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基岩保护层开挖一次爆除技术的试验与应用
发布时间:2021-09-26 16:06:16 阅读次数:

完成时间:1982—1985年

工程地点:江西省万安水电站
完成单位:武警水电第二总队、长江科学院、长江水利委员会施工研究所
项目主持人及参加人员:薛志荣、刘宏根、蒋乃明、梅锦煜、季瑞龙、王青屏等
撰稿人:梅锦煜
1立项背景
       水电站大坝承受巨大的水压力,对大坝岩石基础要求十分严格,《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》SDJ21l一1983规定,在水电站岩石基础开挖时,紧邻水平建基面的爆破,必须预留不小于1.5m的保护层,规定保护层使用火花起爆(火雷管起爆)逐层开挖,每次不得大于二分之一高度。采用这种方法开挖时,一般需进行3~4次以上的爆破,费工时,耗费炸药量大,单自由面平地起爆破碎效果差,炮孔残留率高,残留根底严重,且产生较大的振动影响。为了解决这一难题,、难万安水电站基坑开挖阶段立项试验研究,采用先进的爆破方法对保护层进行一次爆破便可获得符合质量要求的建基面,即基岩保护层一次爆除技术,试验中采用多种方法对爆破孔底部埋设测振传感器等测定了爆破影响规律,试验成果在生产中推广应用获得满意效果,并修改了规范中的有关条文。
2试验区布置
       1982年和1985年分两阶段在万安水电站工程中进行了试验。第一阶段预备性试验作探索比较,规模较小。第二阶段生产性试验规模较大,进行了综合性观测,爆后对基础了整修,并由地质部门按基础验收标准进行了鉴定。
       生产性试验位于底孔坝段护坡右侧河床(试组编号Ⅱ一1~Ⅱ一4),各组均分为A、B两区,基岩面高程▽64~65m,主要为中厚层、中颗粒长石石英砂岩,属微新岩层 (M34-1),岩层走向约东北50°,倾向北西,倾角15°~30°,岩样单轴抗压强度10000~12000kN/cm2,容重2.65g/cm3,弹性波速度4800~5500m/s。由于试区位于ƒ33断层下盘,各种构造相当发育:有ƒ1ƒ3(试区编号)8条小断层;裂隙线密度一般为5~10条/m;共有层面裂隙9条,软弱夹层2条,倾角为15°~30°,层面大多胶结不良,附有不连续炭质膜,夹层充填物由碎片状或透镜状砂岩炭质薄片组成。
3基本措施和爆破参数
        为实现基岩保护层一次爆除的目的采取以下综合性措施:
        (1)以有良好侧向自由面的小梯段爆破代替火花起爆平地爆破,由于侧向自由面的存在,岩体向前方向破碎,减少了对底部基础岩体的振动影响。
       (2)采用毫秒延时多排起爆方式,控制单段药量,使用电网路、非电网路或复式网路,尽量使用等时差短间隔毫秒系统,以良好的毫秒延时效应减小振动影响改善破碎效果。
       (3)炮孔底部设置柔性垫层,利用其衰减隔振作用减小爆破对底部岩体的影响,并能相对延长爆破作用时间,克服炮孔根底夹制,改善孔底爆破效果。
       (4)使用小直径炸药不耦合装药方式,分散药量均匀作用降低单耗,改善破碎效果。
       (5)控制钻孔精度采用宽孔距小抵抗线扩大炮孔密集系数。
根据上述措施,用手风钻钻孔对基岩保护层实施一次爆除,控制爆破影响满足设计要求,爆破参数如表1所列,爆破孔的装药结构如图1所示。

4  测试研究
       为了解保护层实施小梯段一次爆破的方法对大坝基础的影响,在基岩面及爆破区的岩体内部钻孔埋设了各类传感器,进行了爆破前后的声波测量,以及质点振动速度、加速度、动应变、孔内水耦合压强、压应力等动态参数的测试和孔内电视观察等试验研究,测试布置及测量值分布曲线见图2。
 

       在试区后部及侧向布置测点,进行垂直向质点振动速度Ⅴ及加速度ɑ.测量,共做9次观测,因试区岩性及地质条件的差异,综合归纳的衰减公式如下:

       式中  Q—单段药量,kg;
       R—药包中心至测量距离,m ;
p=Q1/3/R—比例距离。
       现场测试和各种仪器获得的成果表明,该区岩体原生裂隙张开1~2㎜时相应的质点振速为25.6~37.0cm/s。
       岩体内部钻孔后使用高强砂浆耦合埋设了垂直向的各类传感器,以及孔内水耦合压强传感器,测定并推导了沿炮孔深度方向的振动参数计算公式:

       式中  Q—单段药量,kg;
       R—测点距药包距离,m。
       根据爆破前后的声波测值,炮孔底部10~33cm范围声波衰减率小于5%,平均影响深度20cm;动应变测值为孔底以下15cm测点的拉、压应变为+77με和﹣168με;孔底以下7cm、37㎝的质点振速分别为27.0cm/s和25.3cm/s;水耦合压强孔底以下25cm、28cm测点分别为5.38MPa.和4.60MPa.动压应力孔底以下0.08m、O.32m的测点分别为5.30MPa和0.98MPa;孔内电视观察孔底以下0~30cm范围内有少量裂缝张开;由图2的测值曲线可见,沿炮孔底部往下衰减而逐渐变小。综合以上测值可知,基岩保护层一次爆除时对底部岩体的影响范围为10~30cm,经撬挖整修后符合水工建筑物基础要求。
       根据比较试验,当没有侧向自由面作平地群孔爆破时,用声波测定的底部影响深度可达O.8~1.Om;孔底不设柔性垫层的小梯段爆破影响范围为0.5~0.7m。由此可知,基岩保护层一次爆除技术的要点是采用综合性措施。
5效果分析
       采用基岩保护层一次爆除技术的爆破效果良好:飞石较少,一般可控制在50m以内;
爆破推向前方自由松动塌落呈理想的马鞍形;其块度与单耗及密集系数有关,适当加大孔距减小抵抗线可提高炸药利用率,使块度均匀适度;炮孔柔性垫层经爆破后检查处于明显的压缩状态,减小爆破冲击荷载对底部岩体的作用,相对延长了作用时间使孔壁周围岩体易于松动,克服根底夹制而获得较平整的基础面。
       基岩保护层一次爆除技术与常规的逐层爆破法比较,对人工、材料、机械、管理及其他费用逐项核算,前者为后者单价的58%,对清基、放样、钻孔、装药、集渣,运输、整修等各项工期计算表明,可节省工期约一半,具有明显的效益。
       根据本项试验成果,《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》sL47一1994修订时对原SDJ21 l—1983规范相应条文作了修改。其成果在三峡永久船闸水平基建面爆破施工时推广应用。

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