魏學(xué)元
(中國(guó)水利水電第八工程局有限公司 長(zhǎng)沙市 410007)
構(gòu)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(nèi)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。
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?qū)ɑ娓叱虄?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(duì)415 m工作面進(jìn)行清理,以便設(shè)計(jì)單位進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)。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。
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
高程435 m~415 m開挖施工程序按照 “自上而下、分層梯段進(jìn)行開挖”。
壩基保護(hù)層開挖按照“先中間、后兩邊”程序進(jìn)行施工。即:先在壩基中部沿上、下游方向進(jìn)行抽槽開挖,抽槽寬度(7~8)m,為左、右側(cè)保護(hù)層開挖創(chuàng)造臨空面,然后在左、右側(cè)展開兩個(gè)工作面分別進(jìn)行鉆爆施工。
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(dá)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(jìn)度,作為一層施工:其中右岸采用高風(fēng)壓CM-351鉆機(jī)造孔、預(yù)裂爆破技術(shù)一次成型,為避免鉆孔施工時(shí)局部遇硬巖出現(xiàn)飄孔而造成欠挖現(xiàn)象,爆破設(shè)計(jì)時(shí)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(biāo)段開挖時(shí)在437m~435m高程段存在欠挖(約50cm),無法采用CM-351鉆機(jī)造孔、預(yù)裂爆破一次成型,因此按照預(yù)留厚保護(hù)層方案進(jìn)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(yù)留厚保護(hù)層方案進(jìn)行施工,緊鄰建基面炮區(qū)高程425 m~415 m按一個(gè)梯段鉆孔爆破,梯段高度分別為10 m。保護(hù)層與外側(cè)爆區(qū)之間布置施工預(yù)裂孔,孔距2.0 m,孔深約10 m,裝藥結(jié)構(gòu)為 Φ32 mm藥卷連續(xù)裝藥(線裝藥密度1 000 g/m)。壩基面預(yù)留保護(hù)層厚度:按照高程435 m以上壩肩開挖經(jīng)驗(yàn),保護(hù)層預(yù)留厚度上部為(1.5~2.0)m,底部為(0.8~1.0)m。保護(hù)層采用YT-28手風(fēng)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(shù)剝挖成型。
(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(yù)留一定厚度的保護(hù)層,采用手風(fēng)鉆沿設(shè)計(jì)輪廓線造孔、小梯段分層光爆技術(shù)開挖成型。上游直立邊坡預(yù)留1.5 m厚保護(hù)層,下游邊坡在435 m高程預(yù)留1.2 m厚保護(hù)層、在427 m高程CM-351鉆機(jī)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(yù)裂(或光面)爆破技術(shù)成型坡面。
河床梯段鉆爆開挖分兩層進(jìn)行,分層高程為425 m;建基面上部預(yù)留不小于2 m厚垂直保護(hù)層,并對(duì)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(hù)層開挖采用手風(fēng)鉆造孔,大壩建基面保護(hù)層實(shí)施水平預(yù)裂或光面爆破成型,本標(biāo)段水墊塘部分建基面保護(hù)層實(shí)施垂直孔加柔型墊層方案進(jìn)行開挖施工。
(1)抽槽開挖:壩基保護(hù)層開挖施工前先從中部進(jìn)行抽槽開挖。
抽槽開挖分兩層進(jìn)行施工,首先采用CM-351鉆機(jī)進(jìn)行上層高程415 m~411 m鉆爆,底部預(yù)留1.0 m厚采用手風(fēng)鉆造孔按垂直孔加柔性墊層方案進(jìn)行挖除。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,兩層開挖均以壩基下游側(cè)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(shí)建基面不受破壞,需要對(duì)鉆爆參數(shù)進(jìn)行控制:藥卷直徑控制Φ60 mm以內(nèi)(若無Φ50 mm或Φ60 mm,現(xiàn)場(chǎng)可采用3支Φ32藥卷綁扎替代),裝藥時(shí)孔底采用竹片抬高、增設(shè)20 cm空氣墊層,聯(lián)網(wǎng)時(shí)最大段單響藥量控制在15 kg左右。
底部1.0 m厚保護(hù)層按水平光爆法進(jìn)行挖除施工,保護(hù)層開挖鉆孔時(shí)超深控制15 cm,裝藥時(shí)孔底采用竹片抬高形成15 cm空氣墊層,按排間微差聯(lián)網(wǎng)起爆,最大段單響藥量控制5 kg以內(nèi)。
(2)基礎(chǔ)保護(hù)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(jī)造孔施工,為確保保護(hù)層開挖施工質(zhì)量,根據(jù)保護(hù)層開挖爆破試驗(yàn)成果,施工中對(duì)鉆孔參數(shù)和爆破參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)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(shí)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(chǎng)采用3Φ32 mm(相當(dāng)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(yán)格控制主爆孔最大段起爆單響藥量在15 kg以內(nèi)。
(3)基礎(chǔ)保護(hù)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(cè)預(yù)留的高程411 m~410 m保護(hù)層開挖以此為臨空面,同時(shí)展開兩個(gè)開挖工作面分別向左、右岸兩端循環(huán)推進(jìn)。
高程411 m~410 m保護(hù)層開挖采用水平光爆法一次爆除施工,每循環(huán)推進(jìn)3.6 m,水平光爆孔利用手風(fēng)鉆造孔,根據(jù)爆破試驗(yàn)推薦參數(shù),光爆孔孔距60 cm,線裝藥密度控制在200 g/m。
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(shè)計(jì)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(shù)見表2。
表2 梯段爆破鉆孔參數(shù)表
永久邊坡采用預(yù)裂(或光面)爆破技術(shù)成型。預(yù)裂孔(或光爆孔)至少超前第二排緩沖孔100 ms以上起爆,預(yù)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(yù)裂(或光面)爆破鉆爆參數(shù)見表3。
表3 預(yù)裂(或光面)爆破鉆爆參數(shù)表
(1)壩基中部抽槽開挖主要爆破參數(shù)具體見表4。
表4 壩基中部抽槽開挖主要爆破參數(shù)表
(2)壩基高程415 m~高程411 m保護(hù)層開挖主要爆破參數(shù)具體見表5。
表5 壩基保護(hù)層高程415~411 m開挖主要爆破參數(shù)表
(3)壩基高程411 m~410 m保護(hù)層水平光爆法開挖主要爆破參數(shù)具體見表6。
表6 壩基保護(hù)層高程411~410m開挖主要爆破參數(shù)表
對(duì)本工程的開挖采用預(yù)裂爆破減少爆破轟波對(duì)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(duì)新澆混凝土、新噴混凝土、錨桿施工鄰近開挖施工進(jìn)行控制爆破,根據(jù)質(zhì)點(diǎn)安全振動(dòng)速度嚴(yán)格控制單響藥量,通過控制單響藥量將爆破震動(dòng)控制在設(shè)計(jì)允許的安全范圍內(nèi)。
根據(jù)《水利水電工程爆破施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5135—2001)附錄B、附錄B1,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度傳播規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)公式如下:
式中V——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(shí)藥量分布的幾何中心至控制點(diǎn)的距離,m。
K,a——與場(chǎng)地地質(zhì)條件、巖體特性有關(guān)的系數(shù),對(duì)于壩基硬巖定為 K=150,a=1.7。
根據(jù)以上條件,可計(jì)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(guān)系表
(1)開挖前,根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇有代表性的不影響整體開挖效果的部位進(jìn)行爆破試驗(yàn),以求獲得最佳的施工爆破參數(shù)。
(2)根據(jù)試驗(yàn)獲得的最佳爆破參數(shù)進(jìn)行開挖設(shè)計(jì),然后由測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙放出孔位、孔深;鉆孔、裝藥聯(lián)網(wǎng)由施工部和質(zhì)量部全程監(jiān)控,裝藥前由質(zhì)量部對(duì)孔深、孔斜、孔距、排距等進(jìn)行檢測(cè),合格后才允許裝藥,裝藥聯(lián)網(wǎng)經(jīng)質(zhì)檢部門驗(yàn)收合格后報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn),聯(lián)營(yíng)體安全部確認(rèn)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(jìn)行下一工序施工。
(4)邊坡開挖均采用預(yù)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(yù)裂爆破。
構(gòu)皮灘水電站設(shè)計(jì)和招標(biāo)文件明確規(guī)定不準(zhǔn)欠挖,開挖過程中嚴(yán)格按此要求進(jìn)行控制。通過質(zhì)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(duì)建基面及坡面的風(fēng)化、破碎、軟弱夾層、光面等按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了處理,巖面的松動(dòng)巖塊、小倒懸體、反坡和陡坎已進(jìn)行徹底清挖和修整。檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)見表8、表9。
表8 拱壩建基面開挖輪廓檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
表9 爆前爆后聲波統(tǒng)計(jì)表
根據(jù)檢測(cè),大壩建基面的半孔率滿足設(shè)計(jì)要求,各部位超挖尺寸中大值主要集中在地質(zhì)缺陷區(qū),非地質(zhì)缺陷區(qū)超挖尺寸滿足設(shè)計(jì)要求的平面超挖不大于50 cm。爆前爆后聲波值為爆破試驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù),其聲波衰減率滿足規(guī)范要求的不大于10%,說明爆破試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)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(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。開挖共分21個(gè)單元進(jìn)行施工,共計(jì)進(jìn)行了21次基巖面驗(yàn)收評(píng)定,合格率為100%,其中20個(gè)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(cè)(第1卷)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2002.
2 劉殿中.工程爆破實(shí)用手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1995.