构皮滩大坝坝基开挖施工

魏学元

（中国水利水电第八工程局有限公司 长沙市 410007）

1 工程概况

构皮滩电站大坝坝基主要座落在P1m1－1岩层上，岩体主要为Ⅰ、Ⅱ类岩体，部分为Ⅲ类岩体，局部存在Ⅳ～Ⅴ类岩体。

河床开挖施工内容包括：大坝基坑高程435 m以下河床清碴、土石方明挖、断层夹层及溶洞槽挖和集水井及止水基座石方槽挖。

2 施工进度及完成工程量

2.1 施工进度

开挖施工自2005年3月8日开始，2005年5月底将大坝基坑开挖至415 m高程。因对建基面高程优化，按照业主、监理要求，开挖至415 m高程暂停施工，并要求对415 m工作面进行清理，以便设计单位进行地质勘测。2005年7月2日最终确定建基面高程为410 m,2005年8月3日开挖完成。

2.2 完成工程量

完成的主要工程量见表1。

表1 坝基开挖完成主要工程量表 m3

3 施工程序

3.1 高程435 m～415 m开挖施工程序

高程435 m～415 m开挖施工程序按照 “自上而下、分层梯段进行开挖”。

3.2 坝基保护层开挖施工程序

坝基保护层开挖按照“先中间、后两边”程序进行施工。即：先在坝基中部沿上、下游方向进行抽槽开挖，抽槽宽度（7～8）m，为左、右侧保护层开挖创造临空面，然后在左、右侧展开两个工作面分别进行钻爆施工。

4 施工方法

4.1 左、右岸坝基开挖

左、右岸坝基顶部开挖高程为435 m，底部开挖高程为410 m，开挖高差达25 m，考虑建基面为圆滑扭曲面、且每一层坡面角度均有变化，因此采用不同的开挖方法。

（1）高程435 m～425 m开挖。

由于左、右岸高程435 m～430 m和高程430 m～425 m两层坡面角度基本一致，为加快进度，作为一层施工：其中右岸采用高风压CM-351钻机造孔、预裂爆破技术一次成型，为避免钻孔施工时局部遇硬岩出现飘孔而造成欠挖现象，爆破设计时将425 m高程建基面按超挖 （20～30）cm控制；左岸因高程435m以上标段开挖时在437m～435m高程段存在欠挖（约50cm），无法采用CM-351钻机造孔、预裂爆破一次成型，因此按照预留厚保护层方案进行施工。

（2）高程425 m～415 m开挖。

左、右岸高程430 m～425 m层与高程425 m～410 m边坡角度变化较大，且角度由陡到缓变化，采用预留厚保护层方案进行施工，紧邻建基面炮区高程425 m～415 m按一个梯段钻孔爆破，梯段高度分别为10 m。保护层与外侧爆区之间布置施工预裂孔，孔距2.0 m，孔深约10 m，装药结构为 Φ32 mm药卷连续装药（线装药密度1 000 g/m）。坝基面预留保护层厚度：按照高程435 m以上坝肩开挖经验，保护层预留厚度上部为（1.5～2.0）m，底部为（0.8～1.0）m。保护层采用YT-28手风钻沿坝基面造孔，按照（2.8～3.0）m一层自上而下逐层光爆技术剥挖成型。

4.2 上、下游边坡开挖

（1）高程 435 m～430 m（427 m）边坡开挖。

上、下游边坡开挖在435 m高程预留一定厚度的保护层，采用手风钻沿设计轮廓线造孔、小梯段分层光爆技术开挖成型。上游直立边坡预留1.5 m厚保护层，下游边坡在435 m高程预留1.2 m厚保护层、在427 m高程CM-351钻机一次钻爆到位。

（2）高程430 m（427 m）以下边坡开挖。

上游高程430 m以下边坡为坡比和孔深均在变化的扭曲坡面，左、右两岸坡段采用预裂（或光面）爆破技术成型坡面。

4.3 河床建基面开挖

河床梯段钻爆开挖分两层进行，分层高程为425 m；建基面上部预留不小于2 m厚垂直保护层，并对上一梯段开挖采用孔间微差爆破，控制最大单响药量不超过300 kg。保护层开挖采用手风钻造孔，大坝建基面保护层实施水平预裂或光面爆破成型，本标段水垫塘部分建基面保护层实施垂直孔加柔型垫层方案进行开挖施工。

（1）抽槽开挖:坝基保护层开挖施工前先从中部进行抽槽开挖。

抽槽开挖分两层进行施工，首先采用CM-351钻机进行上层高程415 m～411 m钻爆，底部预留1.0 m厚采用手风钻造孔按垂直孔加柔性垫层方案进行挖除。根据现场实际情况，两层开挖均以坝基下游侧低洼处凹槽作为临空面。

为确保上部高程415 m～411 m层采用CM-351钻爆时建基面不受破坏，需要对钻爆参数进行控制：药卷直径控制Φ60 mm以内（若无Φ50 mm或Φ60 mm，现场可采用3支Φ32药卷绑扎替代），装药时孔底采用竹片抬高、增设20 cm空气垫层，联网时最大段单响药量控制在15 kg左右。

底部1.0 m厚保护层按水平光爆法进行挖除施工,保护层开挖钻孔时超深控制15 cm，装药时孔底采用竹片抬高形成15 cm空气垫层，按排间微差联网起爆，最大段单响药量控制5 kg以内。

（2）基础保护层高程415 m～411 m层开挖。

大坝基坑高程415 m～411 m层开挖采用CM-351钻机造孔施工，为确保保护层开挖施工质量，根据保护层开挖爆破试验成果，施工中对钻孔参数和爆破参数进行严格控制。

主要控制措施：

a、垂直爆破孔孔底增加20 cm高空气垫层（装药时采用竹片绑扎，将炸药抬高20 cm）。

b、控制爆破孔装药直径，尽量按照“密炮孔、小药卷、少药量”原则施工，现场采用3Φ32 mm（相当于Φ55 m药卷）绑扎装药，单孔装药量控制在3.0 kg左右。

c、施工中严格控制主爆孔最大段起爆单响药量在15 kg以内。

（3）基础保护层高程411 m～410 m层开挖。

坝基中部抽槽开挖完成、高程415 m～411 m主爆层爆除后，两侧预留的高程411 m～410 m保护层开挖以此为临空面，同时展开两个开挖工作面分别向左、右岸两端循环推进。

高程411 m～410 m保护层开挖采用水平光爆法一次爆除施工，每循环推进3.6 m，水平光爆孔利用手风钻造孔，根据爆破试验推荐参数，光爆孔孔距60 cm，线装药密度控制在200 g/m。

5 爆破设计

5.1 梯段爆破

梯段分层开挖，采用从中部开挖先锋槽的方式，创造良好的临空面，在设计边坡7.5 m以外的大面积开挖采用梯段爆破。

梯段爆破主要钻爆参数见表2。

表2 梯段爆破钻孔参数表

5.2 边坡预裂（光面）爆破

永久边坡采用预裂（或光面）爆破技术成型。预裂孔（或光爆孔）至少超前第二排缓冲孔100 ms以上起爆，预裂（或光面）爆破缓冲孔间排距、装药量较前排梯段爆破孔减少1/2～1/3。

预裂（或光面）爆破钻爆参数见表3。

表3 预裂（或光面）爆破钻爆参数表

5.3 水平建基面爆破

（1）坝基中部抽槽开挖主要爆破参数具体见表4。

表4 坝基中部抽槽开挖主要爆破参数表

（2）坝基高程415 m～高程411 m保护层开挖主要爆破参数具体见表5。

表5 坝基保护层高程415～411 m开挖主要爆破参数表

（3）坝基高程411 m～410 m保护层水平光爆法开挖主要爆破参数具体见表6。

表6 坝基保护层高程411～410m开挖主要爆破参数表

5.4 控制爆破

对本工程的开挖采用预裂爆破减少爆破轰波对开挖边坡的影响、梯段爆破控制单响药量等控制爆破措施，对新浇混凝土、新喷混凝土、锚杆施工邻近开挖施工进行控制爆破，根据质点安全振动速度严格控制单响药量，通过控制单响药量将爆破震动控制在设计允许的安全范围内。

根据《水利水电工程爆破施工技术规范》（DL/T 5135—2001）附录B、附录B1，质点振动速度传播规律的经验公式如下：

式中V——质点振动速度，由附录B查得混凝土龄期7～28 天，V 为 5～7cm/s，取 V=6 cm/s。

Q——爆破时药量分布的几何中心至控制点的距离，m。

K，a——与场地地质条件、岩体特性有关的系数，对于坝基硬岩定为 K=150，a=1.7。

根据以上条件，可计算出新（喷）混凝土安全距离允许的最大单响药量见表7。

表7 安全距离与最大单响药量关系表

6 质量情况

6.1 开挖工程质量控制

（1）开挖前，根据设计参数选择有代表性的不影响整体开挖效果的部位进行爆破试验，以求获得最佳的施工爆破参数。

（2）根据试验获得的最佳爆破参数进行开挖设计，然后由测量人员根据设计图纸放出孔位、孔深；钻孔、装药联网由施工部和质量部全程监控，装药前由质量部对孔深、孔斜、孔距、排距等进行检测，合格后才允许装药，装药联网经质检部门验收合格后报监理工程师批准，联营体安全部确认警戒安全后才允许放炮。

（3）放炮完毕由专业炮工检查安全后才能进行下一工序施工。

（4）边坡开挖均采用预裂爆破，水平建基面采用采用柔性垫层一次爆破和采用水平预裂爆破。

6.2 开挖工程质量评价

构皮滩水电站设计和招标文件明确规定不准欠挖，开挖过程中严格按此要求进行控制。通过质量控制，建基面残留炮孔痕迹分布均匀，相邻两炮孔间岩石不平整度均小于15 cm，没有欠挖，炮孔壁和建基面无明显的爆破裂隙存在。对建基面及坡面的风化、破碎、软弱夹层、光面等按设计要求进行了处理，岩面的松动岩块、小倒悬体、反坡和陡坎已进行彻底清挖和修整。检测成果统计见表8、表9。

表8 拱坝建基面开挖轮廓检测数据统计表

表9 爆前爆后声波统计表

根据检测，大坝建基面的半孔率满足设计要求，各部位超挖尺寸中大值主要集中在地质缺陷区，非地质缺陷区超挖尺寸满足设计要求的平面超挖不大于50 cm。爆前爆后声波值为爆破试验所取得的数据，其声波衰减率满足规范要求的不大于10%，说明爆破试验参数进行坝基开挖，其声波衰减率能够满足规范要求。开挖工程质量满足设计及规范要求。开挖共分21个单元进行施工，共计进行了21次基岩面验收评定，合格率为100%，其中20个单元为优良单元，优良率95.2%。

1 梅锦煜，党立本，等.水利水电工程施工手册（第1卷）[M].北京:中国电力出版社，2002.

2 刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京:冶金工业出版社，1995.