采用预裂爆破技术,开挖几何轮廓清晰,整齐美观,对边坡减震效果显著,大大减少边坡安全处理的工作量。同时采用大孔径深孔预裂和一次开挖成形,不留保护层,也大大加快了施工进度,节约了资金。
不留保护层的另一种爆破方法可以用深孔梯段与规格洞相结合的方法。所谓规格洞,就是沿设计建基面轮廓,先开挖出若干水平辅助洞,辅助洞连通若干水平支洞,在支洞底部布置水平预裂孔,其上一定间距布置主爆孔,在规格洞顶部及外侧采用深孔钻爆(内侧为保留岩体部分)。 深孔梯段与规格洞相结合爆破开窀法见图2—9所示。
保证基岩开挖质量的另一重要方面是爆破开挖不能破坏已修筑的建筑物和灌浆设施。在安排施工进度时,应避免在已浇的坝段和灌浆地段附近进行爆破作业。如确实无法避免时,则应有充分的论证和可靠的防震措施。根据《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》(SDJ211--83)规定: 1)根据建筑物对基础的不同要求以及混凝土不同龄期,通过模拟破坏试验确定保护对象允许的质点振动速度值(即破坏标准)。若不进行试验时可参照类似工程实例确定。
2)通过实地试验寻求本工程爆破振动衰减规律,即利用不同药量、测距与相应各测点的质点振动资料,用公式(1-58)求得。
3)采用本工程关系式和被保护对象允许的质点振速值,规定相应的安全距离和允许装药量。 4)若无条件执行上述规定时,则应参照表2—2的规定执行。
表2—2 距离与爆破方式及装药量美系
5)在邻近建筑物的地段(10m以内)进行爆破时,必须根据被保护对象的允许质点振动速度值,按本工程实测的振动衰减规律严格控制浅孔火花起爆的最小装药量。当装药量控制到最小程度仍不能满足要求时,应采取打防震孔或其它防震措施。
6)不得在灌浆完毕地段及其附近进行爆破,如因特殊情况需要爆破时,只能进行少量的浅孔火花爆破,并应对灌浆区进行爆前爆后的对比检查,必要时,还须进行一定范围的补灌。 (五)做好开挖和利用石渣的综合平衡,全面规划
大中型工程基坑土石方的开挖量往往是很大的,需要大量的装渣运输机械及大片堆渣场地。如果能充分利用开挖的土石料,不仅可以大大减少弃渣占地,而且可以同时进行相关的工程项目,节约大批建设资金。例如,不少工程用基坑出渣修筑土石副坝和围堰;用基坑石料制做混凝土骨料;用基坑出渣填筑有用的施工场地及填平对施工有妨碍的地面沟堑;有条件的地方,弃渣还可结合农业上的改地造田,尽量做到料尽其用。对于确需要丢弃的废渣,必须认真规划弃渣场地,结合当地条件作出合理布局。工作中应着重注意以下几点:
1)弃渣场地及连通道路,作为工程施工总平面布置的一部分,统筹规划,使得既方便施工,又节省出渣费用。
2)弃渣不得恶化河道水流条件,造成上下游河床的有害淤积。如提高尾水或堰前水位,阻滞水流,降低电站出力,影响围堰防渗等。
3)弃渣堆放,应力求不占压或尽量少占压耕地,以免影响农业生产。 4)尽量使弃渣一次到位,避免二次搬运,以节约资金,降低工程造价。
二、岩基处理
前述岩基爆破开挖是岩基处理的常用方法之一。当基岩表层不是很深的范围内存在强风化岩体、节理裂隙、破碎带或软弱夹层等地质缺陷,采用爆破开挖处理,一般都是有效的和经济的。但如果基岩的缺陷埋藏很深,情况复杂,开挖起来相当困难或者费用高昂,就须考虑采用其它专门方法。由于水利水电工程基岩状况各不相同,地质缺陷也各有差异,处理方法也有多种,这里仅介绍几种有代表性的处理措施。 (一)断层破碎带处理
岩层或岩体受力而产生断裂,并沿断裂面两侧发生显著位移的断裂构造称为断层。断层两边岩体受一系列断裂活动及风化作用,常常形成强度低的破碎发育岩体带,称作断层破碎带。其长度及深度往往较大,不同于一般的岩体节理。坝基上的断层破碎带,其强度、承载能力、抗渗性远不能满足设计要求,必须清除或处理。
对于宽度较小或闭合的浅埋破碎带,多采用明挖换基的方法,将破碎带一定深度两侧破碎风化的岩石清除,回填混凝土,必要时铺设抗裂钢筋和进行接触灌浆。
对于埋深较大且为陡倾角的断层破碎带,除在断层出露处
按上述处理办法设置回填混凝土塞之外(混凝土塞宽度一般可取断层宽度的l~1.5倍,且不小于1.Om),必要时可沿破碎带开挖若干斜井和平洞,用混凝土回填与断层相交一定长度,组成地下抗滑塞群,并且与帷幕灌浆结合起来共同保证坝基的抗渗性和承载力,如图2一10所示。
我国黄河上游第一级大型水电工程龙羊峡水电站,在深长断层破碎带基础处理上成果显著,颇具代表性,作为工程实例,兹简介如下:
龙羊峡坝址区内岩体主要为花岗闪长岩体,断层、裂隙发育,且常沿断裂形成软弱破碎带,较大的断层错纵交汇,呈全、强风化状。坝址区内较大的构造带有8条,地质条件复杂。因此深层断层破碎带的处理是确保大坝安全及正常运行的关键工程。
龙羊峡水电站基础处理的主要措施是:除按常规进行帷幕灌浆,打排水孔加强坝基防渗和排水外,还利用回填混凝土沿断层走向对破碎带进行部分置换、布置抗剪洞塞,将主坝传递的剪推力传递给两岸深部完整岩体。断层破碎带未置换部分,则利用高压固结灌浆及化学灌浆予以加强,如图2-ll及图2-12所示。
对断层破碎带进行回填置换混凝土,布置抗剪洞塞的前提是做好沿断层带掏挖洞室,这部分工程是在软弱破碎岩层中进行,应特别注意施工安全与质量。严格监控开挖后岩层的松弛,预防塌方,一般可采用的技术措施是:锚喷支护,即用锚杆喷敷混凝土,必要时挂钢筋网联合支护;分部开挖,先上部导洞开挖再下部扩大开挖;钢支撑防护,采用型钢搭设保护棚,控制抵御塌方,并在防护棚下出渣和浇筑混凝土;先回填部分混凝土,减少施工断面,在断层带交汇处,破碎岩体范围较宽,有可能因开挖扰动造成塌方,预先回填部分混凝土对控制塌方是必要的。
对未被置换的断层破碎带进行高压水泥灌浆,个别重要部位在水泥灌浆的基础上再进行化学灌浆处理,可以取得良好的效果。
对于拱坝坝肩高边坡部位的断层破碎带的处理,是许多高山深谷坝基处理常见的问题。如图2一13所示,是日本奈川渡拱坝坝肩处理方案的一部分。
该坝坝址附近,断层节理较发育,其中以几组接近直立且平行于河谷纵向的断裂面,对坝肩的稳定影响最大。该工程采用开挖回填混凝土,预应力高强锚杆和固结灌浆相结合的处理方案,收到良好效果。该工程坝肩断层处理有两个特点:
1)用高压水力切割法进行断层开挖,避免爆破震动对坝肩岩体的影响。水枪在工作隧洞(断面为2m宽,2~5m高)以水柱压力10.2MPa,流量2m。/mill,由下至上喷射。水枪有效射距约5m,断面开挖分层为l0m左右,断层开挖、回填的水平长度约30m。开挖回填以后,再从工作隧洞向四周钻辐射状的固结灌浆孔进行固结灌浆,最大灌浆压力为1.0MPa。为了防止高压水冲挖时由于应力解除和岩体发生局部回弹,采用分层分块开挖的方法,开挖一块,立即回填混凝土,待混凝土凝固以后,再开挖、回填第二块。
2)用高强预应力钢锚杆组加固坝肩岩体。先在两岸坝肩一定范围内钻直径150mm的钻孔,孔深为40~90m不等,深入完整稳定岩体,然后插入6根一组的高强钢锚杆(A,B型各3根),每根锚杆直径27mm,孔底内锚固段长约6m,用掺有铝粉的水泥砂浆作胶固剂,灌入内锚固段。在内锚固段灌注完毕以后,在每个孔口浇筑钢筋混凝土锚固墩,作施加预应力之用。待内锚固段砂浆与外锚固墩混凝土龄期达到28天以后,用千斤顶对每根锚杆施加400kN的设计张拉力,张拉过程按操作规程逐级加载后锁定,为减少锚杆松弛造成预应力损失,一段时间后进行补偿张拉,最后用水泥砂浆封孔,以防锚杆锈蚀。 我国在高拱坝坝肩处理方面也取得显著成绩。近年来一些重点水电工程基础处理,包括高拱坝坝
肩的处理水平达到当代国际水平,如图2—14所示为在建中的李家峡水电站坝基(坝肩)处理示意图。 该工程大坝为混凝土双曲拱坝,最大坝高165m。,装机容量200万KW,坝两岩山体陡峻,但受多期构造活动影响,断层裂隙较发育,影响较大的有四组断裂,以顺河向最为发育。尤其是左岸坝肩山体三面临空,山体单薄且被冲沟切割成沟梁相间的锯齿状地形,坝肩和基础处理复杂,工作量大。主要采取的处理措施是:
1)对坝肩两岸高边坡采用喷混凝土护面,必要处另加钢筋网再喷混凝土。
2)坝肩两岸山体(以下游侧为主)布设系统的锚杆,预应力锚索及锚筋桩。其主要型式为JLM—32—600kN高强精轧螺纹预应力筋锚杆,孔径110mm,孔深一般25~30m。QM15—19型预应力锚索,工作拉力1000kN,锚索孔径120mm,孔深30~35m,锚索由6股7φ5高强、低松弛钢绞线组成。QM,。一19型预应力锚索,工作拉力:~000kN,锚索孔径165mm,孔深一般40~45m,锚索由19股7φ5高强、低松弛钢绞线组成。另有3φ32、3φ28粘着式锚筋桩,采用Ⅱ级热轧人字螺纹钢筋,单根锚筋采取闪光对接焊或多嘴对接气焊加长,锚筋桩束每2m相互粘焊5cm长组成整体,孔径100mm,孔深一般10~15m。上述几种锚杆、锚索及锚筋桩的间距一般为.3m×3m,锚杆、锚索的内锚固段一般为6~8m长。内锚固段胶凝材料采用525号早强硅酸盐水泥,另掺配适量的外加剂。待内锚固段与外锚墩混凝土强度达到设计张拉锚索(杆)要求之后方可进行张拉及锁定施工。必要时,还要在适当时间进行补偿张拉。锚索(杆)的安设张拉及锁定,必须遵循严格的操作规程才能保证施工质量及安全,达到设计要求。 3)坝基下的断层,在上部设置混凝土塞,塞下部和附近加强固结灌浆。再往
深处则沿断层带一定高程处挖洞设混凝土抗剪洞塞,并利用这些洞作高压灌浆廊道和高冲置换洞。 4)作好坝基帷幕灌浆和排水系统。
采用这些综合措施,保证了坝基(坝肩)的整体性、抗渗性及承载能力,满足了设计要求。
(二)缓倾角软弱夹层的处理
软弱夹层,主要是指基岩层面之间或裂隙面中强度较低,已泥化或遇水容易泥化的夹层,一般它比断层破碎带尺度要小,但如处理不当或忽视它也会带来严重后果。对于陡倾
角软弱夹层,如没有与上下游河水连通,可采用开挖和回填混凝土的方法,主要解决地基的承载能力问题。如果夹层与库水相通,则除对坝基范围内的夹层进行开挖,回填处理之外,还须在夹层上