龍背灣水電站面板堆石壩壩料開采與質(zhì)量控制

馮江江

（中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司 陜西 西安 710065）

1 工程概況

龍背灣水電站工程位于湖北省竹山縣堵河支流官渡河上，工程規(guī)模屬大（2）型，工程等別為二等。主要建筑物大壩為一級建筑物，其它永久建筑物如溢洪道、引水系統(tǒng)和電站廠房均為二級建筑物。水庫正常蓄水位520.0m，水庫最大庫容8.3億m3，電站總裝機(jī)2×90MW，電站設(shè)計(jì)引用流量170.6m3/s。

龍背灣水電站大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高158.3m,壩頂長度 465m，壩頂寬 10m，大壩上游坡為 1∶1.4，下游綜合坡度1∶1.44，壩體標(biāo)準(zhǔn)剖面從上游至下游依次為混凝土防滲面板、墊層料區(qū)、過渡料區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、下游干砌石護(hù)坡及壩后堆石棱體區(qū)。

壩體總填筑量約 700萬 m3，其中40萬m3為溢洪道開挖出的弱風(fēng)化砂巖，60萬m3為河床砂礫料場的天然砂礫料，主堆石料為500萬m3，過渡料為46萬m3，墊層料約17萬m3，蓋重料約28萬m3。

2 料場概況及料場開采

2.1 料場工程地質(zhì)條件

主堆石料場主要有R3、R4兩個料場，R3料場位于壩址上游右岸支流馬廠河右岸，地形為陡坡山地，溝谷狹窄。料場巖體大致呈東西走向，巖層傾向南方。地層為寒武系下統(tǒng)石龍硐組（∈1s1）灰色中～厚層白云巖、花斑狀白云巖、寒武系下統(tǒng)天河板組（∈1t）灰色薄層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r、豆?fàn)罨規(guī)r。料場基巖裸露，山坡上零星有少量風(fēng)化殘積的碎石粘土，厚度小于1m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度3m。

R4料場位于壩址上游右岸支流馬廠河左岸，距上壩交通洞進(jìn)口直線距離800m，分布高程為425m～700m，地形上屬陡坡山地。地層為寒武系下統(tǒng)天河板組（∈1t）和石龍硐組（∈1sl）。

料場巖層裸露，山坡上只有零星風(fēng)化殘積的碎石粘土，厚度小于1m，強(qiáng)風(fēng)化層平均厚度3m，硬質(zhì)巖層間總計(jì)夾有三層厚3.7m的鈣質(zhì)頁巖。巖塊進(jìn)行了強(qiáng)度試驗(yàn)，新鮮巖石的干、濕強(qiáng)度均大于50MPa，滿足工程要求。設(shè)計(jì)剝采比為1∶8。

2.2 料場開采后揭露地質(zhì)情況

R3料場第二次爆破揭露的地質(zhì)情況與第一次硐室爆破（試驗(yàn)炮）揭露的地質(zhì)情況發(fā)生了較大變化，第二次硐室爆破揭露面顯示料場存在著兩條大的夾泥帶，寬度分別為15m～20m左右，無用料增加。

R4料場開采過程中發(fā)現(xiàn)在EL475～EL485中貫穿料場的強(qiáng)風(fēng)化夾土層，造成無用料及污染合理料增加。

從實(shí)際施工過程中石料開挖巖層揭露的情況發(fā)現(xiàn)，料場地質(zhì)條件比較復(fù)雜：地質(zhì)斷層和溶蝕裂隙發(fā)育寬度較寬，巖層中夾泥層多且無明顯規(guī)律；此外，受構(gòu)造影響，巖體順層面和節(jié)理面均有溶蝕現(xiàn)象，且發(fā)育程度無規(guī)律；合格料和不合格料大面積混雜分布，石料開采爆破后需分選挖裝，開采挖裝效率低，不合格料非常多，大大增加了石料開采生產(chǎn)成本。

2.3 料場開采

料場巖性主要以灰色厚層條帶灰?guī)r和灰色厚層白云巖?；?guī)r石飽和抗壓強(qiáng)度64.5MPa～122MPa，灰?guī)r軟化系數(shù)大于0.87。料場前期已進(jìn)行了覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化層剝離。

由于料場受地形限制，經(jīng)多方論證，采取硐室爆破開采為主，梯段爆破為輔。

為解決高峰期上壩供料需求,結(jié)合料場實(shí)際復(fù)雜地形，項(xiàng)目于2011年11月8日在料場進(jìn)行了生產(chǎn)性硐室爆破試驗(yàn)，設(shè)計(jì)爆破總方量約11萬m3，設(shè)計(jì)裝藥量65.3t，炸藥單耗約為0.6kg/m3。

2.3.1 爆破方案

經(jīng)論證后，壩料開采采用了松動條形藥包硐室爆破方案，其理由為：試驗(yàn)區(qū)為單獨(dú)山脊，考慮到地形條件受限，條形藥包爆破具有能量分布均衡、能量利用率高、巖石破碎均勻、松動效果良好等特點(diǎn)。

根據(jù)料場的實(shí)際地形、地質(zhì)條件，參考類似工程經(jīng)驗(yàn)，爆破設(shè)計(jì)在合理的W/H比值范圍內(nèi)，根據(jù)深孔爆破“小抵抗線，寬孔距”，盡量減小抵抗線值，采用毫秒微差控制爆破進(jìn)行施工。

2.3.2 爆破參數(shù)及爆破效果

（1）爆破參數(shù)

料場爆破試驗(yàn)采用單排三層條形藥室，下層藥室設(shè)計(jì)高程460m、中層和上層藥室定于478m和498m，藥室水平布置，各藥室底部高程低于中心高程50cm，導(dǎo)洞與藥室平面呈“干”字形。主導(dǎo)洞斷面尺寸為1.7m×1.1m（高×寬），藥室斷面尺寸為1.7m×1.2m（高×寬）；設(shè)計(jì)最小抵抗線為17.22m～20.59m；W/H=0.5～0.6；炸藥單耗為 0.41kg/m3；設(shè)計(jì)分成6個段發(fā)起爆。導(dǎo)洞掘進(jìn)長度計(jì)216m，堵塞長度為87.65m，本次試爆最大齊發(fā)藥量12.81t。

（2）爆破效果

料場硐室爆破試驗(yàn)完成后，從現(xiàn)場爆堆表面情況看，除斷層帶及山脊頂部有部分超徑大塊石外，其余破碎效果良好。由于設(shè)計(jì)裝藥量偏大，硐室周圍爆破料較為破碎，石粉含量高，經(jīng)現(xiàn)場估算大塊石總方量約為2500m3，占總爆破方量的1.6%。爆破后對爆堆內(nèi)部進(jìn)行顆分取樣試驗(yàn)，取樣總量為8698kg，試驗(yàn)結(jié)果如下：大于800mm以上大塊石重量為379kg，大塊石含量為4.4%。在與表層大塊石率相加后，料場硐室爆破大塊率為6%。

由于硐室爆破裝藥量較大，為了確保爆破地點(diǎn)附近人員、機(jī)械和建筑物及周圍環(huán)境的安全，項(xiàng)目評估了爆破產(chǎn)生的各種危害并由此確定了爆破時的安全距離。爆破前對距料場600m內(nèi)的所有人員全部撤出，并請專業(yè)測振專家對交通洞進(jìn)行了爆破振動監(jiān)測，測得洞口處最大振速4.5cm/s，隧道內(nèi)距離洞口50m處最大振速2.2cm/s。垂直方向沿交通洞軸線呈指數(shù)衰減，距洞口50m處為指數(shù)衰減折點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)最大振速4.5cm/s，該處振動頻率21Hz。爆破符合振動控制標(biāo)準(zhǔn)情況。

2.3.3 硐室爆破料使用情況

料場的硐室爆破料全部用于大壩的主堆石填筑。爆破完成后，試驗(yàn)室對料場的硐室爆破料進(jìn)行了碾壓試驗(yàn)，試驗(yàn)場地選在河床平坦砂石層上。試驗(yàn)對主堆石料進(jìn)行三組鋪料厚度測試，鋪料厚度分別為600mm、800mm、1000mm，碾壓設(shè)備采用26t自行式振動碾進(jìn)行碾壓，碾壓參數(shù)分6遍和8遍兩種。試驗(yàn)時通過沉降測量和挖坑注水檢驗(yàn)，測得主堆石區(qū)平均的干密度為2.09g/cm3，平均孔隙率為17.8%，顆分粒徑曲線在設(shè)計(jì)包絡(luò)曲線范圍內(nèi)，符合堆石區(qū)設(shè)計(jì)要求。

通過硐室爆破試驗(yàn)炮提供的各項(xiàng)爆破參數(shù)，項(xiàng)目截止目前已成功實(shí)施6次硐室爆破，爆破工程量約300萬m3，效果良好。

3 質(zhì)量控制

3.1 質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）上壩料的級配、最大粒徑、石料物理力學(xué)指標(biāo)直接關(guān)系到石料的壓實(shí)度和孔隙率是否滿足設(shè)計(jì)要求，關(guān)系到大壩主體的安全運(yùn)行，因此必須嚴(yán)格控制開材料的相關(guān)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求才可用于填筑施工。

（2）墊層料的級配（特別是小于5mm和1mm的顆粒含量）、最大粒徑等滿足設(shè)計(jì)要求時墊層施工的關(guān)鍵，直接影響大壩面板的質(zhì)量。因此，墊層料的料源必須經(jīng)嚴(yán)格檢測且符合設(shè)計(jì)要求才可進(jìn)入大壩實(shí)體。

3.2 施工質(zhì)量控制

（1）嚴(yán)格控制開采程序。本工程料場采用硐室爆破，機(jī)械設(shè)備無法對山體進(jìn)行覆蓋層清理，在此情況下，安排人員對料場山體的植被進(jìn)行清除，對覆蓋層較厚部位進(jìn)行人工清除，盡量減小爆破后料源污染，提高剝采比。

（2）爆破過程中對地形地質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，杜絕對強(qiáng)風(fēng)化等無用料的爆破，不斷優(yōu)化爆破參數(shù)，盡量減少超徑石，滿足級配要求，料場內(nèi)設(shè)專職解石小分隊(duì)（包含人工鉆爆解石，挖機(jī)破碎解石）。

（3）爆破后，首先對爆破料進(jìn)行質(zhì)量鑒定，標(biāo)明利用料與廢棄料范圍，確定填料種類，方可挖裝上壩。

（4）壩料挖裝運(yùn)輸過程中，根據(jù)填料種類確定相對應(yīng)的專用運(yùn)輸車輛，避免不同料源混裝。

（5）設(shè)置專職質(zhì)量員，對每車上壩料均進(jìn)行外觀質(zhì)量觀測，檢測合格方后可進(jìn)入壩內(nèi)施工區(qū)。

4 結(jié)語

龍背灣水電站大壩填筑料源由于受地形地質(zhì)條件影響，料場地質(zhì)條件相對較差，軟弱夾層現(xiàn)象普遍，給壩料開采施工帶來了很大困難，經(jīng)過多方通力合作，在精心組織和嚴(yán)格質(zhì)量控制下，壩體的填筑進(jìn)度和施工質(zhì)量得到了充分保證。陜西水利