淺談三輪河水庫工程建設(shè)之大壩工程基礎(chǔ)土石方開挖

摘 要：研究大壩工程基礎(chǔ)土石方開挖對于水利水電工程建設(shè)具有十分重要的意義，其關(guān)系到水利水電工程施工技術(shù)和項目建設(shè)管理水平的提升。三輪河水庫位于我國廣西壯族自治區(qū)隆林縣，是廣西2014～2016年抗旱規(guī)劃實施方案小型水庫建設(shè)項目，研究該小型水庫的基礎(chǔ)土石方開挖技術(shù)對同類項目建設(shè)具有一定的代表性，需要綜合考慮到設(shè)計要求、工程地質(zhì)、施工安全、環(huán)境保護、水土保持等問題，更加嚴格的控制施工各環(huán)節(jié)，在安全的前提下確基礎(chǔ)土石方工程開挖質(zhì)量，又要預防次生災(zāi)害的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：三輪河水庫；工程建設(shè)；大壩工程；基礎(chǔ)土石方；開挖技術(shù)；關(guān)鍵環(huán)節(jié)

中圖分類號：TV541 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）27-0148-03

引 言

經(jīng)濟社會的發(fā)展離不開水利的支撐，目前全國各地農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，一定程度上推動了水利事業(yè)的發(fā)展，尤其對于地理位置較為偏遠的地區(qū)，其可以極大的緩解地區(qū)水利基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的問題。三輪河水庫位于廣西西北部隆林縣境內(nèi)，是一座以供水為主，結(jié)合改善下游農(nóng)村人飲及灌溉等綜合利用的水源工程，水庫正常蓄水位為1075m，水庫設(shè)計洪水位為1076.93m，校核洪水位為1077.33m，有效庫容227.95m3，總庫容305.11m3，壩長213.5m，壩頂高程1079.4m，最大壩高46.4m。研究大壩工程基礎(chǔ)土石方開挖利于優(yōu)化施工工藝，控制規(guī)范施工工序，及時消除質(zhì)量及安全問題，延長工程使用壽命具有十分重要的作用。

1 三輪河水庫建設(shè)的重要意義

1.1 貫徹落實中央及地方政府關(guān)于確保城鄉(xiāng)飲水安全指示精神的需要

2011年中央一號文件《中共中央、國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》提出“大力加強水利建設(shè)”，抓緊解決工程性缺水問題。

廣西壯族自治區(qū)人民政府以桂政辦發(fā)〔2012〕75號文下發(fā)了《開展全區(qū)設(shè)區(qū)市及重點城鎮(zhèn)備用水源建設(shè)工作方案的通知》以加快備用水源工程建設(shè)，保證全區(qū)群眾的飲水安全。三輪河水庫可以從根本上解決縣城水源單一和周邊村屯人飲困難問題。

1.2 是改善當?shù)毓喔葪l件，提高糧食產(chǎn)量的需要

水利是農(nóng)業(yè)的命脈，為了提高當?shù)丶Z食產(chǎn)量，解決糧食自給，完善的水利灌溉保證體系是必不可少的，通過修建三輪河水庫，為下游沿河耕地提供可靠的灌溉水源，提高農(nóng)田供水保證率，改善當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，對提高糧食產(chǎn)量，提高當?shù)丶Z食自給能力有十分重要的意義。

1.3 促進當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展，建設(shè)社會主義新農(nóng)村的需要

隆林縣目前仍處于傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利的轉(zhuǎn)型階段，抵御旱災(zāi)的能力嚴重不足，供需水矛盾十分突出，通過三輪河水庫工程設(shè)施建設(shè)，解決了人民群眾最關(guān)心、最直接、最現(xiàn)實的利益問題，為當?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展和全面推進社會主義新農(nóng)村建設(shè)提供有力保障。

1.4 提高水資源利用率，解決水資源供需矛盾的需要

新建隆林縣城第二水源——三輪河小型水庫工程，形成以冷水河卡達水庫為主要水源、三輪河水庫為第二水源的雙水源供水格局。

綜上所述，通過修建三輪河水庫，可以提高區(qū)域水資源利用率，增加水資源的調(diào)控能力，為隆林縣城用水安全提供保障，從根本上解決區(qū)域農(nóng)村人飲和灌溉水量不足、供水保證率低等水資源供需矛盾，實現(xiàn)區(qū)域水資源合理配置，為當?shù)亟?jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展提供強有力的水利支撐。

2 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 壩線主要工程地質(zhì)條件及評價

壩基處河床寬13～17m，壩址區(qū)河流較平直，河床地面高程1.34m，左岸為一山梁，其兩側(cè)沖溝深切，梁底寬席150～300m，兩坡度30～40°，壩址段山坡坡度一般為18～20°岸坡中下部為梯田，上部為杉樹；右岸山坡陡峻，中下部植被發(fā)育差。河谷為寬底“V”型河谷。壩區(qū)巖性主要為砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，無大的斷層或構(gòu)造經(jīng)過，壩址巖層傾向上游偏左岸。

壩線存在有主要工程地質(zhì)問題為左岸壩肩山體較為單薄，巖體較破碎，屬中午秀水層，地下水位較低，存在繞壩滲漏的可能。右岸壩肩山坡陡峻，巖層傾角較陡，受節(jié)理及層面組合影響，壩基開挖時，可能存在開挖邊坡穩(wěn)定問題，施工時需要根據(jù)壩基開挖揭露情況，必要時加強支護。

2.2 大壩主要建筑物工程地質(zhì)條件

根據(jù)水工建筑物布置，大壩主要建筑物由左岸非溢流壩段、河床溢流壩與消力池、右岸非溢流壩等組成。

（1）左岸非溢流壩段地質(zhì)條件：左岸非溢流壩主要布置于左岸斜坡地帶，山頂高程為1050～1130m，岸坡度為18～20°。覆蓋層厚度為1～4m，主要為殘坡積的含碎石粘土；下伏基巖三疊系中統(tǒng)新苑組第一段第二亞段第五層（T2x1b-5）的砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖、第六層的（T2x1b-6）的粉砂質(zhì)泥巖及第七層（T2x1b-7）的砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，巖層傾向上游偏左岸，傾角一般為55～80°，無大的構(gòu)造及斷層經(jīng)過。

（2）河床溢流壩地質(zhì)條件：河床溢流壩布置于壩軸線中部，地面高程為1034～1052m，該段河流較為順直，河床基巖裸露，為三疊系中統(tǒng)新苑組第一段第二亞段第四層（T2x1b-5）的砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，巖石軟硬相間，巖體為強～弱風化，巖層傾向上游偏左岸，傾角一般為80°，無大的構(gòu)造及斷層經(jīng)過；強風化巖體下限埋深為0～1.5m；巖體屬中午透水層；其弱風化下限埋深為3～4m。

（3）右岸非溢流壩地質(zhì)條件：右岸非溢流壩主要布置于右岸地帶，山頂高程約為1126m，岸坡坡度為40～50°，覆蓋層厚度為1～5m，土質(zhì)主要為殘坡積的含碎石粘土。下伏基巖三疊系中統(tǒng)新苑組第一段第二亞段第四層（T2x1b-4）的砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖和第五層的（T2x1b-5）的粉砂質(zhì)泥巖，巖石軟硬相間，巖體為強～弱風化，巖層傾向上游偏左岸，傾角一般為55～80°，壩基無大的構(gòu)造及斷層經(jīng)過，壩區(qū)的四組節(jié)理在本壩段均有發(fā)育，第①組節(jié)理與層面組合對右岸壩基開挖邊坡的穩(wěn)定有一定影響；根據(jù)鉆孔揭露，右岸壩基強風化巖體下限埋深一般為4～30m。

2.3 壩基開挖邊坡穩(wěn)定問題評價

根據(jù)水工設(shè)計，河床兩岸壩基開挖采取臺階式，相鄰臺階高差8～14m，相鄰臺階為弱～微風化巖體開挖坡比為1：0.5～1：0.75，相鄰臺階為強～弱風化巖體開挖坡比為1：0.75～1：1。

根據(jù)壩基的地質(zhì)條件及開挖形式，左岸壩基開挖邊坡走向約為N27°W，傾向NE，受②組節(jié)理和②組節(jié)理影響，可能出現(xiàn)崩塌問題，施工時需要根據(jù)現(xiàn)場開挖情況及時加強支護；右?guī)r壩基開挖邊坡走向約為N27°W，傾向SW，受第①組節(jié)理及巖層層面組合影響，局部可能存在開挖邊坡失穩(wěn)問題，施工時需要根據(jù)現(xiàn)場開挖情況及時加強支護。

3 施工總體布置

3.1 施工布置規(guī)劃

（1）布置原則：①根據(jù)工程特點及施工進度，結(jié)合施工場地條件并方便施工的原則進行施工布置，做到施工生產(chǎn)生活區(qū)布局合理、緊湊、盡量減少施工占地。②盡量利用臺地進行布置，減少場地平整。③盡量利用沖溝、坳槽并相對集中布置棄渣場，減少占用耕地。④統(tǒng)籌規(guī)劃場內(nèi)施工道路，妥善解決場內(nèi)交通問題。

（2）施工布置規(guī)劃：根據(jù)水工建筑物布置、壩線及大壩主要建筑物地質(zhì)條件，壩基開挖邊坡穩(wěn)定問題評價及本大壩工程特點，大壩基礎(chǔ)開挖設(shè)3個施工區(qū)，分別為①左岸非溢流壩段施工區(qū)；②河床溢流壩與消力池施工區(qū)；③右岸非溢流壩施工區(qū)。大壩基礎(chǔ)土石方開挖時按①→②→③順序開挖。

3.2 土石方平衡及棄渣場布置

根據(jù)土石方平衡計算，壩區(qū)附近設(shè)置2個棄渣場。攔河壩開挖總量約21萬m3，大壩下游右岸0.3km處設(shè)1號棄渣場，計劃堆渣（松方）約25萬m3；大壩下游左岸1.3km處設(shè)2號棄渣場，計劃堆渣（松方）約3萬m3。

4 大壩工程土石方開挖技術(shù)運用

三輪河水庫大壩工程土石方開挖主要包括土方開挖和石方開挖兩個部分。下面逐一闡述：

4.1 大壩工程基礎(chǔ)土方開挖施工技術(shù)措施

按照設(shè)計壩軸線走向設(shè)置控制網(wǎng)點，在大壩中心線上每隔30～50m打一木樁，并在其轉(zhuǎn)折點處地形變化較大的地方加樁，并在樁上標注開挖深度。建基面開挖邊坡控制應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求開挖進行放坡，開挖深度應(yīng)符合規(guī)范要求，如遇到巖石或者軟弱土層應(yīng)進行調(diào)整。將用于回填的粘性土方集中堆放在臨時堆土區(qū)，便于回填，基礎(chǔ)底面予留值宜為30～50cm。為便于雨積水排除，基槽兩邊挖出明排水溝，初步擬定每隔100m設(shè)置集水井，不同土質(zhì)應(yīng)以實際要求為準設(shè)定，同時配備2.2kW潛水電泵隨時將積水抽出排至附近溝渠。具體施工方法如下：

開挖采用自上而下的臺階式開挖方式，禁止從岸坡坡腳或岸坡中部開挖。同時采用機械削坡時，要求預留20cm以上厚度的保護層，根據(jù)對現(xiàn)場原始地形的測量及設(shè)計坡度，高度較大的邊坡，分梯段開挖，梯段的高度根據(jù)施工機械性能及開挖區(qū)布置等因素確定。計算開挖層厚及開挖量，視開挖層厚及開挖量的大小，在適當?shù)陌镀虏课换蚱履_建立工作臺，并修通連接灘地的“Z”字形出渣道路。粗挖部分采用1.0～2.0m3反鏟挖土配裝8～25t自卸汽車運輸出渣，渣料運至指定的棄渣場。棄渣場采用74kW的推土機平整，且棄渣料的堆高控制在1.0～2.0m之間。保護層開挖或機械挖不到的部位以及溝槽土方，因開挖斷面較小，均采用人工開挖，集料后用挖掘機裝料，配5～8t自卸汽車運至棄渣場。

4.2 大壩工程基礎(chǔ)石方開挖施工技術(shù)措施

本工程石方開挖約15.5萬m3，方量較大，根據(jù)以往經(jīng)驗，巖石開挖用撬棒撬挖、爆破、加打楔子松動巖塊或挖掘機破碎錘破碎挖除相互結(jié)合，5～15t自卸車裝運，卸棄渣場。

（1）爆破：在水利水電工程建設(shè)中，石方開挖普遍使用的方法是爆破開挖法，爆破法開挖石方的基本工序有鉆孔、裝藥、起爆、挖裝和運卸等。

①準備工作。了解場地情況，編制適合工程需要的具體爆破施工方案。凡不能使用機械或人工直接開挖的石方，采用爆破法開挖。需要采用爆破法的開挖段，如空中有電纜線，查明其平面位置和高度；還要調(diào)查地下有無管線，如果有管線，查明其平面位置和埋設(shè)深度；同時調(diào)查開挖邊界線外的建筑結(jié)構(gòu)類型、完好程度、距開挖距離等，然后制定爆破方案，本工程擬采用全斷面梯段爆破法。檢查爆破從業(yè)人員的資格，爆破作業(yè)要由經(jīng)過專業(yè)培訓并取得爆破證書的專業(yè)人員施爆，禁止非爆破專業(yè)人員進行爆破作業(yè)。根據(jù)設(shè)計要求放出開挖輪廓線和各炮孔孔位，并予以編號，插木牌逐孔寫明孔深、孔徑、傾斜角方向及大小進行炮位、炮孔深度和用藥量設(shè)計，其設(shè)計圖紙和資料應(yīng)報送有關(guān)部門審批，經(jīng)批準后才進行爆破施工。

②鉆孔、裝藥。鉆孔是爆破質(zhì)量好環(huán)的重要一環(huán)，嚴格按爆破設(shè)計的位置、方向、角度進行鉆孔，先慢后快。本工程采用液壓鉆鉆孔，鉆孔過程中，必須仔細操作，嚴防卡鉆、欠鉆、漏鉆和錯鉆。裝藥前必須檢查孔位、深度、傾角是否符合規(guī)范要求，孔內(nèi)有無堵塞、孔壁是否有石塊以及孔內(nèi)有無積水。如發(fā)現(xiàn)孔位和深度不符合規(guī)范要求時，進行補孔或透孔。嚴禁少打眼，多裝藥。清除孔口周圍的碎石、雜物，對于孔口巖石破碎不穩(wěn)固段，進行維護，避免孔口形成喇叭狀。鉆孔結(jié)束后封蓋孔口或設(shè)立標志。供鉆孔用的腳手架，要搭設(shè)牢固的欄桿。開鉆部位的腳手板一定要鋪滿綁牢，架子本身結(jié)構(gòu)要求符合規(guī)程的有關(guān)規(guī)定。鉆孔質(zhì)量符合規(guī)范要求，鉆完孔后進行裝藥，裝藥和堵塞應(yīng)使用木、竹制作的炮棍。嚴禁使用金屬棍棒裝填。本工程擬采用電力起爆，裝炮前工作面一切電源應(yīng)切除，照明至少設(shè)于距工作面30m以外，只有確認炮區(qū)無漏電、感應(yīng)電后，才可裝炮。

③連線、起爆。在同一爆破網(wǎng)路上必須使用同廠、同型號的電雷管，其電阻值應(yīng)相同。康銅橋絲雷管的電阻極差不得超過0.25Ω，鎳鉻橋絲雷管的電阻極差不得超過0.5Ω。網(wǎng)路中的支線、區(qū)域線和母線彼此連接之前各自的兩端應(yīng)短路、絕緣。爆破網(wǎng)路主線應(yīng)絕緣良好，并設(shè)中間開關(guān)，與其它電源線路應(yīng)分開敷設(shè)；爆破網(wǎng)路的聯(lián)接必須在全部炮孔裝填完畢，無關(guān)人員全部撤至安全地點后進行；聯(lián)接應(yīng)由工作面向起爆站依次進行，各接頭應(yīng)用絕緣膠布包好，兩條線搭接扣禁止重疊，兩線的接點至少錯開10cm；用動力或照明電源起爆時，起爆開關(guān)必須放在上鎖的專用起爆箱內(nèi)，起爆開關(guān)箱和起爆器的鑰匙在整個爆破作業(yè)時間里，必須由爆破工作的負責人嚴加保管，不得交給他人；裝好炸藥包后，必須撤除工作面的一切電源。

（2）撬挖或破碎錘挖除：進行撬挖工作時，嚴禁站在石塊滑落的方向撬挖或上下層同時撬挖。在撬挖工作的下方嚴禁通行，并有專人監(jiān)護。撬挖工作在懸浮層清除并撬成一個確無危險的坡度后才能收工。撬挖人員有適當間距，在陡坡上系好安全繩、配戴安全帽，禁止多人共用一根安全繩，一般應(yīng)在白天作業(yè)。其次，較薄部分巖石采用人工風鎬配合液壓巖石破碎錘或挖掘機直接開挖的方式施工。液壓巖石破碎錘施工時，由巖石斷面的終點向起點進行施工，施工時將液壓巖石破碎錘的釬桿壓在巖石上，并保持一定壓力后才開動破碎錘，利用破碎錘的沖擊力，將巖石破碎。

5 大壩基礎(chǔ)土石方開挖安全管理

5.1 安全監(jiān)督管理機制

嚴格落實安全監(jiān)督機制可以較好的避免土石方施工過程中的安全事故，所以必須制定健全完善的安全監(jiān)督管理制度機制。①建立安全機制必須以國家標準為基礎(chǔ)；②要充分考慮到施工實際，針對可能出現(xiàn)的具體問題作出清晰的規(guī)定，確保安全制度的真正落地，保證后續(xù)工作的有效落實；③制定安全制度機制，還需要進一步區(qū)分目標任務(wù)，進一步壓實安全責任，避免大壩工程基礎(chǔ)土石方施工出現(xiàn)質(zhì)量、安全問題而相互推諉；④建立安全制度機制的主要目的是保證安全施工，對職工形成安全約束力，構(gòu)建健全的安全監(jiān)督體系，不僅如此，在施工后，還要建立安全評估體系，更好的提升施工安全性和完整性。

5.2 安全措施

（1）邊坡安全監(jiān)測：在大壩基礎(chǔ)開挖前，在大壩左右岸開挖線外約10m山體上布置觀測點，左岸布置6個，右岸布置3個共計9個觀測位移工作基點，施工時段每小時觀測1次，天氣異常的加大觀測頻次，同時安排2名安全員通過肉眼實時觀察，爭取第一時間發(fā)現(xiàn)險情；通過設(shè)備觀測與人工觀測結(jié)合的方式嚴密監(jiān)測，確保沒有因山體滑坡、塌方、落石等造成的安全事故發(fā)生。

（2）設(shè)置截水溝：在大壩基礎(chǔ)開挖前，大壩左右岸開挖線外約3m山體上沿開挖線修建400×400斷面截水溝，防止雨水沖刷開挖坡面，造成山體滑坡、塌方等安全事故。

（3）圍擋：在大壩基礎(chǔ)開挖前，大壩左右岸開挖線外約3m山體上沿開挖線設(shè)置1.5m高圍檔?；A(chǔ)開挖完成后在建基面周圍設(shè)置剛性圍檔，防止落石等造成安全事故。

（4）噴錨支護：為保證大壩工程在基礎(chǔ)土石方開挖過程和大壩主體工程施工以及工程運行安全，對壩肩邊坡進行噴錨支護。

6 環(huán)境保護

三輪河水庫大壩基礎(chǔ)土石方開挖對環(huán)境的不利影響主要包括施工期產(chǎn)生的揚塵、噪聲、棄渣等。

6.1 大氣環(huán)境保護

（1）土石方開挖降塵：工程開挖采用濕法作業(yè)，減少開挖產(chǎn)生的粉塵，對開挖產(chǎn)生粉塵量較大的，應(yīng)采取圍擋措施，并及時灑水。

（2）土石方運輸防塵：運輸車輛經(jīng)過臨時道路或土路時，提前減速行駛，同時運輸物料和棄渣過程中應(yīng)采取防風遮擋措施，保持良好的密封狀態(tài)，運輸棄渣的車輛不能裝載過滿，防止揚塵及散落。

（3）施工區(qū)及施工道路降塵：施工區(qū)及施工道路應(yīng)配備灑水車及相應(yīng)的除塵設(shè)備，雇人定期清掃，灑水以減少粉塵及揚塵。

6.2 聲環(huán)境保護

（1）選用符合國家有關(guān)標準的施工機械，盡量選用低噪音的設(shè)備和工藝；不得不使用高噪音設(shè)備的石方開挖工程，盡量安排在白天施工。

（2）盡量避免在午間和夜間施工，以減少噪聲對施工區(qū)和附近居民點環(huán)境的影響。

（3）在緊鄰居民點的施工道路或運輸?shù)缆费鼐€設(shè)立提示牌，提示過往車輛減速慢行，禁鳴喇叭。

（4）做好接觸高噪聲工作工人的勞動保護。

6.3 固體廢棄物控制

（1）大壩基礎(chǔ)開挖產(chǎn)生的土石方棄渣及時運往規(guī)劃棄渣場，不得隨意堆放或就地順坡傾倒。

（2）土石方棄渣在運輸過程中散落的在當天及時清除，運至規(guī)劃的棄渣場。

7 水土保持

三輪河水庫大壩工程土石方開挖水土流失范圍主要有大壩工程建設(shè)區(qū)和棄渣場區(qū)。

7.1 大壩工程建設(shè)區(qū)

（1）在開挖邊線外設(shè)置截水溝，防止邊坡水土流失。

（2）壩肩邊坡采取網(wǎng)格梁護坡，滿足水保要求。

7.2 棄渣場區(qū)

（1）施工管理：在堆渣前，要遵循“先擋后棄”的原則，要事先修建攔擋工程以防止棄渣流失，嚴禁先棄后擋；同時要在棄渣場頂部依山坡地形修建截水溝，將坡匯水引入渣場下游溝道。

（2）工程措施：為了防止棄渣滑塌或散落，棄渣堆放前在棄渣場邊緣坡腳修建擋渣墻，以保護坡腳，避免引發(fā)牽引性滑塌。

（3）植物措施：大壩土石方開挖施工結(jié)束后，對覆土整治后的棄渣場進行恢復植被。

8 結(jié)束語

水利水電工程是我國的民生工程，也是一個“功在當代、利在千秋”的工作，為了滿足社會需要，其施工建設(shè)要求也在不斷提升，本文重點研究的大壩基礎(chǔ)土石方開挖是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在具體施工中，必須根據(jù)水利項目具體情況，加強水利水電工程建設(shè)管理，優(yōu)化各種施工工藝，嚴格施工各個環(huán)節(jié)的把握，同時要注重新科技新技術(shù)的運用，保障水利水電工程土石方施工質(zhì)量，推動水利水電工程的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1]馮 杰.水利水電工程土石方施工技術(shù)探索[J].四川水泥，2015，05.

[2]龍雪芹.水利水電工程土石方施工技術(shù)及前景展望[J].山西農(nóng)經(jīng)，2015，09.

[3]韓立祥.土石方工程在建筑工程中施工技術(shù)探析[J].黑龍江科技信息，2015，10.

[4]鄒洪坤.水利工程土石方施工技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，03.

[5]《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》（SL386-2007）.

收稿日期：2018-8-11

作者簡介：田維坤（1980-），男，漢族，廣西田林人，工程師，本科，主要

從事水利工程建設(shè)管理、水利水電工程技術(shù)工作。