水库工程高边坡开挖施工技术

2014-02-17陈如寿

水利技术监督 2014年5期

陈如寿

水库工程高边坡开挖施工技术

陈如寿

(福建省汀江水电工程有限公司，福建龙岩 366300)

水库工程的高边坡开挖施工技术在水利工程的施工过程中发挥着重要的作用，同时在高边坡开挖过程中因不同的地形及其它因素的影响使得施工较为困难，尤其是在施工进入到爆破等施工过程时会遇到各种各样的问题诸如开挖部位与外部衔接部位之间的结合点、材料的运送等。笔者结合工程实例就水库工程高边坡开挖的施工技术进行了探讨和分析。以期为同行业中其它高边坡的施工提供参考。

水库工程；边坡开挖；施工技术

随着现代社会的不断发展，水利工程的实施成为现代工程建设中一个较为重要的环节，而水利工程中的高边坡开挖作为施工中的一个难题被提上了日程。

1 工程概况

宁化县东坑水库工程大坝右岸开挖边坡高度约100m，高程73m以上坡比为1:0.3，高程20～73，坡比为1:0.5，桩号5的基槽开挖宽度为20m，基础两边的边坡开挖坡比为1:0.5，土方开挖工程量约为28865m3，石方开挖工程量约为24679m3。

2 高边坡的开挖和施工技术

高边坡的开挖和爆破设计主要是依据其他类似工程的施工经验，依照其他工程的招标文件要求、边坡岩石特性、现场开挖和爆破试验及爆破的实际效果进行设计。

首先进行原始地面的复测，根据实际地形图确定开挖上边线。根据开挖上边线，修筑施工便道。对于较大并较为危险的大树进行清除。由于坝基右岸边坡较高，土覆盖较薄。采用PC200挖掘机械先对上层表土进行剥离，然后用CAT挖掘机挖除风化石等较为破碎的石方。对于岩石硬度系数较大的部位采用浅孔爆破。

2.1 开挖石方

开挖石方时要自上而下，根据土层情况进行开挖，在施工过程中要按设计制作一定的坡度，以利稳定。对于边坡易风化破碎或不稳定的岩体，先做好施工安全技术措施，在措施到位的情况下再对该部位进行挖除，做到边开挖边支护，特别是不稳定的岩体。在有断层和裂隙等地质缺陷的部位，要等支护作业完成后才可以进行下一层的开挖。

石方开挖的工艺流程：首先要将开挖的岩面清理干净，并用爆破技术进行了造孔处理；其次用恰当的工具进行装药和连线；最后进行爆破处理并将爆破的残渣清理干净。

2.2 高边坡施工爆破技术

2.2.1 孔网参数选择

在梯段爆破中采用潜钻孔凿岩钻成孔，预裂孔每层高差5m，预裂深度6m，孔径φ90mm。

根据经验公式：

炮孔的间距a =(7～12)D ；

a =90×(7～12)=63～108cm ；

选取a =80cm。

钻孔直径D =84mm；药卷直径d选取32mm。

不偶合系数D/d =2～5D/d =90/25=2.81。

根据《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》经验公式，线装药密度如下式：

式中：a—孔间距，80cm；

σ—岩石极限抗压度，kgf/cm2。

Qx= 0.188×80×3000.5 = 260.5g/m，选用260g/m，底部多装药2～3倍，参数见表1。

2.2.2 装药

预裂爆破孔采用间隔装药法，药卷的直径为φ =32mm，炸药为②号岩石乳化炸药。边坡预裂线的装药密度为260g/m，孔口的堵塞长度为2m；保护层的开挖线装药的密度为228g/m，孔口的堵塞长度为0.8m（预裂孔的装药结构见图1）。

爆破梯段高度7.5m，主要采用松动挤压爆破，梯段爆破孔的装药不能分段，装药的长度为5～7.5m，堵塞长度为0.7～3.2m，炸药用②号岩石乳化炸药，药卷的直径φ=60mm或70mm。

强风化岩石梯段爆破的炸药量为0.3～0.4kg/m3，新鲜岩石和弱风化梯段爆破的炸药量为0.4～0.45 kg/m3，梯段爆破装药结构见图2。

表1 梯段爆破开挖参数

图1 预裂孔装药结构

图2 梯段爆破装药结构

2.3 爆破施工技术

2.3.1 梯段爆破施工

在梯段爆破的施工过程中采用潜钻孔进行钻孔，在梯段爆破过程中使用孔距小、排距大的方式进行孔的排布，在该实验中得出的结论是：梯段高度在10m左右时，间排距为3m×4m，当梯段高度增加时，其间排距也随着增加。在布孔的过程中必须避开软弱层，使用耦合爆破和空间微差爆破法进行爆破，从而使得爆破后的渣粒比较均匀，并且解炮量小。

在主孔的爆破过程中要采用岩石硝铵粉状的炸药，同时需要用全耦合柱状进行连续装药；在拉裂孔的设计过程中需要使用乳化炸药，同时用不耦合装药。在梯段爆破的过程中采用微差爆破法，使用1～15段的雷管联网，使用电雷管进行爆破，在梯段爆破过程中最大药量不得超过500kg；在建基面和边坡爆炸过程中，最大药量要控制在100kg以内。

2.3.2 预裂爆破施工技术

在预裂爆破施工过程中需要使用潜钻孔进行钻孔，使预裂孔的距离保持在1.2m，对钻孔的深度通过高度和高程进行控制；装药结构中所用的是不耦合间隔装药技术。在爆破试验的确定下线装药的密度为2.81。同时在预裂爆破的过程中起爆时间要比主爆孔的爆破时间早100s左右。在爆破预裂的过程中，底部受到严重的挟制，所以将其底部线装药的密度加大为正常阶段的10倍。

2.4 起爆网

预裂爆破孔的长度为10孔/段，装药量应小于50kg。根据挖掘机和钻机等设备的特点，为了网络联结方便，控制飞石、抛石及减轻爆破的后冲作用对后续工作的影响，装药时应该控制在10排左右，最大的起爆药量不应超过30kg，并随着往邻近坡缓冲孔的过渡过程中逐渐减少，在装药过程中其重量不得大于10kg。

在孔型的分布过程中要将其布置呈梅花形状，在孔间的排列过程中要使用微差起爆技术和非电毫秒的传爆破技术。在分段出现多个阶段时，需要对可能出现的“重段”或“串段”进行预测，同时需要使用孔外延期传爆技术，并在使用过程中将装药量的极限控制在30kg以内。

在爆破工作进行过程中必须按照一定的程序进行，即首先要对预裂孔进行爆破，随后在对主孔进行爆破处理，在最后紧接着对缓冲孔进行爆破处理，同时需要对药量进行精确的控制处理，在爆破工作结束之后要保持地表的缝宽在1cm以上，预裂面的非平整度要控制在15cm以内，同时要保持孔壁表层的完整，在结束之后不出现爆破空隙。

3 保障质量

3.1 开挖程序的保障

在施工过程中，要遵循从上到下的顺序进行开挖工作，必须进行认真的施工措施，在施工中对于每个梯段都要严格的要求即其高度要在5m以内。在施工过程中高边坡与梯段的开挖工作要同时进行，对于马道保护层而言，它的开挖工作应该与下一个梯段的开挖工作同时开工同时结束。

在单响控制中要将其起爆药量控制在3kg的范围内，对于水平保护层的起爆药量而言，要将其控制在1kg的范围内。在对起爆药量进行控制的过程中必须要根据具体的高边坡设计参数及安全指标进行。在高边坡附近的几个孔属于缓冲爆破孔，它属于排梯段的炮孔，在对单孔和其他排拒孔进行装药的过程中要根据主孔的装药量进行确定。

3.2 采用减振保护开挖

超出梯段爆破区以外的预裂范围，其超出尺寸及裂缝宽度由爆破试验确定，当能一次性预裂到底时，预裂孔不允许钻出建基面；在预裂的进行过程中不能够一次性完成工作时，要使预裂的孔径小于梯段爆破孔的孔径，但是对于其值的确定还要不得低于30倍的梯段爆破直径。同时在高边坡的预裂爆破过程中其最大的起爆药量要在5kg以内。在设计过程中预裂孔的质量必须要满足以下要求。

（1）角度，在高边坡角度的设计过程中需要根据具体的施工规定对其角度进行精确的测定，对于出现规定范围内的角度需要根据规定进行重新开孔。

（2）孔间距，预裂孔的设计过程中应根据具体施工中的实际设计进行孔间距的确定，对于偏大的孔间距要通过插孔措施进行处理。

（3）孔深，对预裂孔的孔深进行检查确定其深度是否达到相关的规定深度，若未到达相关的规定参数则需要补钻处理，在超过规定时要进行填补措施。