錦凌水庫土石方開挖施工分析

王連軍

(義縣水土保持局，遼寧錦州 121100)

1 工程概況

錦凌壩址位于小凌河干流錦州市上游約9.5 km處，村屯距壩址較近，左岸上游600 m為沙河堡，右岸緊臨后山河營子。壩址區(qū)河谷呈不對稱“U”型，左岸較陡，右岸較緩，寬約800 m。河流走向近東西向。兩岸為低山，河流左岸為漫灘及一級階地，右岸為漫灘。主河床位于壩址區(qū)右岸陡坎下。河流左岸漫灘寬約15～350 m，地面高程26.70～30.50 m，傾向河床，地形平坦，現(xiàn)為荒地。右岸壩軸線部位緊臨陡坎，其上下游均分布漫灘，上游寬約50～225 m，地面高程28.75～32.99 m，下游寬15～275 m，地面高程26.80～28.50 m，均為荒地。

一級階地分布在左岸壩軸線上下游和右岸下游的河漫灘后緣，左岸寬約290～900 m，現(xiàn)為旱田、蔬菜大棚及林地，地形較平坦，地面高程 30.43～35.81 m。右岸下游位于防洪堤內(nèi)，較寬闊，現(xiàn)為后山河營子村及旱田、蔬菜大棚、林地等，地勢較平坦，地面高程31.30～35.00 m。左岸山體較陡，壩端山頂高程138.50 m，右岸山體低矮，山頂高程88.85 m。此外，右岸下游分布一座防洪堤，堤頂寬約3～4 m，底寬約8～10 m，高4～5 m。沿河右岸直至市區(qū)。

坡洪積物主要分布在壩址區(qū)左岸下游的山前階地上，距壩址較遠(yuǎn)，以黃褐色黏性土為主。沖洪積物廣布于小凌河河谷中，以圓礫層為主，局部層間夾黏土或淤泥透鏡體。僅在左岸一級階地的表層分布有粉土。壩址區(qū)第四系松散地層分布于河谷兩岸，左岸河漫灘為單層結(jié)構(gòu)，主要為圓礫層，一級階地為雙層結(jié)構(gòu)，上覆粉土層，厚約1.7～5.0 m，下部主要為圓礫層，最大厚約13.5 m。右岸以圓礫層為主，分布于漫灘上，厚度約4.0 m。壩址區(qū)第四系覆蓋層中粉土滲透系數(shù)5.03×10－5cm/s，為弱透水層;圓礫層滲透系數(shù)1.42×10－1cm/s，為強(qiáng)透水層。

壩址區(qū)基巖巖性主要為安山巖和熔巖，以安山巖為主，壩址區(qū)分布較廣;熔巖以凝灰?guī)r和火山角礫巖為主，局部為熔結(jié)流紋巖、凝灰質(zhì)砂巖等，主要分布于壩址區(qū)河床部位和右岸岸坡?；鶐r風(fēng)化程度較弱，風(fēng)化界線有一定的規(guī)律性;巖體完整程度及強(qiáng)度因巖性不同有一定的差異，安山巖強(qiáng)度較高，一般為中硬，巖體完整性差～較完整;熔巖強(qiáng)度較低，一般為較軟巖～中硬巖，完整性差～較完整。壩基全、強(qiáng)風(fēng)化巖透水性較強(qiáng)，一般為弱～中等透水;弱風(fēng)化巖，一般為弱～中等透水;微風(fēng)化～新鮮巖，一般微～弱透水。

本工程土石方開挖主要包括壩基土方清理、石方開挖、上壩路石方開挖、橋涵工程石方開挖。

2 施工布置

施工用風(fēng):開挖用風(fēng)采用布置在左岸壩頭處的空壓站供給。

施工用水:采用布置在壩頭出的供水池供給。

施工用電:利用布置在左岸壩壩頭的變壓器接引供電線路至施工現(xiàn)場滿足施工用電要求。在左壩頭設(shè)3 kW鏑燈一臺，并在開挖工作面設(shè)1 kW移動式碘鎢燈，保證夜間開挖施工具備足夠的照明條件。

施工道路:土石方開挖主要利用上游料場路(SL路)、填筑主干路(TZ路)、填筑支路(TZZ1路、TZZ2路)及由SL路和TZ路引出的施工支線(TZZ3路、TZZ4路)做為土石方開挖的主路。

施工期臨時排水:壩基開挖工程開始前，根據(jù)現(xiàn)場地形、地貌和地質(zhì)條件在左壩頭開挖邊坡上方開挖臨時截水溝，將岸坡上方的雨水、滲水盡量攔截排至開挖區(qū)以外;在開挖施工過程中，土方分層開挖部位上的層面均形成2% ～3%坡度，防止開挖作業(yè)面積水，需要時，設(shè)臨時坑槽或開挖排水溝排走雨水或地面積水;灘槽段基礎(chǔ)開挖時，在壩體上下游開挖邊線以外挖排水溝，在河槽段附近設(shè)排水基坑，根據(jù)水量情況設(shè)水泵排水，保證地下水位降至最低開挖面0.5 m以下。

棄渣場:大壩清基土方棄渣均棄至棄渣場(下游Ⅲ號料場)，平均運(yùn)距4.5 km。棄渣場棄土?xí)r，根據(jù)棄土數(shù)量、渣場允許堆高確定渣場棄土場占地面積。傾倒棄土前，要規(guī)劃幾個棄土區(qū)，分層規(guī)劃棄土料，棄土料表面要平整并有2% ～3%的坡度，每層棄土料上面平鋪一層50 cm的廢棄石渣料，便于每層棄土料層中的排水，棄土永久邊坡上用廢棄石渣料護(hù)坡。

3 主要施工方法

3.1 場地清理

場地清理包括植被清理和表土層開挖，其范圍包括壩基開挖范圍以內(nèi)的全部區(qū)域的地表。

1)清除地表植被。人工清理壩基區(qū)域內(nèi)的樹根、雜草、垃圾、廢渣等施工用地需要清理的全部區(qū)域的地表。在清理過程中特別注意保護(hù)清理區(qū)域附近的天然植被及周圍環(huán)境不受破壞。地表的植被清理范圍，除監(jiān)理工程師另有指示外，主體工程施工場地地表的植被清理，延伸至離施工圖所示最大開挖邊線外側(cè)至少5 m距離;挖除樹根的范圍應(yīng)延伸到離施工圖所示最大開挖邊線外側(cè)3 m距離。

2)地面表層土的清挖、堆放和有機(jī)土的使用。表層土系指含細(xì)根須、草本植物及覆蓋草等植物的表層有機(jī)黏土。表層土按照監(jiān)理指示的開挖深度用人工配合2 m3反鏟裝20 t自卸汽車挖除。開挖的有機(jī)黏土，運(yùn)至監(jiān)理人指定地點(diǎn)堆放并防止沖刷流失，備用作工程環(huán)境保護(hù)的植被土料。其它淤泥、垃圾、廢渣、雜物等非適用材料運(yùn)至渣場堆放[1]。

3.2 土方開挖

開挖分區(qū):土方開挖遵循自上而下的原則共分2個區(qū)依次進(jìn)行開挖。Ⅰ區(qū)為左岸灘地段;Ⅱ區(qū)為左岸明渠及縱向圍堰占壓段。

施工方法:土方開挖土層較薄處采用162 kW推土機(jī)集料，3 m3裝載機(jī)裝20 t自卸車出渣，土層較厚處采用2 m3反鏟直接開挖，裝20 t自卸車出渣，壩基土方棄渣運(yùn)至棄渣場。機(jī)械施工后的邊坡或基礎(chǔ)，采用人工修整，直至滿足施工圖紙要求為止。

土料棄存措施:在渣場設(shè)1臺162 kW推土機(jī)分層攤鋪和初步平整。保證棄土料表面平整并有2%～3%的坡度，每五層棄土料上面平鋪一層50 cm的廢棄石渣料，便于棄土料層中的排水。

施工排水和降低水位措施:壩基開挖前，先在左岸開挖區(qū)上方開挖臨時截水溝，將岸坡上方的雨水、滲水盡量攔截并排至開挖區(qū)以外。土方分層開挖部位上的層面均形成2% ～3%坡度，防止開挖作業(yè)面出現(xiàn)積水。

壩基土方開挖時，在圍堰初步防滲的條件下，通過簡單的排水和降水措施，即可滿足土方開挖的要求?；优潘捎脤?dǎo)溝表面排水法，即在基坑上、下游兩側(cè)開挖導(dǎo)溝，基坑滲水由導(dǎo)溝引至主江道處的集水井內(nèi)，然后直接排水至上、下游圍堰外。

3.3 石方開挖

左岸開挖邊坡采用預(yù)裂爆破。石方開挖采用兩種施工方案:鑿裂法和鉆爆法。兩種施工方法以全強(qiáng)風(fēng)化帶下限為界，以上采用鑿裂法、以下采用鉆爆法。①鑿裂法施工:在開挖范圍內(nèi)采用沖擊錘沖擊基礎(chǔ)巖石，使其破碎，由推土機(jī)集料，裝載機(jī)裝自卸車運(yùn)至棄碴場;②鉆爆法施工:石方開挖自上而下進(jìn)行，采用手風(fēng)鉆梯段開挖，邊坡預(yù)裂爆破的施工方案。選用Y26手風(fēng)鉆鉆孔，鉆孔傾角75°，移動式空壓機(jī)供風(fēng)。壩基石方開挖至底部水平建基面時，預(yù)留保護(hù)層，最后采用手風(fēng)鉆鉆孔小孔徑小藥卷爆破方法分層開挖保護(hù)層。石方爆破后，人工清渣至坡腳處，2 m3反鏟裝20 t自卸車運(yùn)至渣場[2]。

4 施工進(jìn)度

壩基土方開挖分為兩個時段進(jìn)行，為2010年5月1日—2010年8月31日和2011年9月11日—2011年9月30日;壩基石方開挖2010年5月1日開始施工，至2010年8月31日施工結(jié)束。

5 質(zhì)點(diǎn)振動速度及飛石的控制措施

5.1 質(zhì)點(diǎn)振動速度控制措施

采用孔間微差順序爆破網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，控制最大一段起爆藥量以減少爆破振動速度。施工前通過試驗(yàn)確定爆破地震效應(yīng)傳播的經(jīng)驗(yàn)公式，鉆孔爆破施工中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)報和控制。若藥量控制到爆破的最低需用量，振動速度仍大于規(guī)定要求，采取有效減震措施，或調(diào)整爆破作業(yè)面，先施工距新澆混凝土或新灌漿區(qū)遠(yuǎn)的作業(yè)區(qū)，待混凝土強(qiáng)度增長后再施工近距離爆破作業(yè)區(qū)[3]。

5.2 飛石控制措施

選取合理的爆破參數(shù)，炮孔堵塞避免夾雜碎石，使用石粉或黃泥混合物進(jìn)行堵塞;控制好爆破方向，避免爆破方向指向其他標(biāo)段施工區(qū)域;爆破區(qū)附近機(jī)械設(shè)備采用排列木板進(jìn)行覆蓋防護(hù)[4]。

6 質(zhì)量保證措施

主要有8點(diǎn)措施:①土方開挖前，施工技術(shù)人員仔細(xì)研究施工圖及相關(guān)技術(shù)資料，對施工作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底;測量人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行測量放樣，測量放出開挖軸線、邊線和坡度等控制線和控制樁;②避免機(jī)械開挖作業(yè)對建基面的破壞，確保建基面完整;③基礎(chǔ)開挖過程中，如有積水則根據(jù)現(xiàn)場情況和水量設(shè)置排水溝、集水坑并設(shè)置水泵排除，保證建基面平整、干凈;④石方開挖應(yīng)通過爆破試驗(yàn)、獲得合理的爆破參數(shù)，經(jīng)監(jiān)理審批后執(zhí)行，并視地質(zhì)情況調(diào)整。嚴(yán)格控制單孔藥量及一次起爆藥量;⑤預(yù)裂孔鉆孔角度應(yīng)采用水準(zhǔn)儀配以鉛錘控制，確保預(yù)裂孔鉆孔質(zhì)量;⑥嚴(yán)格按設(shè)計(jì)裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)裂孔的裝藥;⑦每次預(yù)裂爆破后，首先檢查表面是否形成1.0 cm寬度的連續(xù)裂縫，梯段爆破挖運(yùn)完成后，再檢查預(yù)裂面是否受到破壞，殘孔率和巖面平整度是否達(dá)到規(guī)范要求，為進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)裂爆破參數(shù)提供依據(jù);⑧實(shí)施嚴(yán)格的過程控制。對各類爆破的驗(yàn)孔、裝藥、網(wǎng)絡(luò)連結(jié)等主要工序均實(shí)施三檢，簽證后方能進(jìn)入下道工序，監(jiān)理終檢合格簽發(fā)“準(zhǔn)爆證”方能起爆。

7 安全生產(chǎn)及文明施工

有11項(xiàng)內(nèi)容:①加強(qiáng)地質(zhì)監(jiān)測，收集地質(zhì)資料，指導(dǎo)和調(diào)整施工方案，確保施工安全;②根據(jù)現(xiàn)場具體情況并結(jié)合永久排水設(shè)置排水溝、截水溝等，防止山水、雨水、滲水進(jìn)入工作面;③根據(jù)開挖深度情況，采取分層開挖、階梯開挖，使開挖邊坡的坡度達(dá)到自然穩(wěn)定，對軟弱、松散邊坡及時進(jìn)行支護(hù)。土石方開挖過程中，派專人在開挖面對邊坡穩(wěn)定情況進(jìn)行巡視，發(fā)現(xiàn)危情，及時指揮設(shè)備、人員撤離。石方開挖后，排除危石、修整坡面和作業(yè)面，經(jīng)安全員對開挖面、坡頂受爆破震動影響情況進(jìn)行鑒定，確認(rèn)不存在事故隱患時才進(jìn)行下一層鉆爆;④雨前、雨后疏通截、排水溝，避免雨水(山水)直接沖擊開挖面。在坡頂影響邊坡穩(wěn)定的范圍內(nèi)不堆土或堆放其它重物;⑤石方開挖時，在壩頂開挖范圍線外側(cè)設(shè)置安全圍欄，并設(shè)專人巡視、檢查，保證開挖作業(yè)面的施工安全;⑥加強(qiáng)對爆破作業(yè)的安全管理，制定嚴(yán)格的安全管理制度，設(shè)立專職的安全檢查員，一切爆破作業(yè)經(jīng)安全檢查員簽認(rèn)后才準(zhǔn)進(jìn)行爆破;⑦參加爆破作業(yè)的有關(guān)人員，按國家和行業(yè)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行考試和現(xiàn)場操作考核，合格者才準(zhǔn)許上崗;⑧加強(qiáng)對爆破材料使用的監(jiān)管，對爆破材料的采購、驗(yàn)點(diǎn)入庫、提領(lǐng)發(fā)放、現(xiàn)場使用以及每次爆破后剩余材料回庫等進(jìn)行全面監(jiān)管和清理登記，防止爆破材料丟失;⑨實(shí)行工前、施工過程、工后安全檢查，安全員全天候蹲點(diǎn)監(jiān)督、檢查，確保施工安全;⑩夜間作業(yè)配備足量的照明器具，保證夜間作業(yè)安全;○11加強(qiáng)施工道路維護(hù)，確保暢通。

8 結(jié)語

水庫土石方開挖是其中一項(xiàng)重要部分，施工前應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場情況合理選擇開挖方案、施工布局與主要施工方法，確保施工安全質(zhì)量，確保水庫建設(shè)的順利完工。

[1]劉春芳，張士新，陳立華.壩基土石方開挖方案探討[J].河南水利與南水北調(diào)，2011(12):14－16.

[2]王開順，王新宇，王榮芳.建筑工程中的土石方施工機(jī)械[J].黑龍江水利科技，2008，36(05):166.

[3]閆志珍，潘福盈.天荒坪電站上庫瀝青混凝土防滲護(hù)面施工[J].水利水電施工，1997(03):45－48.

[4]湯樁里.談水利工程土石方開挖及填筑技術(shù)[J].科技資訊，2011(23):50.