柔性墊層爆破工法在夾巖水利樞紐工程面板堆石壩趾板基礎(chǔ)開挖中的應(yīng)用

盤小平 劉芳 楊歲明

摘要：夾巖水利樞紐工程地處貴州省喀斯特地區(qū)，地質(zhì)條件相對較差，趾板基礎(chǔ)開挖成形困難。工程采用了預(yù)留0.5 m保護層柔性墊層的爆破開挖工藝，保證了趾板基礎(chǔ)成形質(zhì)量。應(yīng)用結(jié)果表明，大壩趾板建基面形體尺寸及平整度滿足要求，施工方便，經(jīng)濟合理，且便于質(zhì)量控制。夾巖工程實踐可為不利地質(zhì)條件下的趾板基礎(chǔ)面開挖提供參考。

關(guān)鍵詞：趾板基礎(chǔ)開挖;柔性墊層爆破;面板堆石壩;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號：TV542文獻(xiàn)標(biāo)志碼：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

大壩趾板是整個混凝土面板堆石壩的重要防滲結(jié)構(gòu)，故趾板開挖爆破控制要求相對更高。喀斯特地貌條件下地質(zhì)相對較差，巖石風(fēng)化，節(jié)理、裂隙、斷層發(fā)育且復(fù)雜多變，趾板建基面開挖形體尺寸及平整度直接影響基礎(chǔ)質(zhì)量、施工進度以及施工成本。

大壩趾板基礎(chǔ)面通常采用預(yù)裂爆破+淺孔梯段爆破、預(yù)留保護層+撬挖以及建基面光爆+上部垂直孔爆破等多種爆破開挖方式。由于夾巖水利樞紐工程（以下簡稱“夾巖工程”）大壩地處喀斯特地貌區(qū)，地質(zhì)條件相對較差，為了提高趾板開挖質(zhì)量，夾巖工程趾板基礎(chǔ)面開挖先后應(yīng)用了雙聚能預(yù)裂爆破、預(yù)留2 m保護層爆破+鎬頭機撬挖及預(yù)留0.5 m保護層柔性墊層爆破開挖。

經(jīng)過現(xiàn)場施工驗證，采用預(yù)留0.5 m保護層柔性墊層爆破開挖，趾板建基面形體尺寸、平整度滿足要求。在相同地質(zhì)條件下爆破后巖體的完整性最好，減少了爆破超挖工程量，可確保施工進度加快、施工成本最優(yōu)。

2 工程概況

夾巖工程大壩為混凝土面板堆石壩，布置于潘家?guī)r腳沖溝與陳家大溝之間，最大壩高154.0 m，壩頂寬10.00 m，壩頂長424.26 m。趾板開挖總長685.12 m，基礎(chǔ)面寬6.5 m。

左岸趾板線平行于潘家?guī)r腳沖溝與主河床切割形成的突出山脊，且距山脊下游約80 m斜坡布置，基礎(chǔ)邊坡為1∶1.76，全長約304.85 m。河床段全長約40.87 m。右岸趾板從河床順斜坡至5號沖溝，轉(zhuǎn)彎后順5號沖溝邊緣至壩頂高程布置，從上至下分為4段，基礎(chǔ)邊坡分別為1∶1.561，1∶3.994，1∶2.258，1∶1.649，全長約339.40 m。

趾板開挖通常采用控制爆破技術(shù)，如光面爆破，但根據(jù)夾巖工程趾板基礎(chǔ)的地質(zhì)情況，控制爆破效果不太理想。結(jié)合工程實際情況，對趾板開挖方式進行了分析研究，最終采用了柔性墊層爆破方法，滿足了趾板基礎(chǔ)對平整度及結(jié)構(gòu)的要求，同時便于質(zhì)量控制，取得了良好效果。

3 工藝原理

大壩趾板基礎(chǔ)面的開挖通常采用控制爆破技術(shù)，爆破開挖過程中爆破應(yīng)力波和爆破氣體聯(lián)合作用會對邊坡保留巖體造成不同程度的動力干擾，在靠近輪廓面一定范圍內(nèi)形成開挖損傷區(qū)[1]。設(shè)置保護層及墊層的目的是最大限度減輕對下部基巖的破壞，采用緩沖墊爆破可極大程度減小爆破振動對邊坡巖體的沖擊，從而大幅增加巖體邊坡穩(wěn)定性[2]。

首先，爆破沖擊波通過柔性墊層一次能量衰減，即利用柔性墊層爆破自身的優(yōu)勢（藥卷不與孔底直接接觸）減少了介質(zhì)傳遞爆破沖擊的作用，通過保護層再次衰減。其次，炮孔及柔性墊層本身的可壓縮性較大，使爆破壓力降低。通過上述兩點起到了雙重保護下部巖石的作用。整個柔性墊層爆破技術(shù)的應(yīng)用，可實現(xiàn)對爆炸應(yīng)力等的有效削減和緩沖[3]。主要具有以下特點：

（1）與常規(guī)的預(yù)裂爆破和預(yù)留保護層爆破開挖相比，預(yù)留保護層柔性墊層爆破節(jié)約成本，提高了機械利用率及施工進度，為后續(xù)施工創(chuàng)造了有利條件;

（2）趾板建基面和上游邊坡采用預(yù)裂爆破結(jié)合柔性墊層一起爆破，提高了趾板建基面的平整度，減少了超挖，節(jié)省了回填混凝土的費用，保護了建基面的完整性，加強了趾板基礎(chǔ)的防滲能力;

（3）減少了對趾板混凝土的約束，為趾板混凝土防裂技術(shù)的應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。

4 爆破設(shè)計與施工

4.1 工藝流程

預(yù)留保護層柔性墊層爆破施工工藝流程為：技術(shù)交底→測量放樣→孔位布置→鉆機就位，復(fù)核角度、深度→開鉆、特殊地質(zhì)條件填寫鉆孔記錄→鉆至40 cm左右時復(fù)核角度→控制孔深至建基面預(yù)留50 cm→復(fù)核爆破設(shè)計→按爆破設(shè)計裝藥、聯(lián)網(wǎng)、爆破→人工配合鎬頭機、電錘進行保護層開挖。

4.2 裝藥結(jié)構(gòu)

該工程柔性墊層爆破參數(shù)為：炮孔間排距3～4 m;孔深以孔底落在基礎(chǔ)面為止;孔徑與梯段爆破相同（[？]90～110）;炸藥單耗0.4～0.5 kg/m3;采用毫秒微差復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò);孔底放置約30～50 cm短毛竹筒，藥包不接觸基面，成氣墊柔性爆破。

具體裝藥結(jié)構(gòu)及起爆網(wǎng)絡(luò)詳見圖1～2。

4.3 工藝操作要點

（1）測量。趾板建基面開挖的測量任務(wù)由測量隊專人負(fù)責(zé)，全程跟蹤趾板爆破部位的放樣、炮孔點位的確定，并對數(shù)據(jù)復(fù)核計算，按照爆破設(shè)計復(fù)核孔位、孔深。

（2）鉆孔。炮孔開鉆之前檢查放樣記錄，依據(jù)放樣單檢查炮孔間排距是否合格，孔位偏差是否小于10 cm。檢查結(jié)果合格后進行鉆機就位調(diào)整，調(diào)整好后使用多功能角度尺測量鉆孔角度，角度無誤后開鉆，鉆至40 cm左右時再次檢查角度，及時調(diào)整避免誤差過大。

鉆孔過程中嚴(yán)格控制孔深，按測量放樣單執(zhí)行，如遇特殊地質(zhì)條件做好相關(guān)記錄，如遇特殊地層考慮是否調(diào)整爆破設(shè)計。

（3）爆破施工。根據(jù)炮孔現(xiàn)場檢查情況及爆破試驗結(jié)果，爆破設(shè)計做好藥量控制，遇到薄弱或破碎帶適當(dāng)減少藥量。

在炮孔孔底墊層區(qū)及裝藥過程中，爆破員、質(zhì)檢員全程監(jiān)控，根據(jù)孔深及時修正裝填高度，孔底柔性墊層使用0.4 m左右的毛竹管或兩個高0.2 m的飲料瓶作為墊層。然后裝藥、封堵、聯(lián)網(wǎng)、起爆。

（4）保護層開挖。爆破出渣完成后，利用測量儀器檢查趾板面欠挖情況，如存在欠挖情況，則采用鎬頭機將欠挖部分進行破碎并予以清除，然后采用測量儀器復(fù)核趾板建基面高程，重復(fù)以上工序直至趾板建基面高程和平整度符合設(shè)計要求。

對于趾板建基面上局部存在反坡、倒懸坡、陡坎尖角的，則采用電錘進行修規(guī)。最后利用人工將結(jié)構(gòu)面上的浮渣、泥土、銹斑、鈣膜、破碎和松動巖塊清除處理，以保證趾板建基面的平整度。

5 應(yīng)用成果分析

通過現(xiàn)場實施常規(guī)預(yù)裂爆破、預(yù)留2 m保護層爆破+鎬頭機撬挖及預(yù)留0.5 m保護層柔性墊層爆破開挖及對比，趾板基礎(chǔ)面采用柔性墊層爆破開挖技術(shù)具有以下優(yōu)點：

（1）由于常規(guī)預(yù)裂爆破需搭設(shè)樣架、潛孔鉆施工，而柔性墊層爆破無需搭設(shè)樣架，使用液壓鉆機鉆孔，準(zhǔn)備時間短且造孔效率高，與原有的預(yù)裂爆破相比，每個循環(huán)節(jié)省約 3 d時間，大壩兩岸趾板高150 m，計30個循環(huán)，可節(jié)省工期90 d。

（2）經(jīng)統(tǒng)計，夾巖工程大壩趾板建基面開挖共計檢查平整度40組，最大值21，最小值10，平均值13.78，合格35組，合格率為87.5%，趾板建基面開挖平整度總體控制效果較好。

（3）趾板開挖修規(guī)后無欠挖，表面平整度小于15 cm，受斷層和泥夾層等地質(zhì)原因影響局部超挖較多。爆破未損害巖體的完整性，開挖面無明顯爆破裂隙?？傮w上看，趾板開挖形體受控，棱角清晰，建基面平整。

應(yīng)用柔性墊層爆破工法后的趾板基礎(chǔ)面爆破效果見圖3。

6 結(jié) 語

夾巖工程大壩趾板基礎(chǔ)面開挖采用預(yù)留0.5 m保護層柔性墊層爆破開挖工藝，應(yīng)用效果滿足平整度及結(jié)構(gòu)要求，施工方便，經(jīng)濟合理，同時便于質(zhì)量控制。工程實踐為不利地質(zhì)條件下的趾板基礎(chǔ)面開挖積累了豐富的施工經(jīng)驗，可供類似工程參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賀華，黎瀧. 邊坡巖體開挖爆破損傷的影響因素研究[J]. 水電與新能源，2017，155（5）：34-38.

[2] 程旭，宋錦泉，葉圖強. 大幅度提高巖體邊坡爆破開挖穩(wěn)定性的緩沖墊研究[C]//中國爆破新技術(shù)Ⅲ. 廣州：冶金工業(yè)出版社，2012：183-187.

[3] 李翔. 大壩基巖保護層開挖中柔性墊層爆破方法及爆破效果研究[J]. 中國標(biāo)準(zhǔn)化，2019，552（8）：78-79.

（編輯：李 慧）