大坝开挖施工的探讨

张晓军

核工业井巷建设公司

摘要：通过对某大坝开挖施工实践，总结了对坝基的开挖施工工艺及爆破控制措施，为以后类似工程开挖的施工提供了较好的借鉴经验。

关键词：大坝坝基；开挖施工；爆破

一、工程概况

某电站位于某市境内的坝河上，距离市区大约67km，距离等级公路42km。本工程水库总库容246m3，该站装机容量3×630kW，工程等别为四等，水库为小（Ⅰ）型。挡水建筑物为四级建筑物，按照30年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核，发电厂房为河床式，其洪水标准与大坝相同。本工程主要推荐下坝址，枢纽主要包括硬壳坝、河床式电站厂房等。该水库正常蓄水位416.80m，橡胶坝坝顶高程为417.0m，橡胶坝长98m，坝底高程412.0m。大坝总长178.4m。溢流坝13m

二、施工方法

1土方开挖

土方的开挖自上而下地进行，施工时以机械施工为主、人工施工为辅的施工方法进行。在进行边坡开挖时，严格按设计边坡进行开挖，不超挖。开挖的土方除利用方以外，弃方用自卸汽车运到业主单位指定的弃土场并堆放好。弃土场要堆置得整齐稳定并保证排水畅通，以免对环境产生不好的影响。在开挖中要特别注意排水设施，开挖程序结合排水考虑采用排水沟逐层领先，土方分层开挖。施工前首先清理施工现场，测量人员按照设计图纸放样，放样开挖边线，标示开挖高度，从上而下分层分段进行开挖，开挖按4.5～5m分层2m3反铲挖掘机直接开挖，开挖深度小于5m时一次开挖成形，15t自卸汽车运至弃渣场或直接利用于填筑。土方机械开挖预留20～30cm基面保护层，保护层采用人工开挖，2m3反铲挖掘机装车，15t自卸汽车运输。建基面采取保护层开挖方式，m3反铲挖掘机清渣，推土机集料，15t自卸汽车运输。开挖过程中，采取反铲辅以人工修坡。为防止边坡遭受雨水的破坏，须做施工排水，拟在边坡坡顶及坡脚设截水沟，及时抽排积水，同时在雨季到来前按设计要求完成边坡的护理和加固工作。出渣主要采用2m3挖掘机、推土机配15t自卸汽车装运方式，卸至规划的卸渣场，出渣施工道路按照简单、安全、满足车流强度的原则修筑双车道，坡比控制在10%左右。在修建双车道困难的地段，选适当地点修建会车坪。对进口段较高处的土石方，挖机不宜直接装车的，采用人工开挖。

2砂卵石开挖

砂卵石开挖为大坝基础河床覆盖层开挖，大坝基础河床覆盖层开挖采用D85推土机集料，2m3挖掘机装车，15～20t自卸汽车运输至渣场。

3石方开挖

石方开挖采用钻爆法开挖，自上而下分层施工。

采用分层斜向钻孔，小孔径火雷管分层起爆爆破。保护层开挖分3层开挖。钻孔采用φ42mm手风钻钻孔。第一层：炮孔至建基面1.5m范围，不得穿入距水平建基面1.5m，采用φ42手持式风钻钻孔，药卷直径φ38mm。采用梯段微差爆破方法。布孔拟定排距1m，孔距2m，梅花形布孔，采用连续不耦合装药结构，单耗量暂定0.42kg/m3，施工中根据爆破效果修正。第二层：炮孔至建基面0.5～0.7m范围，不得穿入距水平建基面0.5m，若岩石节理裂隙较发育，不得穿入距水平建基面0.7m。采用φ42手持式风钻钻孔，布孔拟定0.5×0.5m梅花形布置。药卷直径φ28mm，药卷采用人工现场制作。单耗量暂定0.35kg/m3，施工中根据爆破效果修正，采用火雷管单孔起爆方法。

4上、下游边坡开挖

（1）高程435m～430m（427m）边坡开挖

当在435m高程进行上、下游边坡开挖时，应预留一定厚度的保护层，借助手风钻顺着设计轮廓线造孔，实施小梯段分层光爆技术进行开挖成型。下游边坡于435m高程处预留厚度值为1.2m的保护层，上下直立边坡预留出厚度值为1.5m的保护层，于427高程采用CM-351钻机实施一次钻爆到位。

（2）高程430m（427m）以下边坡开挖

上游高程430m以下边坡是孔深与坡比都处于变化的扭曲坡面，右岸、左岸坡段使用的是光面或者预裂爆破技术成型坡面。

5河床建基面开挖

分两层实施河床梯段钻爆开挖，在425m高程处进行分层。为建筑基面预留厚度至少达到2m的垂直保护层，同时利用孔间微差爆破方式来完成上一梯段的开挖过程，将单响药量的最大值控制在300kg以内。在开挖保护层的时候，先通过手风钻进行造孔，再对大坝建基面的保护层进行水平预裂或者光面爆破，采用垂直孔加垫层方案对本标段的水垫塘建基保护层实施开挖处理。

（1）抽槽开挖：开挖坝基保护层之前，先对中部区域实施抽槽开挖。

按照上下两层的结构分别实施抽槽开挖，先利用CM-351钻机对高程介于415m～411m之间的上层区域进行钻爆，为底部保留1.0m的厚度通过手风钻进行造孔并选择垂直孔与柔性垫层相结合的方法实施挖除。从现场的实际状况出发，对两层进行开挖的过程中都以侧低洼部位的凹槽作为临空面。

（2）415m～411m高程范围内的基础保护层开挖。

对高程为415m～411m的大坝基坑进行开挖时选择CM-351钻机进行造孔，为保证保护层的开挖过程符合施工质量要求，应结合保护层开挖期间的实际爆破试验结果，合理调整钻孔与爆破参数。

控制措施：

a、在垂直爆破孔的孔底设置高度为20cm的空气垫层（可以将竹片绑在炸药上，使炸药被抬高20cm）。

b、选择合理的爆破孔直径，根据“小药卷、密炮孔、少药量”的原则进行施工，选择3Φ32mm尺寸的绑扎装药，设定单孔装药量约3.0kg。

c、要求施工期间主爆孔的最大段起爆单响药量必须低于15kg。

1.3左、右岸坝基开挖

将左岸坝与右岸坝的顶部开挖高程设定在435m，并将底部开挖高程设定在410m，高度差为25m，由于建基面的结构属于圆滑曲面，同时各层坡面的倾角都存在差异，所以应合理选择相应的开挖方法。

（1）高程435m～425m开挖

考虑到左岸高程为435m～430m，右岸高程为430m～425m，具有相近的坡面角，因为了提高施工效率，将其作为一层进行施工。以CM-351高风压钻机对右岸进行造孔以及预裂爆破来实现一次成型，为了防止钻孔施工的过程中受局部遇硬岩飘孔的影响而引起欠挖的问题，在爆破设计的时候应对高程为425m的建基面根据超挖20～30cm的条件进行控制；对左岸进行开挖时，可以发现在高程为437m～435m的范围内出现了欠挖的情况，因此不能通过CM-351钻机进行造孔与预裂爆破的方式实现一次成型的目的，最终采用预留厚保护层方案来完成施工过程。

三、质量控制

1开挖工程质量控制

（1）开挖之前，先对设计参数进行分析，并选择某些具有较强代表性的区域实施爆破测试，以此得到最佳爆破条件。

（2）按照测试得到的最佳爆破条件来实施开挖设计，并完成放孔、钻孔与装药过程，同时质检部需对孔深、孔距、排距等参数进行测量验证，确保符合设计标准，之后在进行装药与放炮。

2开挖工程质量评价

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50cm。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%。