第9章 大坝土石方开挖与填筑

江西省铅山县伦潭水利枢纽工程大坝土建及金属结构工程（合同编号：YSLT-DB-I）技术文件PAGE20大坝土石方开挖与填筑工程说明工程概况伦潭水利枢纽工程大坝为碾压混凝土双曲拱坝，坝顶高程257.40m，坝基开挖底高程167.0m，最大坝高90.40m,坝顶轴线长度377.414m，坝顶宽度6.0m，最大坝底宽度31.0m。泄洪溢流坝布置于坝顶拱冠处，堰轴线位于大坝桩号0+163.620，溢流堰为3孔，单孔净宽7.0m，溢流堰顶高程246.5m，设有三扇弧形闸门。放空洞布置于大坝中下部，洞轴线位于大坝桩号0+140.14，洞直径2.0m，洞中心高程为200.0m。大坝靠上游布置有3层灌浆排水廊道，廊道进口底高程分别为177.0m、204.0m及231.0m。水文气象和工程地质水文气象本流域地处江西省东部，属亚热带季风气候区，气候湿润温和，雨量充沛。多年平均降水量1908.9mm。降水量年际、年内分配不均匀，汛期为4月~6月，降水量约占全年降水量的47.0%。本流域发生大的洪峰流量常在每年6月。枯水期为每年的10月~次年1月，降水量仅占全年总降水量的14.9%左右。多年平均气温18.1℃，极端最高气温为42.1℃，极端最低气温为坝址控制流域面积242km2主河长41.9km，主河道平均比降11.62%，坝址以上流域现基本无挡、引水工程。坝址地形地质条件本工程库区工程地质条件简单，库岸稳定较好。坝址处基岩为细粒花岗岩，岩体单一、坚硬，地质结构较为简单，第四系松散堆积物在坝址处分布较少，多为零星分布的残坡积物（主要为含砾低液限粘土、粘土质砂）及河床中的冲积物（主要为花岗岩成分卵砾石）。坝区为V型峡谷，施工布置场地较紧张，坝址下游约1.2km的伦潭工具厂及附近有部分场地和闲置房屋可供施工用。坝址处地下水主要有孔隙性潜水和基岩裂隙水。孔隙性潜水分布范围及水量均很有限，故坝址处地下水类型主要为基岩裂隙水。基岩裂隙水富集于弱风化层及节理裂隙相对较发育的风化岩体中。地下水主要接受大气降水补给，以下降泉水形式排泄于临近河谷。坝址区河水及地下水对混凝土具中等溶出性腐蚀。应根据水质情况选用相应抗腐蚀水泥，或通过现场试验确定采用（如调整混凝土参和料、提高混凝土强度等级等）适当措施提高混凝土抗腐蚀性能。开挖主要工程量及施工特点主要工程项目和工作内容坝基开挖、左右岸灌浆排水平洞的开挖。工作范围及主要工程量清单本工程土石方开挖工程量详见图表9-1。图表9-1坝基土石方工程量清单序号工程名称单位工程量备注1拱坝坝基土方开挖m3270602河床砂卵石开挖21003坝基石方开挖1269754灌浆排水平硐石方洞挖35965总计土石方开挖=SUM(ABOVE)159731开挖施工特点本工程拦河坝为一座碾压混凝土双曲拱坝，坝基基础开挖特点如下：两岸边坡陡峭：左岸边坡40°～55°，右岸边坡40°～50°；左侧山体相对较陡，右岸坝头山体相对偏上游。两岸开挖边坡较高，最大高差约11两岸地形均较陡，施工便道开挖较困难。坝基开挖为槽挖，底部宽度最大为32m，最小仅6m，断面上下游边坡开挖坡度较陡，开挖机械布置较为困难左右坝肩建基面坡度约1：1.7～2.0，坝基上、下游周边及两岸坝肩建基面采用预裂或光面爆破，两岸坝肩建基面采用控制爆破；基坑开挖建基面预留1.0～1.5m的保护层开挖。采用自上而下分层作业，在上层开挖后，经基础处理及监理人验收合格后，方能进行下层作业。两岸坝肩开挖厚度较大，河床开挖厚度较薄，右岸开挖厚度较左岸更大。施工布置施工道路布置现有施工道路及其功能左岸1#施工道路（业主提供）由左岸石料场沿进场公路经工具厂、原大桥到导流洞出口段道路，由业主提供，里程约1.5km，是本工程的主要道路。右岸2#施工道路（业主提供）从左岸工具厂上游约100m与1#道路相接，通过新建大桥到右岸，沿山势到达右岸坝顶上部约30m，此为从左岸到右岸坝顶的唯一道路，目前，新建大桥尚未完工。3#道路（业主提供）从1#道路原大桥沿右岸到2#道路新建大桥右端头之间的道路，在2#道路新建大桥尚未通车以前，从左岸到右岸坝顶经过此路通行。拟建施工道路及其功能4#施工道路（左岸上坝道路）从1#施工道路约EL228往左坝肩沿山势开挖一条施工道路，到左坝头EL257.4。供开挖机械、砼浇筑机械及人员通行，道路纵坡≤8%，路宽7m，为泥结石路面。具体布置详见开挖施工总平面布置图。5#施工道路从1#施工道路原大桥左端头约EL180往上游沿山势开挖一条施工道路，到左坝肩下游约EL205。供开挖机械、砼浇筑机械及人员通行，道路纵坡≤10%，路宽7m，为泥结石路面。具体布置详见开挖施工总平面布置图。6#施工道路从导流洞出口便桥沿右岸往上游到上游弃碴场，供开挖弃碴运输用，道路纵坡≤10%，路宽7m，为泥结石路面。具体布置详见开挖施工总平面布置图。7#施工道路由6#施工道路坝下游分岔下基坑，往上游与6#施工道路相接，此道路作为下基坑施工道路，道路纵坡≤10%，路宽7m，为泥结石路面。具体布置详见开挖施工总平面布置图。8#施工道路（右岸上坝公路）由2#施工道路在右坝头下游约EL270处往上游分岔，沿山势开挖或填筑一条道路到左坝头EL257.4，此道路供开挖期间施工机械进出及拱坝浇筑期间的砼运输。道路纵坡≤8%，路宽7m，为泥结石路面。具体布置详见开挖施工总平面布置图。临时道路根据坝肩开挖高程变化，再临时布置数条开挖简易便道，供挖掘机进出，道路纵坡≤30%，路宽5m，为泥结石路面。以上各条施工道路的布置及特性详见附图：MJJ-BK-开挖-（大坝）－01《大坝开挖施工总平面布置图》。风、水、电系统施工供风本工程开挖工作面主要分左岸和右岸，因此在拱坝的左、右岸分别设立集中供风的压风站，另配备移动式空压机作为临时辅助供风，供风总量约75m3左岸施工供风根据工程进度安排以及施工场地条件，左岸集中供风站布置在左坝头下游4#道路旁约EL257.4平台，选用1台供风能力为20m3/min的固定电动空压机、1台供风能力为10m3/min的移动式柴油空压机。主要提供开挖及支护手风钻钻孔及喷射砼右岸施工供风右岸集中供风站布置在右岸坝头下游约EL257.4平台，选用1台供风能力为20m3/min的固定电动空压机、1台供风能力为10m3/min的移动式柴油空压机。主要提供开挖及支护手风钻钻孔及喷射砼用风，零星施工供风在开挖前期，工作面比较分散，工作面变化较快，钻孔量较小，配备5台3m3/min的移动式柴油坝基开挖后期配备的阿特拉斯液压钻机自备供风系统。生产用水开挖工程用水主要是压风机冷却水、喷砼用水以及基岩冲洗用水等。压风机冷却水采用就近在供风站旁建水池，水源采用附近山泉水或用潜水泵从河里抽取。喷砼用水及冲洗水采用集中供水站通过水管供水，集中供水站位置及管路详见施工总平面布置。施工截、排水在开挖范围外5m开挖截水沟，拦截地表水，分别排往上下游围堰以外。在基坑上下游开挖积水坑，基坑内积水用潜水泵集中到积水坑后，再排到围堰以外。施工用电供电方案开挖工程施工用电主要为：开挖压风机用电、砼喷锚用电、水泵用电、照明用电等。需用电容量约400KVA，采用1台400KVA变压器布置在左岸坝头下游侧，业主提供的10KV电源点经电源线引接到此变压器后，再由变压器分接电源线到各用电点。施工照明为了保证夜间施工的正常进行，拟在拱坝两岸坝肩以上的山头及山腰上下游各布置一台1000W的卤化物照明灯，照明方向为坝肩及河床。另外各布置一台1000W的卤化物照明在导流洞出口及弃碴场，各工作面根据施工需要各布置若干盏移动式的碘钨灯供现场照明，施工作业区、施工道路、临时设施、办公区和生活区设置足够的照明。土石方开挖开挖工程量分布本工程坝基土方开挖27060m3，河床砂卵石开挖2100m3，石方开挖126975m3；左、右岸灌浆平硐洞挖石方3596m3。总开挖量=SUM(ABOVE)施工特征地形陡峭，场地狭小，施工道路布置应结合大坝施工的总体规划，充分利用已修建的施工干道。明挖为高陡边坡，高差大，钻孔主要由阿特拉斯液压钻造孔，在阿特拉斯液压钻难以到达的部位，采用手风钻进行造孔，爆破后的石方落至出碴平台后用挖掘机装碴，15T自卸车运输。两岸由于地形陡峭，难以多工作面同时施工，只能从上到下分台阶施工。前期开挖弃碴堆存于右岸上、下游围堰范围，作为上、下游围堰填筑备碴，多余碴暂堆存于坝基下游，作为后期砼浇筑入仓道路填筑备碴。在满足上下游围堰填筑及砼入仓道路填筑所需碴量的前提下，剩余碴弃至右岸上游弃碴场。开挖顺序工程开工后，先着手开挖控制工期的关键部位。大坝开挖的控制性工期的关键部位是：左右岸上坝公路、左右岸坝肩开挖、灌浆排水平洞开挖以及河床基坑开挖。左右岸上坝公路（即4#、8#施工道路）工程开工后，由于无道路通到左右坝头，应首先开挖左右上坝公路，以便施工机械能尽快到达左右坝头部位，进行坝肩的开挖。左岸左岸上坝公路施工便道到达左坝头后，即可开始左坝肩的开挖。严格按从上到下的顺序开挖，首先进行坝顶以上坝肩开挖，然后再进行坝顶以下的坝肩开挖、施工道路开挖、灌浆排水平洞开挖，每层灌浆排水平洞开挖时，其下部坝肩开挖暂停，进行平洞底板高程上部的坝肩边坡支护，待灌浆排水平洞开挖完后，再继续往下进行坝肩开挖。右岸右岸开挖顺序与左岸相同。河床当围堰形成且闭气后进行河床开挖。开挖方案根据本工程施工特征、地形地貌、岩体性质及交通条件，开挖拟采取以下几点方案。开挖自上而下分层进行。坝肩上部开挖主要采用手风钻钻孔，中下部主要采用阿特拉斯液压钻造孔，辅以手风钻造孔。为了降低围岩扰动，保证稳定、安全，两岸坝基及上下游边坡开挖采用预裂或光面爆破，河床建基面预留保护层缓冲减震爆破。保护层以上采用液压钻或手风钻钻孔梯段爆破，保护层采用手风钻钻孔小药量爆破。为了确保施工安全进行，工作面应保持平整，钻孔时应考虑到夹制作用，即内侧孔深应比外侧孔大些，此外，必要时用手风钻将每台炮孔的开挖底面进行修整。梯段爆破采用孔外微差爆破技术，严格控制最大单响起爆药量，微差段数应尽可能多。施工方法坝基开挖分层见附图：MJJ-BK-开挖-（大坝）-02《大坝开挖程序图》。左坝肩EL257.4利用4#施工道路，挖掘机从场外开到坝肩开口处，覆盖层土方用反铲挖掘机自上而下随梯段开挖的下降而逐层剥除，土方剥除后，采用手风钻钻孔，从上而下分层开挖，手风钻钻孔梯段高度3-5m，边坡手风钻修坡，边坡采用预裂或光面爆破，石方采用毫秒梯段微差爆破，爆破后石渣用反铲挖掘机往下翻，石渣顺坡滚至约EL175m集渣平台，先用人工清除坡面危险挂石，再由挖掘机或装载机在EL175m出渣平台上装车，通过15t自卸汽车将石渣经7左坝肩EL257.4m以上部位开挖完后，立即进行EL257.4m灌浆排水平洞开挖，采用气腿式手风钻钻孔，直孔掏槽方式，全断面爆破法开挖，循环进尺2m，人工清碴，用手推车装碴，运至洞外弃置，6天开挖完成，在此期间，同时进行左坝肩左坝肩EL257.4m～EL此部位开挖方法与上层开挖基本相同。仅由于开挖工作面狭窄，地形陡峭，无法布置大量的施工道路，挖掘机只能跟随开挖面的降低而降低，需结合坝肩的开挖，随工作面的每层降低，而轮流在上下游设置挖掘机避炮点，通过在挖掘机表面覆盖防护物及控制爆破装药量等避免爆破对挖掘机的破坏。EL231左坝肩EL231.其开挖方法与上一层的施工方法相同，此部分开挖时可利用5#施工道路供机械进出场。EL204.0左坝肩EL204.0m～EL17利用5#、7#施工道路，由5#施工道路进入此段工作面，此段坝肩开挖场地较宽，开挖量较大，开挖采用分层分块进行，采用液压钻辅以手风钻钻孔，采用自上而下分层开挖，液压钻钻孔梯段高度6～8m，手风钻修理边坡，建基面及上下游边坡采用预裂或光面爆破，手风钻钻孔梯段高度3～5m，石方采用毫秒梯段微差爆破。在满足围堰填筑及砼入仓道路等填筑量后，多余石渣经挖掘机挖装，自卸汽车由7#施工道路、左岸6#施工道路将渣运至上游弃渣场。EL177.0右坝肩EL257.4利用1#施工道路、2#施工道路及8#施工道路，挖掘机从场外开到右坝肩开口处，然后采用与左岸相应高程相同方法进行开挖。EL257.4右坝基EL257.4m～EL此部位开挖方法与左岸相同部位开挖方法基本相同。EL231.0右坝肩EL231.0m～EL204.0m此部位开挖方法与左岸相同部位开挖方法基本相同，唯一不同的是从右岸上游往坝肩约EL215.0mEL204.0m右坝肩EL204.0m～EL此部位开挖方法与左坝肩相同部位施工方法相同。EL177.0河床基坑开挖方法（EL177.0以下）上下游围堰截流、闭气、基坑水抽干后，利用7#施工道路下入基坑，首先清除河床表面覆盖层，然后在坝中部开挖先锋槽，采用楔型掏槽爆破，液压钻及手风钻钻孔，液压钻孔深3.0～5.0m，手风钻孔深2.0～3.5m。距建基面1.0～1.5m预留保护层。先锋槽开挖完后，采用手风钻钻孔爆破，再向四周进行扩挖，采用梯段爆破。爆破石渣用挖掘机装车、自卸汽车将渣由7#施工道路及6#施工道路运至上游弃碴场开挖期间的基坑抽水主要采用移动式潜水泵从坝基的低凹处将水抽出基坑外所设置的坝基外的集水坑，再由坝基外的集水坑经固定的离心泵将基坑水抽出围堰外。确保基坑开挖的正常施工。保护层开挖方法河床基坑水平建基面开挖均预留1.0～1.5m厚保护层，保护层开挖采用手风钻钻孔，为减少爆破对建基面岩体影响，孔底垫20cm柔性垫层（锯木屑、纸皮等），采用非电雷管接力式网络，孔间及排间毫秒微差爆破，控制单响药量，确保坝基的稳定。坝肩开挖过程中的机械躲避措施由于本工程地势陡峭，在坝肩开挖过程中，无法修建太多道路供机械进退场。因此，除了坝肩几条主要道路可供机械进退场外，不同道路之间的坝肩开挖过程中，挖掘机、液压钻等就无法开出去，只能停放在开挖工作面。为了保证机械安全，采取如下措施：每层开挖分上下游两半施工，上下游开挖交替进行，当下游半块爆破时，机械停在上游半块，当上游半块爆破时，机械停在下游半块；采用控制爆破，控制单孔装药量、单响药量及炮孔堵塞长度，对爆区采用安全防护，严格控制爆破振动及飞石；每次爆破前，对机械的关键部位用安全板、砂袋等予以防护；结合上下游边坡开挖，在距控制爆破区必要的距离外开挖一定的躲炮区。边坡不稳定岩体的处理和边坡保护两岸坝肩开挖边坡上的危岩体，影响大坝边坡开挖施工安全及工程运行安全，应在大坝基础开挖过程中予以挖除。对于大坝坝基开挖后形成的高边坡，必须按照施工图纸的要求，及时进行边坡支护工程的施工。当开挖边坡处于不良地质地段，对边坡稳定有不利影响时，根据设计及监理要求处理。大坝坝体部位的岸坡，如有悬空孤石、不稳定岩块，均应清除；如遇高度大于2.0m的陡坎及反坡，应削成不陡于1：0.3的坡；如局部反坡削坡工程量太大，则可采用回填混凝土的方法予以处理，回填混凝土之前应进行认真清理，以上处理措施均须报经设计或监理人同意后方可实施主要钻爆参数钻爆参数选择坝基石方开挖梯段钻爆参数表详见图表9-2。图表9-2坝基石方开挖梯段钻爆参数表序号钻爆参数单位液压钻手风钻1孔径mm76452梯段高度m6-83-53钻孔深度m6.4-8.53-54孔距m3.51.5-1.75排距m2.81.2-1.46布孔型式梅花型梅花型7钻孔角度度75-9075-908药卷直径mm60329单位耗药量Kg/m30.3～0.350.23～0.310单响药量Kg2005011单孔药量kg18～271.35～2.8512堵塞材料黄土或石粉黄土或石粉13孔口堵塞长度m2.51.3-1.214装药结构连续连续15爆破网络导爆索+非电雷管非电雷管河床石方掏槽开挖钻爆参数表见图表9-3。图表9-3河床石方掏槽开挖钻爆参数表序号钻爆参数单位液压钻手风钻1孔径mm76452梯段高度m3-52-3.53钻孔深度m3.3-5.22.2-3.34孔距m2.3-2.81.2-1.55排距m1.8-2.21.06布孔型式梅花型梅花型7钻孔角度度75758药卷直径mm60329单位耗药量Kg/m30.4～0.450.35～0.410单响药量Kg2005011单孔药量kg5～140.9～1.812堵塞材料黄土或石粉黄土或石粉13堵塞长度m2.30.9-1.014装药结构连续连续15爆破网络导爆索+非电雷管非电雷管河床石方开挖梯段钻爆参数表见图表9-4。图表9-4河床石方开挖梯段钻爆参数表序号钻爆参数单位液压钻、潜孔钻手风钻1孔径mm76452梯段高度m3-52-3.53钻孔深度m3-52-3.54孔距m2.8-3.21.4-1.55排距m2.0-2.51.0-1.26布孔型式梅花型梅花型7钻孔角度度75-9075-908药卷直径mm60329单位耗药量Kg/m30.3～0.350.25～0.310单响药量Kg10015-5011单孔药量kg5～140.75～1.6512堵塞材料黄土或石粉黄土或石粉13堵塞长度m2.0-2.51.1-1.214装药结构连续连续15爆破网络导爆索+非电雷管非电雷管开挖边坡修整，其钻爆参数详见图表9-5。图表9-5边坡预裂或光爆钻爆参数表序号钻爆参数单位手风钻1孔径mm422修坡高度m3-53钻孔深度m3-54孔距m0.5～0.65钻孔角度度同边坡坡度6药卷直径mm257不耦合系数1.688线装药量Kg/m0.25-0.359单孔药量kg0.75-1.7510堵塞材料黄土或石粉11孔口堵塞长度m0.5-0.812装药结构间隔13爆破网络导爆索保护层开挖其钻爆参数详见图表9-6。图表9-6保护层开挖钻爆参数表序号钻爆参数单位手风钻1孔径mm452梯段高度m1.0～1.53钻孔深度m1.0～1.54孔距m1.05排距m0.76布孔型式梅花型7药卷直径mm328单位耗药量Kg/m30.289单响药量Kg510单孔药量kg0.225～0.3511堵塞材料黄土或石粉12堵塞长度m0.513装药结构连续14爆破网络非电雷管接力式注：以上初拟各类爆破参数为类似工程经验参数，在本工程开挖之前，先进行现场各类型的爆破试验，以便确定各类爆破的合理参数，指导本工程的开挖，使爆破后的效果最理想、边坡稳定、建基面符合设计要求。施工进度及强度施工进度安排根据招标文件要求，本工程开工日期为2008年10月28日，2009年9月中旬截流，其施工进度安排如下：2008年10月202008年2008年10月2008年10月29日～2008年12月12009年12009年3月162009年620092009年92009年10月施工强度本工程坝基开挖总量约16万方，开挖总工期约12个月，高峰期月平均开挖强度约3万方。施工机械及劳力配备坝基开挖主要施工机械详见图表9-7。图表9-7主要施工机械表序号设备名称型号规格单位数量使用时间1挖掘机PC-300斗容1.4m台12009.3～2009.102挖掘机PC-200斗容0.83m台22008.10～2009.103装载机ZL-50斗容3m台12008.10～2009.104自卸汽车15t辆62008.10后随需要陆续进场5液压钻Atlas-704Φ76台12009.6-2009.106手风钻YTP-26Φ45台202008.10-2009.107压风机20m3台22009.2-2009.108压风机10m3台22008.11-2009.109压风机3m3台52008.10-2009.10主要劳力组合详见图表9-8。图表9-8劳力组合表序号工种单位数量1重机工人82驾驶员人123液压钻工人44风钻工人405炮工人46压风工人47配合工人308合计人=SUM(ABOVE)102质量安全保证措施质量保证措施建立健全各工序的质量保证体系，严格按质量保证体系执行，确保各工序的施工质量。严格按设计图纸施工，经常对开挖结果进行复测。前期施工选择非主要部位进行各类型的爆破试验，确定与钻孔、开挖机械相匹配的合理的钻爆参数，使爆破效果最优。在施工中严格按爆破试验确定的钻爆参数进行施工，如遇地质情况发生变化，及时进行调整，非爆破设计人员不得随意进行更改设计。每次爆破编制爆破设计图，钻孔施工按设计孔位钻孔，孔口偏差不大于±5cm，孔底偏差不大于±10装药前检查钻孔并作详细记录，保护层开挖孔底柔性垫层材料应仔细测量，以避免基岩面受爆破振动影响。电爆网路联网后应检测网路电阻平衡，非电网路严格专人联网，以保证网路的安全可靠。确保爆破质量。采取从上往下逐层开挖，边开挖边支护，上层未支护完不得进行下层开挖。台阶梯段松动爆破孔，应严格控制其爆破参数，避免对保留岩体造成破坏，或使其留下不应有的岩体而造成施工困难。对于边坡开挖出露的软弱岩层和构造破碎带区域，必须按施工图纸和监理人的指示进行处理，并采取排水或堵水措施。定期对边坡稳定进行监测，如遇不稳定迹象时，应及时通知监理人，并立即采取有效措施确保边坡稳定。建基面上不得有反坡、倒悬、陡坎尖角；结构面上的泥土、锈斑、钙膜、破碎和松动岩块以及不符合质量要求的岩体等均须采用人工清除或处理。开挖渣料应按土、石、有用料与无用料分类堆存，严禁混存，堆渣范围和高程必须按有关要求和监理人的指示实施，并做好堆渣体的边坡保护和排水工作，确保堆渣体的边坡稳定。安全保证措施在开挖范围外设置截水沟，避免地表水冲刷开挖面，保证边坡安全。严禁上下层交叉作业，如边坡作业时，边坡下施工道路有车辆及人员通行，需派专人在边坡下施工道路两端警戒，通行时边坡施工暂停。每层边坡开挖后及时撬除边坡上松动石，避免坠石伤人。爆破工程施工严格按GB6722-2003《爆破安全规程》组织施工。在爆破危险区半径300m范围内通往爆区的各道口均应设置警戒点（警戒点设置详见《开挖总平面布置图》，派设专责安全员，采取定员定岗负责，每次爆破前，均须待危险区内人员机械全部撤离后方能爆破。明确爆破信号，并广泛宣传，每次爆破前，发放爆破通知单给各施工队，注明爆破时间、爆破部位、爆破药量、注意事项，让各施工队及时通知各队作业人员，责任到人，确保安全。定期组织工地安全大检查，对安全隐患及时整改。定期对施工机械进