長(zhǎng)河壩水電站大壩心墻蓋板扭面基礎(chǔ)開挖施工

王森榮，張軍武

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司長(zhǎng)河壩施工局，四川康定 626001)

長(zhǎng)河壩水電站大壩心墻蓋板扭面基礎(chǔ)開挖施工

王森榮，張軍武

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司長(zhǎng)河壩施工局，四川康定 626001)

長(zhǎng)河壩水電站大壩為在建的300 m級(jí)高土石壩，在左右岸岸坡開挖設(shè)計(jì)過程中，兩岸岸邊基覆界限比原推測(cè)線偏向山內(nèi)且岸坡裂隙發(fā)育并有張開裂隙。若按原開挖線開挖，不能保證岸坡的完整性和穩(wěn)定要求。為減少開挖量，將左右岸適當(dāng)?shù)母叱淘O(shè)計(jì)成了扭面。以該工程左岸壩肩扭面為例，研究了扭面模型方程的建立及開挖施工控制方法，采用卡西歐fx－5800P計(jì)算器與計(jì)算機(jī)Excel表格編寫完成的快速判斷和檢查超欠挖程序軟件起到了快速計(jì)算、有效控制與檢查的目的，保證了扭面的開挖質(zhì)量，可為同類工程借鑒。

長(zhǎng)河壩水電站；扭面開挖；施工控制；范圍判斷；快速計(jì)算超欠挖

1 概述

長(zhǎng)河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，為大渡河干流水電梯級(jí)開發(fā)的第十級(jí)電站，工程區(qū)地處大渡河上游金湯河口以下約4～7 km的河段上，壩址上距丹巴縣城82 km，下距瀘定縣城49 km。電站是以單一發(fā)電為主的大型水庫(kù)電站，樞紐建筑物主要由礫石土心墻堆石壩、泄水系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)組成。大壩壩頂高程1 697 m，最大壩高240 m，壩頂長(zhǎng)度為502．85 m，壩頂寬度為16 m。泄水系統(tǒng)由三條泄洪洞和一條放空洞組成，均布置在右岸山體內(nèi)。引水發(fā)電系統(tǒng)布置于大渡河左岸，主要由電站進(jìn)水口、壓力管道、地下主、副廠房、主變室、開關(guān)站、尾水調(diào)壓室、尾水洞組成。

要求心墻蓋板基礎(chǔ)具有滿足設(shè)計(jì)要求的力學(xué)性能，其上部的混凝土直接將基礎(chǔ)與心墻土料連接在一起，混凝土蓋板為固結(jié)與帷幕灌漿提供蓋重。受實(shí)際地形情況所限，若按原設(shè)計(jì)開挖線開挖，存在開挖工程量大、開挖邊坡高、工程造價(jià)高、工期長(zhǎng)、完整性和穩(wěn)定性不能保證等問題。為此，設(shè)計(jì)單位對(duì)開挖面進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，在左右岸適當(dāng)高程設(shè)計(jì)了扭面。

左岸扭面設(shè)在高程1 597～1 550 m、壩0+ 2 0上游心墻蓋板范圍，扭面坡比由1∶0．7～1∶1．049 6漸變；右岸扭面設(shè)在高程1 610～ 1 525 m，壩0+0．00上游心墻蓋板范圍，扭面坡比均由1∶0．7～1∶0．388 2漸變。

2 對(duì)扭面進(jìn)行技術(shù)分析

2．1 扭面模型方程的建立

針對(duì)工程實(shí)例，一般扭面形式如圖1所示。

圖1 工程設(shè)計(jì)中的常見扭面示意圖

扭面分別由四個(gè)角點(diǎn)控制，一般A、C兩點(diǎn)處于同一高程，B、D兩點(diǎn)處于同一高程，且A、C兩點(diǎn)的連線與B、D兩點(diǎn)的連線不平行，從而形成通常的扭面。

M、N分別為A、B兩點(diǎn)和C、D兩點(diǎn)連線上對(duì)應(yīng)位置的一點(diǎn)，即相同百分比的一點(diǎn)。根據(jù)扭面的特性，連接后為一直線，即可得:

由此可得:

0點(diǎn)為M、N兩點(diǎn)連線上的一點(diǎn)，HM=HN= Ho，同理可得:

由于0點(diǎn)為M、N兩點(diǎn)連線上的一點(diǎn)，根據(jù)相似三角形的原理，可寫下式:

將XM、YM、XN、YN代入上式，通過移項(xiàng)，即得XO、YO、HO之間的相互關(guān)系，最終得到扭面的模型方程式:

2．2 測(cè)點(diǎn)范圍判斷

已知0點(diǎn)在扭面的范圍內(nèi)，就存在0點(diǎn)處于三維的任意投影面內(nèi)，為此，可簡(jiǎn)化為在平面內(nèi)進(jìn)行判斷即可(圖2)。

圖2 測(cè)點(diǎn)范圍判斷與分析示意圖

△a為“－”表示該條件成立。按順序依次判斷，如果四個(gè)邊均判斷條件成立，表明0點(diǎn)在扭面的范圍內(nèi)，可進(jìn)行超欠挖檢查。如超出范圍，則需用0點(diǎn)所在范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)體型參數(shù)另作判斷，扭面模型方程不適用該點(diǎn)。

2．3 測(cè)點(diǎn)超欠挖情況

根據(jù)所建立的扭面模型方程，可分別確定各個(gè)方向的超欠挖情況。

(1)已知Ho、YO，計(jì)算理論的XO理值:

根據(jù)理論的XO理與實(shí)際的XO對(duì)比，即△X= XO－XO理，即可得出X方向的超欠挖情況。

(2)已知HO、XO，計(jì)算理論的YO理值:

根據(jù)理論的YO理與實(shí)際的YO對(duì)比，即 △Y= YO－YO理，即可得出X方向的超欠挖情況。

(3)已知XO、YO，也可檢查出H(高程)方向的超欠挖情況，但相對(duì)比較困難些。一般的標(biāo)準(zhǔn)扭面以H為變量所建的模型方程為一元二次方程。

扭面模型方程的建立、測(cè)點(diǎn)是否在扭面控制范圍內(nèi)、測(cè)點(diǎn)的超欠挖檢查的研究與分析從表述上比較復(fù)雜，但在計(jì)算機(jī)與編程計(jì)算器均較先進(jìn)的今天，使用計(jì)算機(jī)的Excel與計(jì)算器程序處理數(shù)據(jù)均非常容易。同時(shí)，需要說明的是:平面屬于扭面的特殊形式，采用該方法將獲得一樣的結(jié)果。

3 扭面開挖的控制

扭面開挖施工的關(guān)鍵控制工序?yàn)轭A(yù)裂爆破施工，在預(yù)裂爆破施工中，造孔的控制是保證預(yù)裂爆破體型與超欠挖控制的關(guān)鍵工序。針對(duì)大壩心墻蓋板基礎(chǔ)無預(yù)留馬道的特點(diǎn)，為保證下一循環(huán)有鉆機(jī)的工作空間，一般在每一循環(huán)的底部需要超挖20～40 cm圖(3、4)。

圖3 開挖鉆孔控制示意圖

為保證壩肩開挖尺寸與平整度滿足設(shè)計(jì)要求，減少超欠挖，有效控制預(yù)裂爆破鉆孔的孔向，采用插筋與橫向架管支撐的方式搭設(shè)QY100B鉆機(jī)的支撐控制系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)裂鉆孔施工。根據(jù)具體要求確定臺(tái)階高度，臺(tái)階高度宜控制在7～25 m。因受扭面的開挖施工同高程連線為直線的特性所限，應(yīng)盡可能將每一循環(huán)的底部高程找平，以利于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)體型，提高開挖質(zhì)量。支撐系統(tǒng)的控制情況見圖4。

圖4 支撐系統(tǒng)示意圖

具體要求:

(1)為保證壩肩開挖尺寸與平整度滿足設(shè)計(jì)要求，減少超欠挖，有效控制預(yù)裂爆破孔鉆孔的孔向，采用插筋與橫向架管支撐的方式搭設(shè)QY100B鉆機(jī)的支撐控制系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)裂孔鉆孔施工；

(2)設(shè)置兩排插筋，插筋采用φ25螺紋鋼，伸入基巖50 cm，外露30 cm(超挖需要加長(zhǎng))，可采用錨固劑或摻速凝劑的砂漿進(jìn)行固定，插筋間距初定400 cm，橫向支撐采用架管；

(3)插筋固定后，由測(cè)量人員在插筋上放出開挖面控制點(diǎn)，以確保開挖面的結(jié)構(gòu)尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

4 長(zhǎng)河壩水電站左岸心墻蓋板扭面基礎(chǔ)施工

4．1 扭面概述

左岸扭面設(shè)置在高程1 597～1 550 m、壩0+20上游心墻蓋板范圍，扭面坡比由1∶0．7～1∶1．049 6漸變；四個(gè)角點(diǎn)的坐標(biāo)(X，Y，H)分別為A (95，20，159 7)、B(127．9，20，1 550)、C(95，－32，159 7)、D(144．33，－45．72，155 0)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，平行壩軸線為直線。為此，在建立扭面模型方程時(shí)，須將AC延長(zhǎng)至C1點(diǎn)，使C1D平行于壩軸線。用A(95，20，159 7)、B(127．9，20，155 0)、C1(95，－45．72，159 7)、D(144．33，－45．72，155 0)四個(gè)點(diǎn)建立扭面模型方程，但控制范圍是按A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)控制。

4．2 扭面模型方程的建立

采用2．1所述的方法建立的左岸扭面模型方程式:

右岸扭面模型方程式如下:

4．3 扭面開挖測(cè)量放線

根據(jù)2．1所述的方法建立的扭面模型方程采用卡西歐fx－5800P計(jì)算器進(jìn)行編程計(jì)算，首先判斷測(cè)點(diǎn)是否在扭面的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，之后進(jìn)行放線，每隔2 m測(cè)一個(gè)點(diǎn)，用于確定預(yù)裂孔搭設(shè)支撐系統(tǒng)與每個(gè)孔的開孔位置。

4．4 扭面支撐系統(tǒng)的搭設(shè)

根據(jù)測(cè)量放線結(jié)果，按圖4所示完成支撐系統(tǒng)的搭設(shè)，同時(shí)，支撐系統(tǒng)的剛度與強(qiáng)度需滿足鉆機(jī)造孔的要求。

4．5 造 孔

扭面開挖預(yù)裂孔每個(gè)孔的坡度均不相同，排架搭設(shè)時(shí)須考慮造孔時(shí)鉆桿受重力作用鉆頭向外側(cè)傾斜，實(shí)際孔向與設(shè)計(jì)的孔向成一定的夾角，故根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)不同坡比的鉆孔增加1～1．5°，在造孔過程中，采用角度尺進(jìn)行檢查，若在造孔過程中出現(xiàn)排架移位，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

扭面開挖的主爆孔與一般的邊坡開挖施工基本相同，輔助孔則需根據(jù)預(yù)裂孔的角度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

4．6 爆 破

扭面開挖采用預(yù)裂爆破的方式，預(yù)裂孔的裝藥方式與常規(guī)預(yù)裂爆破施工相同?？紤]到每個(gè)孔的角度不同，將造孔間距控制在80 cm以內(nèi)，裝藥量略有增加。為減輕爆破對(duì)邊坡的振動(dòng)破壞，采用3～4孔為一組的延時(shí)網(wǎng)絡(luò)起爆。

主爆孔與輔助孔與常規(guī)爆破相同。

4．7 扭面超欠挖的檢查

根據(jù)扭面模型方程，采用卡西歐fx－5800P計(jì)算器編程，分別計(jì)算各個(gè)方向的超欠挖情況，適時(shí)進(jìn)行總結(jié)，為下一循環(huán)開挖積累經(jīng)驗(yàn)并持續(xù)改進(jìn)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)長(zhǎng)河壩水電站心墻蓋板扭面基礎(chǔ)施工技術(shù)的研究，建立了扭面的模型方程，制定了造孔支撐系統(tǒng)的設(shè)置、開挖質(zhì)量控制等切實(shí)可行的方法。

在左、右壩肩扭面開挖過程中，均采用卡西歐fx－5800P計(jì)算器進(jìn)行編程并依次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量控制方法。開挖成果表明:該測(cè)量方法能夠很好地控制扭面的開挖，并能有效地保證開挖質(zhì)量、大大提高了測(cè)量放樣的效率。

平面是扭面中的一個(gè)特殊面，在實(shí)際的邊坡開挖中，將同樣的方法運(yùn)用到平面開挖控制的編程計(jì)算中，既壓縮了編寫程序，又減少了計(jì)算步驟，還可以縮短計(jì)算時(shí)間，最終以精簡(jiǎn)、敏捷的計(jì)算程序完成復(fù)雜的坡面開挖測(cè)量控制。

通過對(duì)長(zhǎng)河壩水電站大型扭面的研究與開挖控制，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)，開挖進(jìn)程得到了保證，為2012年5月28日防滲墻工作面的提交創(chuàng)造了條件，從而保證了整個(gè)工程的施工順利、有序推進(jìn)。

TV7;TV52;TV512

B

1001-2184(2015)05-0086-04

王森榮(1969-)，男，四川青川人，長(zhǎng)河壩施工局副局長(zhǎng)，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

(責(zé)任編輯:李燕輝)

2015-03-08

張軍武(1970-)，男，遼寧撫順人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作．