柏叶口水库大坝基础开挖施工过程及控制要点

肖 冰 李志成 叶修锁

（山西省水利建筑工程局 太原 030006）

1 柏叶口水库坝基地形地质情况

柏叶口水库位于山西省吕梁市交城县的文峪河干流上，坝型为面板堆石坝，最大坝高88.3 m。坝基础开挖区地形和地质情况是：河谷宽95～140 m，谷底高程在设计坝顶高程以下73.3～68.3 m处，河床覆盖层厚7～8 m，河谷中间发育一深槽，钻探揭露最大深度15.1 m，该深槽约10～15 m，基岩岩性为混合花岗岩、变粒岩为主，坝轴线处河床全、强风化带一般厚1.5～8 m，弱风化带一般厚14～20 m，其中左侧河谷全、强风化带厚1.5～5.5 m，弱风化带厚14～18 m，实际开挖至设计坝顶高程以下82.3 m处，右侧河谷全、强风化带厚4～8 m，弱风化带厚35～55 m，实际开挖至设计坝顶高程以下88.3 m处。

2 施工过程

根据上述坝基础情况，坝基石方属于敞开式槽型开挖，2010年3月20日正式开始开挖，施工条件及任务主要如下：坝基开挖最大长度为244.6 m，最大宽度为137 m，最大深度为30 m，坝基开挖河卵石192 200 m3，石方开挖534 700 m3，合计为726 900 m3，工程量较大。在主汛期来之前坝体填筑又要达到拦洪高程，工期十分紧迫。这就对开挖的施工组织提出了很高的要求，对此施工单位编制了科学合理的施工方案，组织精良的设备和熟练的施工机械操作人员。依据现场的施工条件及工期要求，开挖总体施工方案为：“先下游后上游、分条带，分块，分层”的开挖方法。施工过程如下：“先下游后上游、分条带”具体是：首先开挖下游次堆石填筑区的坝基，再开挖上游主堆石填筑区的坝基，坝基开挖施工时按每30 m宽，将坝基划分为八个纵向条带，依据现场的施工条件和施工设备，每次并排进行两个条带的开挖工作。2010年4月15日完成了下游次堆石填筑基础区的开挖后，紧接着就进行次堆石的填筑施工，保证了坝基开挖对次堆石的填筑施工进度的影响减小到最低程度。2010年6月30日次堆石填筑至拦洪高程，顺利地完成了一期的施工任务。“分块，分层”施工过程如下：将整个坝基横向划分为三块，为左坝肩、右坝肩、基坑中部各一块。依据现场地质情况，覆盖层直接采用挖机和自卸汽车进行施工（施工机械设备及人员主要配置见表1），因为上面同时进行了两个条带的施工，也就是能同时进行两块的开挖施工。“分层”施工表现在上下两层错开进行开挖施工，由于开挖深度在15～20 m之间，采用分层，每层厚度为4～5 m，后退法施工，这样上一层开挖一段距离后，施工场面足够宽阔，能够满足下层机械进行施工时，立即组织机械及人员进行下一层的基础开挖工作。通过上述的施工组织，基础开挖就形成了多条带、多块、多层同时进行，有利地推动了开挖的施工进度。

覆盖层以下为弱风化岩石，坡度较为平缓。为加快施工进度，石方开挖采用爆破进行施工。根据现场岩性情况采用合理的爆破方法，爆破主要采用“两个结合”即：深孔梯段爆破和浅孔微差控制爆破相结合，周边光爆和预裂及保护层一次开挖相结合的原则，同时优化爆破参数、合理地组织机械进行施工，就能保证又好又快地进行基础开挖。爆破后石渣采用挖机装自卸汽车后，将能用于坝体的填筑料运至临时堆放区堆放，不能用于坝体的填筑料运至业主指定的弃渣场。

坝基开挖主要机械设备及人员配置见表1：

表1 坝基开挖主要机械设备及人员配置

3 施工控制要点

柏叶口水库坝基开挖依据设计要求和施工经验重点控制“一个基面，两个岸坡”。“一个基面”为大坝的基础建基面，“两个岸坡”为大坝基础建基面和两个岸坡相结合的部位。

3.1 施工控制要求达到的目标

（1）基础面如有欠挖，水平建基面高程的开挖偏差不应大于±20 cm。（2）基础面如有反坡（设计规定者除外），应处理成顺坡。（3）基础面的陡坎顶部如呈尖角，应处理成钝角或弧形状，若确不易处理，则应采取结构措施。

（4）基础面上的泥土、破碎岩石和松动岩块，以及不符合质量要求的岩体，必须清除或处理。

（5）基础面如发现新的不良地质因素，以及前期地质勘探或试验中遗留的钻孔、平洞、竖井等，均应处理到设计重新提出的质量要求的高程或深度。

（6）在外界环境作用下极易风化、软化和冻裂的软弱基础面，若其上部的水工建筑物暂不施工覆盖，应按设计要求进行处理或防护。

3.2 大坝基础面开挖的施工控制

覆盖层用机械清除完成后依据现场情况看，岩石坡度较缓，岩性多为弱风化的岩石。再采用挖机挖除已经很难满足施工的需要，这就要求采取合理的爆破方法，岩层较厚部位采用深孔梯段爆破，较浅部位采用浅孔微差控制爆破；再开挖快接近设计建基面时，采用保护层的开挖方法。具体为石方开挖深度在5 m以下的，采用手风钻钻孔、浅孔爆破，周边孔采用光面爆破，开挖深度大于5 m的，采用潜孔钻钻孔、深孔梯段爆破的方法开挖。为了保证基础建基面岩性的完整性，在接近基础面1.2 m内采用保护层开挖的方法进行开挖。依据规范要求：水平建基面高程的开挖偏差，不应大于±20 cm；还不应使水平建基面岩体产生大量爆破裂隙，以及使节理裂隙面、层面等弱面明显恶化，并损害岩体的完整性。针对此要求具体爆破控制措施如下：（1）炮孔不得穿入距水平建基面1.2 m的范围；炮孔装药直径不应大于40 mm；采用梯段爆破方法。（2）对节理裂隙不发育、较发育、发育和坚硬的岩体，炮孔不得穿入距水平建基面0.5 m的范围；对节理裂隙极发育和软弱的岩体，炮孔不得穿入距水平建基面0.7 m的范围。（3）炮孔与水平建基面的夹角不应大于60°，炮孔装药直径不应大于32 mm。应采用单孔起爆方法，剩余0.2 m厚的岩体应进行撬挖，然后存在的地质缺陷按照设计要求进行处理，最后将基础面清理至符合设计要求为止。

3.3 坝基和岸坡结合处开挖的施工控制

在坝基和岸坡结合部位开挖时，先进行测量放线用桩线标识开挖的边线，保证准确地依照设计开挖要求进行施工，覆盖层在坝基和岸坡结合处直接采用挖机开挖至设计边线处，最后辅助人工清撬突出的、松动的岩石，使其结合处坡度和建基面符合设计要求；在接近结合部的石方开挖时采用周边孔按设计坡度、深度进行钻孔，采用预裂爆破；浅孔和保护层开挖爆破时周边孔采用光面爆破；从而保证开挖尺寸和边坡的稳定以及开挖质量；随后人工用风镐对个别突出部位进行凿除，保证坝基和岸坡接合处的开挖符合要求，然后对存在的地质缺陷处理完成后，将基础面全部清理干净，再进行下一道工序的施工。

4 结语

柏叶口水库建设创造了当年截流、当年开挖、当年填筑、当年大坝封顶的奇迹，施工组织上有许多独到之处，坝基开挖于2010年5月3日全部完成并组织验收，为大坝填筑提前40天封顶争取了宝贵的时间，所以柏叶口水库坝基开挖采用“先下游后上游、分条带，分块，分层”的开挖方法是科学合理的，为大坝填筑争取了宝贵的时间，加快施工进度的方法值得借鉴。