.4.2 開采強(qiáng)度

在料場運(yùn)輸?shù)缆?、開采工作面布置合理和施工設(shè)備配置合理、數(shù)量充足的前提下,大壩上游側(cè)填筑施工從 2006年 7月開始至今,堆石料與過渡料的開采強(qiáng)度完全滿足和超過大壩填筑施工強(qiáng)度計劃要求,其中 2007年 11月、12月,石料開采量分別達(dá)到53.6萬 m3、54.7萬 m3,此外每月還向砂石料系統(tǒng)供應(yīng)石料 5萬 m3;2008年 4～5月份,在滿足上游填筑強(qiáng)度的前提下,因下游料場開采強(qiáng)度不足還向壩體下游側(cè)提供了堆石料 20.6萬 m3。

截至 2008年 6月 20日,在加里俄呷料場開采堆石料和過渡料共計 523.9萬 m3,填筑到 765m高程,向砂石料系統(tǒng)供應(yīng)石料 40萬 m3。

4.4.3 主要施工機(jī)械設(shè)備配置

料場開挖主要施工機(jī)械設(shè)備配置計劃見表3。

表3 石料開采主要施工機(jī)械設(shè)備

4.5 大壩填筑檢測結(jié)果

自填筑至今,在堆石料現(xiàn)場取樣 99組、過渡料現(xiàn)場取樣 506組,取樣主要參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果見表4和表5。統(tǒng)計的數(shù)據(jù)表明,填筑的堆石料和過渡料全部合格。

表4 堆石料取樣試驗(yàn)結(jié)果(主要參數(shù))

表5 過渡料取樣試驗(yàn)結(jié)果(主要參數(shù))

5 料場高邊坡支護(hù)與水土保持

5.1 高邊坡支護(hù)

加里俄呷塊石料場邊坡開挖最大高差現(xiàn)已達(dá)160m,形成了多級馬道。四川省成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對開挖邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。分析認(rèn)為邊坡整體穩(wěn)定,但因邊坡巖體風(fēng)化、破碎、節(jié)理發(fā)育、輝綠巖脈多等的原因,存在局部失穩(wěn)的可能,因此應(yīng)對不同地質(zhì)條件的開挖邊坡采用不同的支護(hù)方式。

土質(zhì)邊坡支護(hù)形式:混凝土框格梁 +馬道上砌筑排水溝。

巖石邊坡支護(hù)形式:系統(tǒng)錨桿(錨筋束)+掛網(wǎng)噴射混凝土 +排水孔、隨機(jī)錨桿(錨筋束)+素噴混凝土 +排水孔、素噴混凝土 +排水孔、錨索 +掛網(wǎng)噴射混凝土 +排水孔等。

此外,為了便于監(jiān)測高邊坡的變形情況,還在料場邊坡不同部位設(shè)置了 6個多點(diǎn)位移計(4點(diǎn),孔深40m)。

邊坡支護(hù)完成后,多點(diǎn)位移計的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:料場高邊坡穩(wěn)定。汶川 5.12大地震后,多點(diǎn)位移計的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:料場高邊坡穩(wěn)定,大地震對邊坡穩(wěn)定無大的影響。

5.2 水土保持

由于開挖邊坡支護(hù)及時、有效,至今沒有引發(fā)過泥石流、塌方等災(zāi)害,有效地減少了水土流失的發(fā)生。

6 結(jié)論和建議

結(jié)論:(1)合理布置施工道路和開采工作面是料場石料開采的關(guān)鍵。(2)對高邊坡要及時支護(hù)才能確保施工安全和施工進(jìn)度。

建議:料場開挖交通最好與地方交通相互隔離,一方面可以減少擾民,另一方面可以加快施工進(jìn)度。