神树面板堆石坝趾板基础开挖施工技术

神树面板堆石坝趾板基础开挖施工技术
趾板是将防渗墙和地基帷幕联结起来形成防渗体，因此趾板基础部位的开挖质量提出了更高的质量要求，通过合理的施工道路布置和控制爆破，达到预期目的，为后续类似工程提供成功经验。

1、工程概况及趾板工程地质条件
1.1工程概况。

神树蓄能电站是杂木河干流毛藏寺～渠首河段的第一个梯级。

砼面板堆石坝为2级建筑物，坝高94.0m，坝顶长度223.94m，总库容为5147万m³。

本工程趾板长度366.6m，垂直趾板中心线趾板开挖边坡坡比为1：0.3，坝轴线至上游河床趾板中心线长120m。

1.2趾板工程地质条件
（1）左岸斜趾板，长145.69m，趾板斜切左岸，呈折线布置。

岸坡2628m高程以上至坡顶大部分基岩裸露，由变质砂岩夹堇青石英片岩组成，变质砂岩致密坚硬，片岩岩性较为软弱。

受构造作用影响，岩体中断裂较发育，岩体破碎，尤其是顺坡向的卸荷裂隙对岸坡稳定性和趾板渗漏影响较大。

（2）河床平趾板，长103.52m，趾板横切河床，覆盖层为冲、洪积漂卵砾石层，粒径粗大，含孤石，厚度10～24m，松散～密实，渗透系数70～90m/d，为强透水层。

下伏基岩为变质砂岩夹片岩，强风化层厚度2～3m，弱风化层厚5～8m。

（3）右岸斜趾板，长117.37m，岸坡坡度30～70°，沿线陡坡（55～70°）段为变质砂岩夹片岩；缓坡段为崩、坡积块碎石土覆盖，厚3～5m，表层有厚约1m左右的腐殖质土，下伏基岩为变质砂岩夹片岩，岩体较破碎，节理裂隙较发育，右岸岩体强风化层厚3～6m，弱风化层厚8～10m。

2、趾板基础开挖施工特点、难点及对策
2.1工程特点及难点：（1）左岸地形复杂，边坡开挖厚度小，垂
直高差大，开挖施工道路布置困难且施工干扰大，在左岸趾板施工期间，左岸溢洪道、引水洞、泄洪排砂洞等工作面均同时施工，空间内上下交叉、前后交叉干扰大，安全隐患多，影响施工进度。

（2）趾板坐落于弱风化岩石上，节理裂隙较发育，在砼趾板范围内设计要求不允许欠挖。

（3）左右岸施工工作面狭窄，大型施工机械无法到达作业面，施工道路只能满足履带设备使用，自上而下翻渣的型式，至一定高程后采用自卸汽车运输出渣影响施工进度。

（4）由于施工工期短，在开挖的同时需兼顾支护，工期压力大。

（5）趾板部位岩石表面风化节理发育，施工中极易出现塌垮现象，在施工中对其予以清理；在右岸趾板部位存在大量的坡积物及碎石，施工过程中应将其清理，确保底部施工安全。

2.2对策措施
2.2.1针对道路布置困难的对策措施。

具体分析、区别对待，开挖施工道路布置以方便施工和满足工期要求为前提，根据工程施工需要，整体规划统筹，以满足各个部位开挖施工，对于施工道路无法满足运输车辆时，考虑钻爆设备“关进”开挖面，待开挖堆渣体上满足修建临时施工道路时即从堆渣体上通行开走。

2.2.2针对趾板开挖的对策措施。

在开挖施工过程中应采取措施避免基础岩面上出现爆破裂隙或使原有构造裂隙和岩体的自然状况产生不应有的恶化，采取控制爆破技术，同时为保证边坡开挖后岩石的完整性和开挖面的平整度，边坡开挖采用预裂爆破，建基面预留保护层，保护层厚度2.0m。

2.2.3针对施工干扰较多的对策措施。

本工程的主要施工干扰是左岸引水洞、泄洪排砂洞下部趾板开挖的干扰，对策如下：（1）从施工方案上最大限度减小干扰，主要体现在开挖方法上，根据本工程的具体情况，采取分部位，分高程来确定不同的开挖方法。

（2）尽早开始引水洞进口土石方明挖，避开该部位土石方开挖爆破与下部趾板的施工干扰。

2.2.4针对施工工作面狭窄、出渣困难的对策措施。

（1）设备选用
转弯半径小、运行宽度小、工作效率高的中小型钻爆设备进行爆破开挖施工。

（2）在左右岸趾板下部形成积渣平台，积渣平台石渣可通过左右岸出渣道路及时进行挖除。

2.2.5针对工期短、开挖支护难度大的对策措施。

（1）组织专业的开挖施工队伍和支护队伍，尽快进行施工道路修筑，力争尽早进入开挖施工工作面。

（2）合理安排施工，及时根据实际情况对施工方案、计划进行调整。

（3）统筹布置施工便道，尽量保证多个施工工作面同时进行施工，确保施工进度。

3、趾板基础开挖施工
3.1施工场内道路布置
（1）左岸趾板开挖道路。

由于左岸趾板顶部开口线高程为EL2652.5m，随着引水洞、泄洪排砂洞进口及溢洪道引渠段开挖至EL2652.5m时，利用前期开挖道路进行左岸趾板上部开挖。

后续随着开挖的下降不断降坡，该施工道路负责EL2652.5m～EL2620m范围内的石方开挖，EL2620m～EL2587m范围的石方开挖由底部施工道路负责。

（2）右岸趾板开挖道路。

右岸趾板开挖高差较大（EL2690m～EL2590m），原始山坡坡度达80°左右，施工难度较大。

中上部部分趾板开挖运输道路无法布置，大型的钻爆、开挖设备进入施工区域难度加大。

为彻底解决该问题，道路布置考虑为：将右岸趾板开挖按高程分别划分为上中下三个部分：上部EL2660m～2690m范围、中部EL2660m～EL2620m范围、下部EL2620m以下部分。

道路布置见照片1。

1）上部EL2660m～2690m范围结合已有的右岸高线道路，在该道路一合适位置设置一条临时的施工支路进行该部分的开挖作业，该道路仅需满足大型的履带设备行走，钻爆开挖的石渣利用液压反铲翻渣至底部河道内，然后通过底部施工道路运送至相应渣场。

2）中部EL2640m～2660m左右部分，受右岸高线和趾板间距及趾板特有的设计型式影响，用于顶部趾板开挖的道路无法下卧至该高
程。

初步设想为：采用更为轻便的潜孔钻配合手风钻进行钻孔、装药，并确保大部分开挖石渣可抛掷至底部河道。

但采用该法所耗时间较长，且抛掷爆破药量不易控制，加之本工程工期较紧。

提出了新思路并实施且效果好，具体为：再进行EL2640～2660m范围内爆破时将钻机和反铲“关进”开挖作业面，所谓“关进”即是在进行该部分的开挖时大型的设备不开出作业面，平时施工、维修及操作人员通行可采用搭设简易通行梯满足，设备油料可在顶部平台进行简易授油方式满足。

待到开挖高度下降一部分后，下部的开挖石渣堆积到一定量后，满足在堆渣体上修建临时施工道路时即从堆渣体上通行。

EL2640～2660m范围开挖设备“关进”开挖图见照片2。

中部EL2640～2620m开挖，即利用EL2640m～2660m开挖时的弃渣体，在弃渣体上临时修建一条施工道路，满足该部分的开挖作业。

3）下部EL2620m以下开挖利用坝轴线上游的临时堆渣体，在该堆渣体上修建一条临时施工道路满足。

利用堆渣体临时道路中下部开挖见照片3，趾板开挖形象效果见照片4。

3.2施工方法
趾板开挖采用自上而下分层梯段爆破开挖，锚杆支护及时跟进的方式进行施工。

梯段高度一般控制在10m。

为保证边坡开挖后岩石的完整性和开挖面的平整度，边坡开挖采用预裂爆破。

建基面预留保护层，保护层厚度2.0m。

梯段爆破开挖，采用液压钻造孔。

趾板建基面预留保护层用手风钻小炮孔开挖。

当每层爆破完成后，利用液压反铲直接向下翻渣至下部集渣平台后装车出渣，开挖过程中及时出渣。

3.3控制爆破参数
（1）梯段爆破：孔网参数以满足石渣料挖装的块度要求为前提，采用大孔距、小排距的爆破方法，以提高爆破效率；梯段爆破主要以排间微差为主，最大单响药量通过爆破试验确定。

梯段爆破设计参数见表1。

（2）边坡预裂爆破：永久边坡采用预裂爆破，在主爆孔与预裂孔之间布1～2排缓冲孔，其排距及装药量较前排梯段爆破孔减少
1/2～1/3；单响药量控制在50kg以内，爆破时间差控制在段位允许误差以内。

边坡预裂钻爆设计参数见表2。

（3）趾板保护层开挖：趾板保护层开挖集中在建基面基础，采用水平预裂爆破一次爆除，开挖钻孔设备为YT-28手风钻钻孔。

保护层开挖钻爆设计参数见表3。

3.4边坡爆破安全控制标准
根据爆破试验及边坡安全动态监测结果分析，边坡各梯段主爆孔开挖爆破质点振速在10cm/s以内时，边坡未发生崩塌破坏。

声波测试结果表明，爆破对紧邻边坡的破坏主要发生在开挖卸荷松弛层内，即预裂面以内0.6m～1.0m，使松弛层内部声波波速进一步降低10%以上，使岩体更加松动，而对松弛层以内岩体的破坏影响不明显。

当监控点质点振速在15cm/s以上时，声波测试结果表明，边坡上同类岩体松弛深度比以前加深0.2m，达到0.8m～1.2m，松弛层内部声波波速进一步降低，岩体更加松动。

说明当岩体质点振速达到15cm/s 时，爆破对保留岩体的进一步破坏比较明显。

参照其它同类工程资料，结合本工程边坡特点，确定边坡开挖爆破震动控制标准为：
弱、微风化岩体：10cm/s～15cm/s ；强风化岩体：10cm/s 。

4、几点体会
经过本工程边坡的开挖爆破施工，最终掌握了边坡开挖的施工技术。

有以下几点体会：
（1）EL2640～2660m范围内爆破时将钻机和反铲“关进”开挖作业面，不仅保证施工工期，而且为类似工程提供借鉴经验，但需要做好设备躲避的工作。

（2）对于预裂爆破来说，评价预裂面质量的高低，关键要看预裂面是否平整、半孔率是否达标、爆破裂隙是否严重，一般情况下预裂爆破参数是较易确定的，壁面上出现一些爆破裂隙也是不可避免的，预裂质量的好坏关键取决于钻孔质量的好坏，要使所有预裂孔位于同一个平面或曲面内，才能使预裂面的平整度及半孔率达标。

（3）对于梯段爆破来说，要充分重视爆区四周边界问题的处理。

梯段爆破要爆好，第一排孔是关键。

爆区周边临空面一般为不规则的原始边坡，必须根据实际地形布孔并适当加密，单耗适当加大（正常孔的1.5倍），并使其抵抗线不能大于2.5m，否则炸药很难推动，造成爆破振动后冲，影响边坡稳定。

爆区顶盘是否平整是由上层爆区的钻爆质量决定的，顶盘平整，便于钻机就位和钻孔质量的控制，使本爆区爆后底盘面较平整，为下一梯段钻爆创造良好条件，便于形成良性循环。

作者姓名：徐鲁成符学鑫
单位：中国水利水电第三工程局有限公司
徐鲁成：1965年出生，毕业学校：华北水利水电学院，水利水电工程专业，从事施工管理工作
符学鑫：1973年出生，毕业学校：华北水利水电学院，农田水利工程专业，从事施工技术管理工作。