(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程位于新疆葉爾羌河干流，是一座具有防洪、灌溉、發(fā)電及生態(tài)環(huán)境條件等綜合功能的大(1)型水利樞紐工程。阿爾塔什水利樞紐總庫容為22.49億m3，設(shè)計電站裝機(jī)容量可以達(dá)到755MW。該水利樞紐工程攔河壩設(shè)計采用混凝土面板砂礫堆石壩，壩高和壩長分別為164.8m、795m，石壩壩頂寬度為12m。石壩壩趾基礎(chǔ)開挖長度為1082.88m，寬度為8.0～10.0m，開挖邊坡比控制在1∶0.35。地質(zhì)勘查得到，石壩壩趾基礎(chǔ)巖層巖性較軟，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，巖石破碎程度較高，基礎(chǔ)開挖成形難度非常大。降低地質(zhì)及技術(shù)超挖風(fēng)險，對高效率完成石壩壩趾開挖施工具有重要意義。

2 工程地質(zhì)條件

阿爾塔什水利樞紐攔河壩右岸趾板沿線基礎(chǔ)巖石呈裸露狀態(tài)，巖性主要為厚白云灰?guī)r和灰?guī)r交互層，巖層產(chǎn)狀為353°SW∠70°。右岸裸露巖石風(fēng)化程度比較嚴(yán)重，強(qiáng)風(fēng)化層和弱風(fēng)化層厚度分別為2～3m、15m。風(fēng)化剝蝕巖層破碎帶寬度在1.0～5.0m，巖石主要為角礫巖和膠結(jié)糜棱巖。右岸壩趾以上岸坡坡度較陡，邊坡巖體較為穩(wěn)定，但巖體中有卸荷裂隙，層面及其他結(jié)構(gòu)面穿插組合發(fā)育，導(dǎo)致右岸壩趾以上岸坡形成多個不穩(wěn)定巖體。左岸基巖大部分也呈裸露狀態(tài)，巖性為中厚層灰?guī)r、薄層灰?guī)r、泥灰?guī)r等，并有順向河流斷層F16出露，斷層間充填有破碎帶巖石。F16斷層出露高程在1668.8m，沿斷層帶有繞壩滲漏威脅。左岸高程1830m和1820m兩處分布有滑坡體，但其規(guī)模較小，壩趾開挖施工中需要提前做好預(yù)防處理。

3 壩址基礎(chǔ)開挖施工難點(diǎn)

結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果以及基礎(chǔ)開挖施工設(shè)計方案，本次壩趾基礎(chǔ)開挖施工難點(diǎn)主要有三個方面：一是基礎(chǔ)開挖后難成形，石壩基礎(chǔ)巖性較弱，風(fēng)化程度較高，破碎程度高，承載能力不佳。同時，巖體中有斷層、裂隙發(fā)育，施工中容易出現(xiàn)卡鉆、漏氣等情況，影響基礎(chǔ)爆破開挖效果。二是施工道路不易布置，左右岸邊坡高度分別為410m、600m，自然坡度均超過60°，局部坡度接近90°。施工中須在高邊坡上修建施工道路，以滿足機(jī)械設(shè)備通行需求。三是高邊坡安全隱患較大，右岸邊坡基巖裸露風(fēng)化嚴(yán)重，巖性差，遇水容易出現(xiàn)軟化和崩解情況。歷年地質(zhì)氣象資料顯示，施工月中降雪可能性非常大，可能導(dǎo)致邊坡淺層巖體軟化崩解，出現(xiàn)落石、掉塊情況，對下部施工安全造成影響。

4 趾板基礎(chǔ)開挖施工技術(shù)

4.1 施工布置

施工布置除正常施工準(zhǔn)備作業(yè)之外，重點(diǎn)在于施工道路布置以及高邊坡安全防護(hù)。在兩岸自下而上修建一條“之”字形道路，道路長度400m左右，寬度控制在4.0～4.5m，縱坡為30°～40°。右岸道路修建過程中可充分利用岸坡2-2號交通洞。對于不滿足道路寬度的地段，需要在外側(cè)安置豎向錨桿+碼砌鋼筋石籠，內(nèi)側(cè)采用安設(shè)錨桿+填塊石渣料方式進(jìn)行處理[1-3]。高坡防護(hù)主要通過設(shè)置被動防護(hù)網(wǎng)，以邊坡坡形為基礎(chǔ)，分別在邊坡高程2060m、1940m、1760～1850m處設(shè)置三道被動防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)選用RXI-100，預(yù)防出現(xiàn)高空落石情況。

4.2 爆破施工設(shè)計

為有效控制爆炸效果，減少不必要的巖體擾動破壞，設(shè)計對壩趾基礎(chǔ)面和邊坡采用不同的爆破形式。基礎(chǔ)面采用深淺孔爆破，邊坡選擇預(yù)裂爆破形式。

a.裝藥結(jié)構(gòu)及參數(shù)。根據(jù)爆破需要，壩趾爆破梯段高度設(shè)置為13m。爆破開挖采用松動爆破形式，可有效控制爆破產(chǎn)生的拋石和飛石[4-5]。主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)采用連續(xù)裝藥方式，炸藥選用2號巖石乳化炸藥，孔徑80mm，孔深14.1m，間排距分別為3.24m、2.82m，藥卷直徑和裝藥長度分別為80mm、9.16～10.03m，主爆孔堵塞長度控制在5.03～4.16m，裝藥結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。同時，裝藥量需要根據(jù)巖石強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，強(qiáng)風(fēng)化巖石強(qiáng)度較低，其梯段裝藥單耗控制在0.30～0.40kg/m3，其他強(qiáng)度較高巖石炸藥單耗控制在0.42～0.46kg/m3。

邊坡預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)采用間隔裝藥方式，梯段高度設(shè)置為14.19m。炸藥同樣選用2號巖石乳化炸藥，孔徑80mm，孔深15m，間距為0.8m，藥卷直徑和線裝藥長度分別為32mm、177.95g/m，裝藥結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示。預(yù)裂孔起爆選擇導(dǎo)爆索聯(lián)合藥卷起爆方式，用竹片將藥卷及導(dǎo)爆索送入爆孔中心，實(shí)行分段并聯(lián)起爆。坡角等關(guān)鍵部位預(yù)裂面采用孔底加強(qiáng)裝藥方式，加強(qiáng)裝藥藥卷直徑和線裝藥密度分別為80mm、355.9～533.85g/m，以有效避免特殊部位出現(xiàn)欠挖的情況。

圖1 不同爆炸孔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖(單位：m)

b.起爆網(wǎng)絡(luò)。主爆孔之間傳爆采用導(dǎo)爆索，引爆采用電雷管。起爆網(wǎng)絡(luò)采用矩形布孔方式，“V”形微差起爆，采用MS3～MS9段非電毫秒延期起爆，起爆網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。為確保預(yù)裂爆炸效果，預(yù)裂孔應(yīng)在第一排主爆孔引爆前起爆，超前起爆時間控制在85～100ms[6]。臨邊主爆孔首先起爆，并依次向坡角方向進(jìn)行起爆，緩沖孔最后起爆。

圖2 壩趾基礎(chǔ)開挖起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖(單位：m)

4.3 爆破開挖施工

結(jié)合大壩岸坡地質(zhì)條件及施工交通情況，對兩岸壩坡采用不同的開挖方式。左岸壩坡整體穩(wěn)定性較好，采取自下而上一次開挖成形的方式。右岸危險巖體較多且下部大壩填筑分區(qū)，右岸壩趾基礎(chǔ)開挖采用分區(qū)開挖方式，施工開挖區(qū)域分別為趾0+694.000～趾0+820.000段和趾0+820.000～趾1+052.000。具體施工過程中，如果壩趾邊坡高度超過15m，采用平行于馬道15m方式分層開挖。壩址高度不超過15m時，采用一次開挖成形的方式施工，壩趾開挖分層方式如圖3所示。同時，為減少基礎(chǔ)面開挖爆破施工對壩趾基礎(chǔ)面的擾動，開挖基礎(chǔ)底部時須預(yù)留2.5m巖石保護(hù)層。大面開挖結(jié)束后，預(yù)留保護(hù)層采用手持風(fēng)鉆鉆孔，減少爆破裝藥量爆破，并用液壓破碎錘輔助開挖剩余部分[7]。壩趾基礎(chǔ)石方爆破之后，運(yùn)用液壓反鏟施工出一機(jī)械操作平臺，按照自下而上方式進(jìn)行分層開挖，由內(nèi)向外甩料倒運(yùn)到可裝卸區(qū)域，直至松散渣料全部清除。

圖3 石壩趾板開挖分層示意圖(單位：m)

5 施工注意事項

a.大壩兩岸邊坡高度均較大，且有斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造分布，邊坡穩(wěn)定性較差。邊坡開挖過程會造成巖體減載，引起巖體載荷的重新分布調(diào)整，會對整體邊坡穩(wěn)定性造成影響。因此，需要在斷層和破碎帶附近埋設(shè)鋼筋觀測點(diǎn)，對邊坡穩(wěn)定性情況進(jìn)行監(jiān)測。一般情況下，埋設(shè)初期每3天觀測一次，如果變形較為穩(wěn)定，則可適當(dāng)延長觀測周期，但爆破施工前后必須進(jìn)行觀測，分析前后數(shù)據(jù)變化情況。如若觀測有特殊情況出現(xiàn)，則需進(jìn)行復(fù)測或增加觀測頻率，確保兩岸邊坡始終處于受控狀態(tài)。

b.斷層及破碎帶巖石強(qiáng)度比較低，基礎(chǔ)承載能力較差，如不進(jìn)行處理則會對后期澆筑混凝土造成影響，出現(xiàn)基礎(chǔ)混凝土不均勻沉陷、趾板混凝土開裂，甚至造成大壩滲漏和管涌的情況出現(xiàn)。對于壩趾基礎(chǔ)斷層及其破碎帶須進(jìn)行加固處理，處理方式選用加密固結(jié)灌漿和混凝土塞置換方式。壩趾基礎(chǔ)斷層寬度不超過30cm的，采用加密固結(jié)灌漿進(jìn)行處理，寬度超過30cm則采用混凝土塞置換?；炷寥脫Q處理中，其上、下游置換長度一般為1.0m、4.0m。

6 工程實(shí)施效果

阿爾塔什水利樞紐工程攔河壩壩址基礎(chǔ)巖性較差，風(fēng)化程度高，巖體中斷層、裂隙較為發(fā)育，巖石破碎程度較高，壩趾基礎(chǔ)開挖成形難度非常大。同時，大壩兩岸邊坡坡度較高，道路布置難度大，高邊坡安全隱患高，需要結(jié)合地形條件，確定合理的基礎(chǔ)開挖方案。在工程施工過程中，壩趾開挖通過做好施工布置、合理設(shè)定爆破參數(shù)及開挖施工方式，有效保證了趾板開挖施工的有效進(jìn)行。同時，通過綜合采取一系列措施，最大限度地降低了地質(zhì)和基礎(chǔ)超挖的風(fēng)險，阿爾塔什水利樞紐石壩趾板基礎(chǔ)開挖高效完成，基礎(chǔ)開挖質(zhì)量高、成形好，相較設(shè)定工期提前10天完成。

7 結(jié) 語

阿爾塔什水利樞紐工程攔河壩采用混凝土面板砂礫堆石壩，石壩壩趾基礎(chǔ)巖性軟、破碎程度高，基礎(chǔ)開挖成形和工程施工難度均較大。對于此類高邊坡、軟基礎(chǔ)的開挖工程，一是要充分結(jié)合地形和地質(zhì)條件，合理布置施工道路，同時做好高邊坡安全防護(hù)工作。二是合理設(shè)定爆破施工工藝，優(yōu)化裝藥結(jié)構(gòu)及參數(shù)，對不同地質(zhì)條件基礎(chǔ)采取分區(qū)爆破方式，各區(qū)域均設(shè)計對應(yīng)的爆破參數(shù)，最大程度控制爆破效果。三是對于斷層、巖層破碎程度高等特殊區(qū)域須采取針對性的解決措施，斷層附近設(shè)置鋼筋觀測點(diǎn)，保證兩岸邊坡穩(wěn)定；同時，運(yùn)用加密固結(jié)灌漿和混凝土塞置換方式對基礎(chǔ)巖層進(jìn)行加固，提升基礎(chǔ)巖層承載能力。