水布垭面板堆石坝填筑料开采爆破试验

水布垭混凝土面板堆石坝填筑料开采爆破试验

1. 概述

1.1. 工程概况

混凝土面板堆石坝坝顶高程409.0m，坝轴线长660.0m，最大坝高233m，是世界同类型坝的最高坝。坝体填筑量为1568.05万m3，各分区填筑料技术要求见表－1。

表－1 坝体填筑工程量及技术要求表

分区	名称	工程量（万m3）	填料来源	干密度（g/cm3）	孔隙率（%）	级配要求
分区	名称	工程量（万m3）	填料来源	干密度（g/cm3）	孔隙率（%）	dmax (mm)	＜5mm (%)		<1mm (%)
ⅡAA	小区料	0.77	茅口组灰岩人工轧制			40	35～60	5～10
ⅡA	垫层区	39.28	茅口组灰岩人工轧制	2.25	17.0	80	30～45	4～7
ⅢA	过渡区	71.54	洞挖硬岩料、茅口组灰岩料	2.20	18.8	300	20～30	＜5
ⅢB	主堆石区	834.06	茅口组和栖霞组硬岩	2.18	19.6	800	4～15	＜5
ⅢC	次堆石区	441.97	栖霞组混合料	2.15	20.7	800		≤5
ⅢD	下游堆石区	107.63	栖霞组硬岩	2.10	22.5	1600		＜5
ⅠA	粉细砂	1.87	粉细砂
粘土	粘土	5.38	粘土
ⅠB	压重区	58.87	开挖料
护坡块石		6.68
合计

1.2. 地质条件

爆破试验共在4个区域内进行，包括右岸公山包料场、左岸桥沟料场、溢洪道泄槽段和右坝肩庙包开挖区。4个区域均处于二叠系下统茅口组，为灰、深灰厚层的块状微晶灰岩，中部夹白云岩，岩溶发育。

公山包、桥沟料场岩层中以走向NNE倾SE及走向NNW倾NE的高倾角裂隙发育,大部分被方解石充填，长度大部分小于3m，平均线密度3条/m，平均面密度1.55条/m2，在裂隙密集地段其面密度为3.5～4.2条/m2。岩块强度变化在27.5～163MPa，平均强度为83.1MPa。溢洪道泄槽段开挖区内岩体节理裂隙较其他试验区发育，岩体切割快度较小。右坝肩庙包开挖区岩体完整，呈青至青灰。

1.3. 爆破试验

高面板堆石坝建设成功的关键是控制堆石填筑坝体的变形，也就是控制填筑密实度和岩体强度。堆石料的压实性和力学性质与级配的关系极为密切，级配良好的堆石料经压实后可以获得较高的变形模量和较高的抗剪强度。因此设计对水布垭面板堆石坝的坝体填筑料提

出了很高的级配和密实度要求。为满足坝体填筑料设计要求，在大规模坝体填筑前，针对ⅢA、ⅢB、ⅢD填筑料进行了大规模的爆破试验，以确定合适的各种爆破参数。

试验从2002年9月开始，至2003年3月现场试验工作完成，共进行了ⅢA、ⅢB、ⅢD料爆破试验17次，总计爆破方量85,332m3。爆破试验参数见表－2。试验料筛分共进行了14场，筛分38组，总筛分量661,273kg。筛分成果见表－3。爆破试验料进行了5场碾压试验，其中ⅢA料1场、ⅢB料2场、ⅢD料建筑工程消防验收2场。

表－2 爆破试验参数简要统计表

序号	位置	填筑料	爆破方量(m3)	孔数	孔距(m)	排距(m)	前排(m)	梯段高(m)	单耗(kg/m3)	堵长(m)	超钻(m)	类型	孔径(mm)孔莹微博
7	公山包	ⅢA	4100	22	4.9	2.5	3.5	12.6	0.88	3	0.6	混装车乳化	115
9	公山包	ⅢA	2620	22	3.8	3.3	3.3	11	0.85	3	0.6	混装车乳化	115
14	公山包	ⅢA	6700	45	3.5	3.4	3	13.2	0.9	2.7	0.6	混装车乳化	115
2	公山包	ⅢB	10021	37	5.75	3.33	4.25	12.9	0.63	4.1	0.8	混装车乳化	150
5	公山包	ⅢB	7700	24	5.9	3.7	3.9	14.6	0.63	4.35	0.8	混装车乳化	150
4	庙包	ⅢD	3050	48	3	2.5	3	7.4	0.45	2.27	0.6	Φ80mm乳化	100
12	庙包	ⅢD	2400	15	4.2	3.3	3.5	11.4	0.45	3.1	0.6	散装铵梯	105
13	庙包	ⅢD	4440	16	5.1	4.2	5	12.1	0.49	3	0.8	散装铵梯	140
3	桥沟	ⅢA	2650	68	2.5	1.6	2.5	9.3	0.82	2.2	0.5	Φ70mm乳化	90
11	桥沟	ⅢA	2500	35	3	2.5	2.5	9.4	0.59	2.3	0.6	散装铵梯	90
15	桥沟	ⅢA	4200	30	3.4	3	3.2	13.9	0.73	2	0.6	散装铵梯	105
1	桥沟	ⅢB	3200	44	音乐什么时候传入中国3	2.5	2.1	10.1	0.45	2.53	0.5	Φ70mm乳化	90
6	桥沟	ⅢB	6449	17	5.2	4.2	4.5	17.3	0.54	3.5	0.8	散装铵梯	140
8	桥沟	ⅢB	14010	37	5.2	4.2	4.5	17.7	0.57	3.49	0.8	散装铵梯	140
10	溢洪道	ⅢB	3500	15	5	3.5	3.5	14.1	0.55	3.8	0.8	混装车乳化	115
16	溢洪道	ⅢB	1960	21	4	3.5	3	6.7	0.52	3	0.6	混装车乳化	105
17	溢洪道	ⅢB	5832	41	4	3	2.5	10.8	0.58	2.5	0.6	混装车乳化	105

表－3 筛分成果简要统计表

人机交互论文

序号	位置	填筑料	组数	电力安全性评价 d60(mm)	d10(mm)	Cu	Cc	P5(%)	Rxy	Xc	n	备注
7	公山包	ⅢA	1	90	10.5	8.57	1.3	6.1	0.9975	110.8	0.86
9	公山包	ⅢA	2	85	11	7.73	1.24	6.46	0.9945	107.2	0.82
14	公山包	ⅢA	4	80	5	16	1.96	9.95	0.9983	97.9	0.76	典型
2	公山包	ⅢB	3	150	14	10.71	1.05	5.67	0.996	191.4	0.73	典型
5	公山包	ⅢB	4	240	24	10	1.11	2.51	0.9944	273.7	0.82
4	庙包	ⅢD								精弘论坛
12	庙包	ⅢD
13	庙包	ⅢD	3	340	24	14.17	1.11	3.63	0.9903	450.2	0.69	典型
3	桥沟	ⅢA	5	140	11	12.73	0.84	4.25	0.9983	139.5	0.89
11	桥沟	ⅢA	2	90	8.2	10.98	1.96	6.95	0.9898	111.7	0.78
15	桥沟	ⅢA	2	60	3.2	18.75	2.19	13.64	0.9983	63.7	0.76	典型
1	桥沟	ⅢB	2	210	24	8.75	1	1.67	0.9926	219.5	0.97
6	桥沟	ⅢB	2	150	7.3	20.55	0.88	6.35	0.9963	134.7	0.79
8	桥沟	ⅢB	5	190	20	9.5	1.04	4.6	0.9966	208.9	0.78	典型
10	溢洪道	ⅢB	2	130	17	7.65	1.18	3.99	0.9967	178.9	0.85
16	溢洪道	ⅢB
17	溢洪道	ⅢB	1	110	16	6.88	1.15	6.88	0.9969	161.2	0.86	典型

2. 爆破试验成果分析

2.1. 和材、钻孔设备

爆破试验采用了多种类型和规格的作为主爆进行。Φ70mm、Φ80mm柱状2号岩石：炮孔利用率较低，不能耦合装药。现场混装（爆速为4000m/s）：安全性好，抗水性好，耦合装药炮孔利用率高。4号岩石粉状铵梯油：爆破威力较大，人工装药方便快捷，耦合装药炮孔利用率高，爆破效果较好。但是其防水性能差，不能在雨天和水孔中装药。

电起爆网络价格便宜，操作简便，但起爆规模不能太大；普通导爆管起爆网络安全性好，操作方便，起爆规模不受网络本身的限制；高精度导爆管＋起爆弹起爆网络是一种新型的起爆网络，其延期误差可控制在1ms，其网路接线原理简洁，特别适合于大规模、孔数多的爆破施工。

采用的钻孔设备钻孔直径90～150mm。从钻爆效率来看，在料场采用较大的钻孔直径140～150mm是合适的。对溢洪道及庙包的建筑物开挖区域，采用90～115mm可以减少振动破坏。

2.2. 爆破方式、规模

爆破试验全部采用毫秒微差爆破，包括排间和孔间两种方式。起爆顺序采用了“V”型起爆、斜排起爆、直线起爆方式。还试验了前排压渣和不压渣的爆破方式。“V”型起爆、斜排起爆、直线起爆方式均可以成功起爆，爆堆集中，差别不大。压渣爆破由于限制了岩体的抛掷和碰撞破碎，产生较多的表面大块，而内部因能量被限制而产生较多的破碎。

ⅢB料爆破应具有适当大的规模，建议7,000～14,000m3。但每次爆破孔数不宜超过50孔，否则增加爆破网络连网困难。对于爆破振动严格限制的区域，则应论证后确定爆破规模。ⅢA料爆破规模宜为5,000～10,000m3。

2.3. 装药结构、单耗

试验采用了不耦合装药、耦合装药方式，连续和间隔装药方式。耦合装药方式效果明显优于不耦合装药方式，同样的单耗，耦合装药方式产生的特征粒径小，均匀系数小，与包络线更符合。从试验中对比来看间隔装药对特征粒径和均匀系数的影响不是很大，但间隔装药操作困难，炮孔利用率低。

开采爆破的单位耗药量是爆破的最重要的参数，从试验可以看出单耗的大小对爆破料的特征粒径、均匀系数影响最大，同时也对超径石的产生、爆破安全有重要的影响。以下的单耗标准分析认为是可以基本上满足设计的包络线要求。公山包料场（混装车）ⅢA料 0.90kg/m3、ⅢB料0.65kg/m3；桥沟料场（散装铵梯油）ⅢA料0.78kg/m3、ⅢB料0.60kg/m3；溢洪道（混装车）ⅢB料0.60kg/m3；庙包（散装铵梯油）ⅢD料0.46kg/m3。

2.4. 孔网布置

爆破试验采用了矩形布孔和梅花形布孔两种布孔方式。实际试验密集系数（孔距/排距）为1.01～1.96。从试验结果分析，布孔方式对爆破效果的影响不大。为了药量分布的均匀性和起爆顺序起爆网络的灵活性，建议的密集系数应为1.1～1.3。试验的孔斜从75～90度，从实际钻孔和爆破效果看，垂直孔便于控制，效果较好。

前排抵抗线的大小对爆破效果的影响很大，也是保证爆破安全的重要因素之一。爆破试验采用的抵抗线为2.1～5m。合理的前排抵抗线一般与装药直径成正比，试验取30倍装药直

径。不论爆破的单耗、孔排距大小如何，前排抵抗线基本上不应改变，以保证爆破的安全。

2.5. 梯段高度、超钻和堵塞

本次爆破试验的实际梯段高度为6.7～17.7m。试验表明合适的较高的梯段高度对爆破效果和延米爆破量都产生较好的影响。但是梯段的高度受钻孔精度、孔排距、及起爆材料的限制。公山包和桥沟料场ⅢB料合适的梯段高度为15～18m，ⅢA料为10～15m，溢洪道ⅢB料为10～15m，ⅢD料如在料场开采可更高至20m。超钻一般按抵抗线的0.15～0.35倍控制，一般为0.5～0.8m。

炮孔堵塞一般采用黄泥和钻孔渣料封堵，试验中还进行了一次（7号试验）速凝混凝土封堵试验。试验采用的堵塞长度为2.0～4.4m，一般为药卷直径的25倍。为了减少超径石，应在安全的条件下尽量减少堵塞长度。堵塞长度大于2m的部分可采用小直径的破碎药包延长，以增加表层的破碎。

3. 主堆石料（ⅢB）

公山包料场进行了2次试验，第一次爆破筛分情况较好，基本上处于设计包络线内。本次爆破料被用作碾压试验，结果是可以满足设计的干容重和渗透系数要求。

桥沟料场进行了3次试验，第一次采用的是直径70mm不耦合装药，爆破产生的细颗粒含量不足。后面两次采用耦合装药，筛分情况较好。

溢洪道进行了3次试验，第1次和第3次试验筛分情况较好。第1次爆破料被用作碾压试验，结果是干容重不能满足设计要求，主要是曲线较陡，均匀系数偏大。

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