柔性垫层爆破工法在夹岩水利枢纽工程面板堆石坝趾板基础开挖中的应用

盘小平 刘芳 杨岁明

摘要：夹岩水利枢纽工程地处贵州省喀斯特地区，地质条件相对较差，趾板基础开挖成形困难。工程采用了预留0.5 m保护层柔性垫层的爆破开挖工艺，保证了趾板基础成形质量。应用结果表明，大坝趾板建基面形体尺寸及平整度满足要求，施工方便，经济合理，且便于质量控制。夹岩工程实践可为不利地质条件下的趾板基础面开挖提供参考。

关键词：趾板基础开挖;柔性垫层爆破;面板堆石坝;夹岩水利枢纽工程;贵州省

中图法分类号：TV542文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.008

Abstract： Jiayan Hydro-complex Project is located in karst area of Guizhou Province with poor geological conditions， so the excavation and formation of toe slab foundation are difficult. The explosion excavation technology with flexible cushion layer of 0.5 m preserved was adopted to ensure the quality of toe slab foundation formation. The results showed that the evenness and structure of the foundation meet the requirement and the technology is easy in construction， economical and reasonable， beneficial for the quality control. The practice can provide references for toe slab foundation excavation with similar geological conditions.

Key words： toe slab foundation excavation; flexible cushion explosion; concrete faced rock fill dam;  Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

1 工程背景

大坝趾板是整个混凝土面板堆石坝的重要防渗结构，故趾板开挖爆破控制要求相对更高。喀斯特地貌条件下地质相对较差，岩石风化，节理、裂隙、断层发育且复杂多变，趾板建基面开挖形体尺寸及平整度直接影响基础质量、施工进度以及施工成本。

大坝趾板基础面通常采用预裂爆破+浅孔梯段爆破、预留保护层+撬挖以及建基面光爆+上部垂直孔爆破等多种爆破开挖方式。由于夹岩水利枢纽工程（以下简称“夹岩工程”）大坝地处喀斯特地貌区，地质条件相对较差，为了提高趾板开挖质量，夹岩工程趾板基础面开挖先后应用了双聚能预裂爆破、预留2 m保护层爆破+镐头机撬挖及预留0.5 m保护层柔性垫层爆破开挖。

经过现场施工验证，采用预留0.5 m保护层柔性垫层爆破开挖，趾板建基面形体尺寸、平整度满足要求。在相同地质条件下爆破后岩体的完整性最好，减少了爆破超挖工程量，可确保施工进度加快、施工成本最优。

2 工程概况

夹岩工程大坝为混凝土面板堆石坝，布置于潘家岩脚冲沟与陈家大沟之间，最大坝高154.0 m，坝顶宽10.00 m，坝顶长424.26 m。趾板开挖总长685.12 m，基础面宽6.5 m。

左岸趾板线平行于潘家岩脚冲沟与主河床切割形成的突出山脊，且距山脊下游约80 m斜坡布置，基础边坡为1∶1.76，全长约304.85 m。河床段全长约40.87 m。右岸趾板从河床顺斜坡至5号冲沟，转弯后顺5号冲沟边缘至坝顶高程布置，从上至下分为4段，基础边坡分别为1∶1.561，1∶3.994，1∶2.258，1∶1.649，全长约339.40 m。

趾板开挖通常采用控制爆破技术，如光面爆破，但根据夹岩工程趾板基础的地质情况，控制爆破效果不太理想。结合工程实际情况，对趾板开挖方式进行了分析研究，最终采用了柔性垫层爆破方法，满足了趾板基础对平整度及结构的要求，同时便于质量控制，取得了良好效果。

3 工艺原理

大坝趾板基础面的开挖通常采用控制爆破技术，爆破开挖过程中爆破应力波和爆破气体联合作用会对边坡保留岩体造成不同程度的动力干扰，在靠近轮廓面一定范围内形成开挖损伤区[1]。设置保护层及垫层的目的是最大限度减轻对下部基岩的破坏，采用缓冲垫爆破可极大程度减小爆破振动对边坡岩体的冲击，从而大幅增加岩体边坡稳定性[2]。

首先，爆破冲击波通过柔性垫层一次能量衰减，即利用柔性垫层爆破自身的优势（药卷不与孔底直接接触）减少了介质传递爆破冲击的作用，通过保护层再次衰减。其次，炮孔及柔性垫层本身的可压缩性较大，使爆破压力降低。通过上述两点起到了双重保護下部岩石的作用。整个柔性垫层爆破技术的应用，可实现对爆炸应力等的有效削减和缓冲[3]。主要具有以下特点：

（1）与常规的预裂爆破和预留保护层爆破开挖相比，预留保护层柔性垫层爆破节约成本，提高了机械利用率及施工进度，为后续施工创造了有利条件;

（2）趾板建基面和上游边坡采用预裂爆破结合柔性垫层一起爆破，提高了趾板建基面的平整度，减少了超挖，节省了回填混凝土的费用，保护了建基面的完整性，加强了趾板基础的防渗能力;

（3）减少了对趾板混凝土的约束，为趾板混凝土防裂技术的应用奠定了良好基础。

4 爆破设计与施工

4.1 工艺流程

预留保护层柔性垫层爆破施工工艺流程为：技术交底→测量放样→孔位布置→钻机就位，复核角度、深度→开钻、特殊地质条件填写钻孔记录→钻至40 cm左右时复核角度→控制孔深至建基面预留50 cm→复核爆破设计→按爆破设计装药、联网、爆破→人工配合镐头机、电锤进行保护层开挖。

4.2 装药结构

该工程柔性垫层爆破参数为：炮孔间排距3～4 m;孔深以孔底落在基础面为止;孔径与梯段爆破相同（[？]90～110）;炸药单耗0.4～0.5 kg/m3;采用毫秒微差复式起爆网络;孔底放置约30～50 cm短毛竹筒，药包不接触基面，成气垫柔性爆破。

具体装药结构及起爆网络详见图1～2。

4.3 工艺操作要点

（1）测量。趾板建基面开挖的测量任务由测量队专人负责，全程跟踪趾板爆破部位的放样、炮孔点位的确定，并对数据复核计算，按照爆破设计复核孔位、孔深。

（2）钻孔。炮孔开钻之前检查放样记录，依据放样单检查炮孔间排距是否合格，孔位偏差是否小于10 cm。检查结果合格后进行钻机就位调整，调整好后使用多功能角度尺测量钻孔角度，角度无误后开钻，钻至40 cm左右时再次检查角度，及时调整避免误差过大。

钻孔过程中严格控制孔深，按测量放样单执行，如遇特殊地质条件做好相关记录，如遇特殊地层考虑是否调整爆破设计。

（3）爆破施工。根据炮孔现场检查情况及爆破试验结果，爆破设计做好药量控制，遇到薄弱或破碎带适当减少药量。

在炮孔孔底垫层区及装药过程中，爆破员、质检员全程监控，根据孔深及时修正装填高度，孔底柔性垫层使用0.4 m左右的毛竹管或两个高0.2 m的饮料瓶作为垫层。然后装药、封堵、联网、起爆。

（4）保护层开挖。爆破出渣完成后，利用测量仪器检查趾板面欠挖情况，如存在欠挖情况，则采用镐头机将欠挖部分进行破碎并予以清除，然后采用测量仪器复核趾板建基面高程，重复以上工序直至趾板建基面高程和平整度符合设计要求。

对于趾板建基面上局部存在反坡、倒悬坡、陡坎尖角的，则采用电锤进行修规。最后利用人工将结构面上的浮渣、泥土、锈斑、钙膜、破碎和松动岩块清除处理，以保证趾板建基面的平整度。

5 应用成果分析

通过现场实施常规预裂爆破、预留2 m保护层爆破+镐头机撬挖及预留0.5 m保护层柔性垫层爆破开挖及对比，趾板基础面采用柔性垫层爆破开挖技术具有以下优点：

（1）由于常规预裂爆破需搭设样架、潜孔钻施工，而柔性垫层爆破无需搭设样架，使用液压钻机钻孔，准备时间短且造孔效率高，与原有的预裂爆破相比，每个循环节省约 3 d时间，大坝两岸趾板高150 m，计30个循环，可节省工期90 d。

（2）经统计，夹岩工程大坝趾板建基面开挖共计检查平整度40组，最大值21，最小值10，平均值13.78，合格35组，合格率为87.5%，趾板建基面开挖平整度总体控制效果较好。

（3）趾板开挖修规后无欠挖，表面平整度小于15 cm，受断层和泥夹层等地质原因影响局部超挖较多。爆破未损害岩体的完整性，开挖面无明显爆破裂隙。总体上看，趾板开挖形体受控，棱角清晰，建基面平整。

应用柔性垫层爆破工法后的趾板基础面爆破效果见图3。

6 结 语

夹岩工程大坝趾板基础面开挖采用预留0.5 m保护层柔性垫层爆破开挖工艺，应用效果满足平整度及结构要求，施工方便，经济合理，同时便于质量控制。工程实践为不利地质条件下的趾板基础面开挖积累了丰富的施工经验，可供类似工程参考。

参考文献：

[1] 贺华，黎泷. 边坡岩体开挖爆破损伤的影响因素研究[J]. 水電与新能源，2017，155（5）：34-38.

[2] 程旭，宋锦泉，叶图强. 大幅度提高岩体边坡爆破开挖稳定性的缓冲垫研究[C]//中国爆破新技术Ⅲ. 广州：冶金工业出版社，2012：183-187.

[3] 李翔. 大坝基岩保护层开挖中柔性垫层爆破方法及爆破效果研究[J]. 中国标准化，2019，552（8）：78-79.

（编辑：李 慧）