《水利水电施工技术》-三峡电力职业学院教科书
第一节 岩基开挖与处理
一、岩基开挖
岩基开挖是岩基处理中最常用的方法。开挖就是按照设计要求，将不能作为建筑物地基的有缺陷的岩层挖除，使水工建筑物修筑在坚实可靠的岩体上。
大多数混凝土水工建筑物，需要坐落在岩基上，都有岩基开挖问题。大中型水利水电工程的基岩开挖量往往很大，有的达到几百万m。乃至上千万m。，需要大量的设备、器材、劳力和资金，并且占用相当长的工期。因此，多、快、好、省地做好开挖处理，对于加快整个工程建设有着重要的意义。 做好岩基开挖处理工作的前提条件是：
1）详细分析坝址的工程地质资料，了解岩基的性状，掌握各种岩基缺陷（风化，破碎、软弱夹层、节理断层带及岩溶状况等）的分布及发育程度； 2）明确水工设计对地基的具体要求； 3）熟知工程的施工条件及施工技术力量；
4）由地质、设计、施工、监理等有关人员共同研究，确定适宜的坝基或其它主体建筑物地基的开挖范围，开挖深度及形态。
为了保证岩基开挖的质量、进度与安全，必须从施工组织、技术措施、现场布置等方面妥善解决下列问题。
（一）及时排除基坑积水，确保开挖在不受水的干扰下进行
基坑是由上下游围堰（分期分段施工时还有纵向围堰）包围的主体建筑物的施工范围。 通常，基坑地势低凹，常有施工用水、围堰及岸坡渗水、降雨等汇集成的积水，如不及时排除，势必大大影响坝基的开挖工作。因此，结合岩基开挖应注意在基坑范围内修好集水坑和排水沟槽，配备足够的便于移动的抽水机，及时排除积水，保证开挖工作在干地上进行。 （二）合理安排开挖程序，保证施工安全，提高开挖效率
基坑开挖范围一般比较集中，为了提高工效常有多个工序平行作业，如安排不当易产生施工干扰，甚至会引起安全事故。
基坑的开挖程序，要掌握好“自上而下，先岸坡后河槽”的原则。对于较开阔的河床中基坑开挖也可合理分区、作好防护、同时并举。
对于形体比较复杂的地基开挖，则要注意开挖卸荷造成地层应力应变的重分布，避免形成新的不稳定岩体。无论是岸坡还是河槽地基，都要分层开挖、逐步下降（如图2-l所示）。
（三）合理选定基坑开挖范围与形态
基坑开挖范围主要取决于水工建筑物的平面轮廓，这也就是岩
基开挖的最小轮廓线。实际开挖时，还要考虑由于施工机械运行，道路布置、施工排水、立模支撑等要求，适当放宽，放宽的范围根据实际需要而定，一般从几米到十几米不等。对于扩挖轮廓线以外的岸坡和坑槽开挖壁面．应注意随着开挖高程的下降及时测量检查和安全处理，防止欠挖或过多超挖。要避免在形成高边坡、深槽壁面后再进行处理，防止滑坡或落石伤人。必要时，在适当高程岩坡上设置挡渣栅栏。
为了有利于水工建筑物的稳定，建筑物的地基开挖以后要求基岩面比较平整，高差不宜太大，要避免基岩有尖突部分和应力集中，并尽可能略向上游倾斜，如图2—2所示。 如原基岩面高差过大或向下游倾斜，若仍按图2—2
的开挖形态来开挖基岩也是没有必要的。因为这样会徒增开挖量，造成浪费。正确的方法是开挖成一定宽度的平台与一定宽度的斜坡结合的折线型基岩面。但要注意平台面宽度不能太小，一般约占坝段的1／2至1／3左右，图2-2坝基开挖形态并且平台要避免向下游倾斜，如图2—3所示。
对于地形较陡的岸坡重力坝段的岩基，还应考虑到坝体沿坝轴线方向上的稳定要求，将岩基开挖成沿坝轴线方向有一定宽度的平台，以利于各坝段的稳定和正常工作，如图2 4所示。
拱坝的坝基开挖要求更为严格，因为拱坝体形比较单簿，坝体的稳定主要靠两岸拱端基岩的反力作用，不全依靠坝体自重来维持，因此，拱端岩体的稳定是坝体安全的根本保证。拱坝基岩开挖形态除同重力坝的要求外，沿坝轴线方向的岸坡段岩基开挖面要略倾向上游，同时与拱坝所受的推力方向保持垂直，以保证按设计要求使拱的推力传向两岸坝肩岩体。
拱坝坝肩岩体的处理与加固，对拱坝安全十分重要，在坝基开挖同时就解决好，采用控制爆破开挖，再用锚筋桩或预应力锚杆和锚索加固就是常用的加固手段，如图2 —5所示。
支墩坝坝基，同样要求开挖平整，并略向上游倾斜。支墩之间高差太大时，应使各支墩坐落在各自的平台上，并注意支墩的侧向稳定，必要时用回填混凝土或加撑墙柱等结构.予以加固，如图2—6所示。
（四）正确选择开挖方法及参数，保证坝基开挖质量
水工建筑物的自重与工作荷载往往是巨大的，因而支承这巨大的荷载的基岩必须有足够的”强度、抗渗性及耐久性。天然岩基由于长期经受地质作用，都有不同程度的风化层，节理裂隙、软弱夹层和断层破碎带等缺陷。因此，要合理确定一定的开挖深度，清除表层不合设计要求的岩体。开挖深度是根据坝基应力状态、岩石强度及完整性，水工建筑物上部结构对地基的要求和地基固处理的效果、工期和费用等因素研究确定。我国重力坝设计规范规定：坝高在70m以上的重力 坝可建在新鲜、微风化或弱风化下部基岩上；坝高30～70rn的中坝可建在微风化至弱风化上部基岩上；同一重力坝中两岸较高部位的坝段坝基，基岩的标准可比河床部位适当放宽，但要注意这条规定对拱坝坝基不适用。 开挖深度对岩基而言是十分重要的参数，并非是多挖岩石就一定达到了设计要求，要根据实际状况，全面、科学地分析论证。这是关系到大坝的根基是否坚实可靠，开挖工程量及费用是否经济合理，工期和施工强度能否得到保证的大问题。
正确选择开挖方法，是做好基坑开挖工程的关键。对岩石3回填混凝土地基而言，主要的开挖方法是爆破开挖，采取控制爆破，分层向下，预留保护层的方式进行开挖施工。其技术原理和具体方法可参
阅第一章爆破工程施工。
坝基爆破开挖的基本要求是：保证质量；注重安全；方便施工；综合平衡。其中以质量、安全为重点。
保证质量、具体在两个方面：一方面要求在爆破开挖过程中既有效地按设计分层逐层下挖，又要有效地防止由于爆破震动破坏保留岩体和设计基岩线下的岩体；另一方面要求在爆破开挖时防止对已建成的水工建筑物或已完工的灌浆地段造成损坏。
为保证基岩岩体不致遭受开挖爆破的破坏，一般可采用两种方法：一是预留保护层的方法，二是不预留保护层的开挖方法。
保护层是指在一定的爆破方式和爆破规模（最大一段起爆药量）下，不同直径的药卷爆破对设计建基面不产生破坏，而在建基面以上（或以外）预留的相应安全厚度。保护层厚度可根据水工建筑物对地基的要求通过现场试验来确定，在不具备试验条件时，可参照表2一l选取。
保护层以上岩体的开挖，一般采用延长药包梯段爆破，毫秒分段起爆，最大一段起爆药量（是指一次爆破中，毫秒分段中振波不同相叠加的串联孔最多的各孔药量之和）不大于5埘3kg。对于不具备梯段地形的岩基，则应先进行平地拉槽毫秒起爆，创造出梯段爆破的条件后再进行梯段爆破。 保护层的开挖是控制基岩质量的关键。对大于1．5m的保护层岩体，仍可采用中（小）孔径及相应直径的药卷进行梯段毫秒爆破，按表2—1或现场试验留出相应的保护层。距建基面l.5m的一层岩体，采用手风钻钻孔，仍可用毫秒分段起爆，其最大一段起爆药量应不大于300kg。 建基面以上1．5m以内的垂直方向的保护层，宜采用手风钻逐层钻孔、装药、
表 2-1 保护层厚度
岩石性质 保护层名称 垂直向保护层 水平向保护层（地表） 水平向保护层（底层）
软弱岩石
中等坚硬岩石
坚硬岩石 （бc>300Mpa）
25d
（бc<300Mpa） （бc=30～60Mpa）
40d
30d
（200～100）d （150～75）d
注：表中d为爆破开挖所用的药量的直径（mm），бc为岩石抗压强度。
火花起爆，药卷直径不得大于32ram（散装炸药加工的药卷直径，不得大于36mm）。最后一层保护层的开挖钻孔可视建基面处岩质情况分别处理。
1）对于坚硬完整的基岩（一般极限抗压强度бc “大于60MPa的岩石）可钻至建基面终孔，但孔深不得超过50cm；
2）对于软弱、破碎岩基，则应留足20～30cm的撬挖层，用风镐或人工撬挖。
以上预留保护层开挖方式的技术要点是：分层开挖，梯段爆破，控制一段起爆药量，按药卷直径若干倍数预留保护层，其目的就是为了控制爆破震动的影响，保证岩基开挖质量。
第二种基岩开挖方法是分层爆破开挖，不留保护层，或者是保护层一次爆破开挖的方法。由于分层爆破开挖，预留保护层的开挖方法，其优点是可以尽量减少爆破开挖对岩基的震动破坏，不降低基岩的承载力和抗渗性能，但是施工速度相对较慢，人工耗费量大，尤其最后一层20～30cm岩层靠人工撬凿，劳动强度大、工效低，因而开挖单价也较高。为此，近年来，许多重要水利水电工程总结推广了不留保护层或一次爆破保护层的新的方法，该方法的技术要点是：
（1）先锋槽开挖先锋槽即采用钻爆方法，首先在基坑适当部位开挖出一块地槽，从而得到四周相邻的新工作面，为相邻岩体开挖创造有利条件。先锋槽钻爆开挖钻孔装药简图如图2—7所示。
（2）邻接块控制爆破开挖邻接块是紧随先锋祥肄插进行的，其大小根据先锋槽的情况，坝基的几何形状以及钻机性能而定．逐步扩大』郜接块的爆破开挖分别采用水平预裂和水平梯段爆破，在顶部则用垂直或倾斜}L梯段爆破』钻孔布置如图2—7所示。
（3）水平预裂爆破与水平梯段爆破参数的选择和爆破施工水平预裂爆破，水平梯段爆破的作用原理与垂直或倾斜预裂爆破、梯段爆破并无本质的不同。所不同的是在爆破过程中需要克服岩石的自重作用，因此其参数选择不宣照搬垂直或斜孔的爆破参数，应结合实际情况进行必要的科学试验。或参照已有的成功经验用类比法选择，然后在实际施工中修改完善。
以东江水电站基坑开挖为例，其河床水平预裂爆破应用的参数为：孔径90mnn，孔距90～100cm，一次钻进14～1 6m，药卷直径为32mm（乳胶炸药），不偶合系数2．8l，线装药1000～2000g/m，中部650～800g/m，上部500～600g/m，用导爆索连接。装药方法，堵塞和电爆网路均与岸坡相同。
水平梯段爆破应用于先锋槽与河床段邻接块，其参数与斜孔或竖直孔相近。水平段爆破孔应平行于底部水平预裂孔，高差0.7～1．Om，7孔距1.5m，视岩层厚度布孔2～3层，上层孔高差2m左右，钻孔深14～16m，呈梅花形分布，用75mm乳胶炸药，单位岩石耗药量0.7kg/m3，最大一段起爆药量300kg。先锋槽两侧各钻4：1倾斜光面爆破孔一排，孔距1.8～2.0m，孔底距水平预裂面1m，用32mm乳胶炸药，单位耗药量0.35kg/m3，如图2—8所示。