黑河大坝粘土心墙基础先帷幕灌浆再爆破开挖施工方案

　第31卷水　利　水　电　技　术2000年第9期黑河大坝粘土心墙基础先帷幕灌浆

再爆破开挖施工方案

水中央　李　鹏　党少英

(陕西省水电工程局,西安市,710068)

【摘　要】　在黑河工程大坝施工过程中,为解决土石坝截流后心墙基础处理工期长的矛盾,采用了截流前穿过开挖层帷幕灌浆,截流后爆破开挖,然后对爆破影响深度复灌的“先灌后挖”方案,得出已灌浆饱和黑云母石英片岩爆破孔底以下质点振速分布规律,并提出水泥灌浆帷幕破坏的质点振速标准值Λ【关键词】　土石坝　心墙基础　施工方案　黑河工程

黑河水利枢纽大坝为130m高的粘土心墙砂砾石坝Λ河床以砂卵石为主,覆盖层下基岩为前震旦系宽坪群大震沟组(A nzkd)变质岩Λ岩性主要为云母石英片岩(Se),层理、节理及构造发育Λ心墙基础采用水泥灌浆帷幕防渗,设计沿坝轴线布置2排帷幕孔,最大孔深93m,在帷幕孔上下游侧各布置2排固结灌浆孔,孔深7～9mΛ固结灌浆进尺12300m,帷幕灌浆进尺36690m,其中河床段进尺分别为5059m和18365mΛ

1　问题的提出

主体工程于1996年元月开工,1998年10月截流,计划2000年11月下闸蓄水,2001年底完建,总工期6年Λ按常规,大坝心墙基础的施工工序是,截流后第一步开挖覆盖层和风化岩层,第二步浇筑混凝土底板,第三步固结灌浆,第四步帷幕灌浆,第五步在混凝土底板上填筑心墙Λ由于帷幕深度大,仅河床段灌浆就需占用直线工期12个月,影响枢纽总进度安排,无法保证大坝在截流后38个月内完建Λ为确保总体进度计划的实现,初设时提出在心墙混凝土底板以下浇筑钢筋混凝土灌浆廊道,使帷幕灌浆在廊道内进行Λ但廊道方案存在一些缺点:(1)浇筑灌浆廊道不仅增加费用、时间,而且使基础应力变得复杂;(2)廊道中工作条件差,效率低,加之黑河大坝岸坡坡比1∶01787,廊道内灌浆难度极大;(3)只能在两岸岩石中开挖隧道作为廊道进、出口,其费用很高Λ对此,需要寻求不设廊道又能够解决灌浆和总工期矛盾的方案,提出了“先灌后挖”的方案,即在截流前完成两坝肩开挖的同时,在河床原地面穿透覆盖层和风化岩层,完成该部位深孔帷幕灌浆,截流后开挖覆盖层和风化层,浇筑底板混

凝土,完成固结灌浆后对爆破影响深度内的帷幕进行补强复灌,使帷幕灌浆达到岩石透水率不大于3L u的设计要求Λ由于截流后帷幕灌浆工作量特别是心墙开始填筑的河床段灌浆工作量减少,施工工期缩短,可保证工程如期完成Λ

但是,该方案与现行规范有不同之处,《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL62—94)第11017条规定:“已完成灌浆或正在灌浆的地区,其附近30m以内不得进行爆破作业Λ如必须进行爆破作业,应采用减震和防震措施,并应征得设计或建设、监理部门同意”;第31112条规定:“同一地段的基岩灌浆必须按先固结灌浆后帷幕灌浆的顺序进行”Λ而本方案与规范相比,一是在灌浆30m 范围进行爆破,二是在固结灌浆前进行深孔帷幕灌浆,对规范有所突破Λ所以开展了一系列试验研究工作Λ

2　研究方法和主要内容

复灌深度即爆破影响深度不仅涉及复灌的工期,而且涉及“先灌后挖”方案的经济合理性,是本方案是否实用的关键,所以,所有的试验研究都是围绕爆破影响深度开展的Λ我们采用以压水试验为主要方法,声波法为辅助方法,质点垂向振动速度为探讨方法,测试爆破影响范围,确定复灌深度,并探讨透水率、声波波速、质点振速三者的相互关系Λ

地震效应随深度的增加而减小,一定存在一个透水率不变的深度,即我们要找的爆破影响范围,通过爆破前后压水试验测试透水率的变化可以找出这一深度,即可确定复灌深度Λ“声波法”也是工程中普遍用以测试爆破影响程度和范围的一种方法,可作为对压水

试验测透水率方法的验证Λ

岩体运动的参数有质点位移、速度和加速度,其中质点运动速度的规律性最强而被爆破界普遍使用Λ但以往多是对地表测试的研究,深孔梯段爆破孔底以下质点振动速度测试尚未见报道,更未见到有人提出已成水泥灌浆帷幕破坏的质点振动速度标准值Λ本项目希望通过测试深孔梯段爆破条件下爆破孔底以下岩石质点振动速度,得出质点运动的分布规律,并用质点振速来界定已成水泥灌浆帷幕的破坏深度,使帷幕的破坏深度和人们普遍熟悉的质点振速联系起来Λ

3　测试成果和实施效果

311　爆破前压水试验、声波测试和爆破中岩石内部质

点震动速度测试及分析

开挖前河床段帷幕灌浆累计长度13772m Λ灌浆

结束后进行了11个检查孔的压水试验,结果显示,以设计要求的透水率≤3L u 为标准,多数是在10m 以内不满足,10m 以下合格率91%,满足规范要求的标准,表明在无混凝土盖板和未进行固结的条件下建基面以下10m 范围内帷幕不合格Λ

帷幕灌浆完成后,设置专门测试孔,进行爆破前声波测试,结果见图1(为节省篇幅只附#1孔的测试结果)

Λ

图1　#1孔爆破前后波速对比

岩体内质点振动速度测试的探头要在孔中埋设并用特制砂浆固定,不能与声波法、压水试验同孔进行,故在帷幕灌浆后安排专门测试,(因没有合适的速度传感器,改用加速度传感器)Λ共测试4次爆破13个爆破孔,布设了36个传感器,获得32道数据Λ测出的加速度及速度部分波形图见图2Λ

依据测得的质点垂向振动加速度,经梯形积分计算,得出质点垂向振动速度,见附表Λ

附表　垂向质点振动速度

m s 数据来源距离 m

爆破孔底以下

01521031551061591

5

第一次第一波形6136

2153

1154

11010186第二次第一波形无法判读116114811251107第三次第二波形10102318511497110401320121第四次第一波形7114217501530178

0132

0123平 均

7184216825112618

11020164250122

以此资料为基础,用最小二乘法求解出爆破界常用的萨道夫斯基计算集中药包爆破时质点振动速度公式(1)的系数和衰减指数,得出拟合公式(2)和(3),并以公式(2)计算值绘制岩石质点最大振动速度随深度衰减曲线(图3)Λ

图3　岩石质点最大振动速度随深度衰减曲线

图2　第二次测试的爆破孔底下315m 处质点振动加速度及速度波形