5.1　库盆开挖工程

上水库库盆采用开挖、筑坝成库，坝顶高程为1943.00m，库线交角采用圆弧过渡，东北、东南角库顶圆弧半径为150.0m，西北、西南角库顶圆弧半径为170.0m，库盆环库顶轴线全长1818.37m，库/坝顶宽度为10.0m/9.2m。库盆西南角（右坝肩）825m和库盆东南角（左坝肩）441.37m范围库岸为半挖半填段，堆石坝轴线长1266.37m，堆石坝轴线以外库盆环库顶轴线范围为全挖段，全挖段轴线长度为552.0m。库底高程为1900.00m，库内侧坡比为1∶1.75，库坡与库底以半径30.0m的圆弧过渡。上水库工程平面布置图如图5.1.1所示。

5.1.1　库盆开挖爆破试验

（1）库盆开挖爆破试验的目的。

通过爆破试验，取得呼和浩特抽水蓄能电站上水库梯段爆破的各种参数，用于指导呼和浩特抽水蓄能电站上水库开挖的爆破施工，确保边坡开挖施工质量符合规范要求。

（2）爆破试验检测内容。

1）根据不同岩性和区域的条件分阶段分区进行，确定不同岩性的爆破参数。

2）混凝土浇筑部位和建筑物附近爆区范围内爆破振动衰减规律的现场爆破试验，监测人员（质点振动监测仪已按规定调试放置好）同意后进行。

3）爆破地基震动衰减规律公式中K、α值。

（3）爆破试验工艺流程。

爆破试验的施工程序为：试验项目、地点、规模确定→爆破设计参数确定→爆破实施方案确定→测量放样→钻孔→验孔→装药操作→爆破→检查、监测数据收集整理分析→爆渣清理→爆破效果检查→爆破参数的校正、优化→下一组试验。

（4）爆破试验参数设计。

1）爆破参数设计。试验爆破梯段高度为10.0m，爆破试验参数根据开挖区的地质情况，开挖土、石料的分类以及不同钻孔孔径、布孔方式对爆破参数进行调整，采取爆破参数为：工程部位2号山梁高程为1954.00m，普通梯段爆破，乳化炸药；钻孔直径为115mm、138mm，孔深4.0～17.0m，孔距4.0～7.0m，排距3.0～4.5m；装药直径为115mm、138mm，线装药密度为10.5kg/m、15.0kg/m，堵塞长度为2.0m、3.0m，最大单响药量不大于500kg。并根据检测结果及时分析研究，进行参数优化。

2）装药结构设计。梯段孔装药结构为连续装药，装药结构如图5.1.2所示。

（5）爆破孔钻孔。

梯段孔采用ϕ115、ϕ138的CM351高风压钻机钻孔。钻孔控制要求：孔位偏差不大于5%孔距（或排距），倾角与方向偏差不大于±2.5%孔深（“+”为超，“-”为欠），终孔高程偏差0～20cm，孔距5m、误差在10cm以内，排距3m、误差在10cm以内，前排抵抗线3m、误差在10cm以内。

每个爆破孔钻孔完毕后，再进行孔深的检查。在所有钻孔钻进过程中，进行孔的方向和倾角的检查；在所有的钻孔工作完毕后，进行孔网参数、孔深、孔的方位角和倾角的检查。所有的钻孔的参数误差控制在上述的范围内，否则作为废孔处理，重新进行钻孔或扫孔。

（6）梯段爆破参数试验。

1）爆破效果要求。经过爆破震动监测八次爆破试验，得出适宜的爆破参数，并对此爆破参数进行实验。在2号山梁选取试验区，此试验区岩石整体性好，风化程度较轻，临空面整齐平直，岩石岩性好，可作为碾压试验料。要求爆破后炮堆稳定、块度均匀、级配连续，大块率低，根底少、底板平整。块度大小方便运输并满足碾压试验的块度级配要求。

2）爆破参数。工程部位2号山梁高程为1954.00m，普通梯段爆破，乳化炸药。钻孔个数为20个，钻孔直径115mm，孔深11.5m，孔距5.0m，排距3.0m。装药直径115mm，线装药密度为10.5kg/m，堵塞长度为2.0m，最大单响药量300kg，总装药量1195kg。

3）梯段爆破参数试验。经爆破震动监测八次爆破试验，并综合以往工程的施工经验，开始试验区布孔，孔距5m，排距3m，孔径115mm，总共布孔20个，共3排，前排和后排每排7个，中间一排6个，临空面不大于3m，临空面基本平齐，台阶高度设定10m，超深1.0m。

爆破后经现场实地检查，上坝爆破料炮堆稳定、块度均匀、级配连续，大块率低，根底少、底板平整，所炸出的石料满足碾压试验的块度级配要求。爆破总体效果满足工程要求。现场试验室在爆破区现场提取爆破料，进行了爆破料颗分试验，试验结果表明爆破料各项力学和试验指标均满足上坝料要求。

综合爆破试验参数及以往工程施工经验，在上水库工程库盆开挖爆破施工中，为保证上坝料的开采利用，分层对库盆开挖进行梯段爆破，以免表层风化层废料及覆盖层土方对下层有用料造成污染。首先对库盆表层的覆盖层进行剥离，开采渣料弃至2号渣场弃料区，做无用料处理。

对库盆表层风化层进行梯段剥离施工方法，钻孔采用138mm孔径，3～5m的孔深，设计单耗为0.4kg/m3，线装药密度为15kg/m，孔距为4.8m，排距为3.9m，堵塞2.5m。

将表面风化层和覆盖层土方剥离完毕后，再进行梯段爆破，以得到适宜上坝回填的石料。爆破设计参数采用：梯段台阶高度为10m，钻孔采用115mm孔径，设计单耗0.45kg/m3，线装药密度为10.4kg/m，堵塞2.5m，孔距为5m，排距为4m。

5.1.2　库盆开挖爆破震动监测试验

根据现场条件，距上水库爆破开挖部位200多米处有内蒙古广播电影电视局706发射台、上水库专用气象站等已有建筑物。为分析上水库区开挖爆破对上述已有建筑物的影响，需进行爆破及震动监测试验，确定场地爆破震动衰减规律，分析确保邻近建筑物安全的爆破参数，并根据监测结果优化爆破施工和设计方案。为此，对开挖初期不同位置、药量的八次爆破进行了震动监测，并基于震动监测结果及地质资料对震动控制参数进行了分析。

（1）震动控制标准。

中华人民共和国国家标准《爆破安全规程》（GB 6722—2003）及《水利水电工程爆破施工技术规范》（DL/T 5389—2007）中没有明确针对发射台、气象台的震动安全控制标准，参照“水电站及发电厂中心控制室设备”的震动控制标准，取被保护建筑物地质点震动速度不大于0.5cm/s。

（2）监测系统及监测内容。

内蒙古广播电影电视局706发射台、上水库专用气象站处采用海量数字记录系统，由891-Ⅱ型速度传感器、WS-USB数据采样仪、VIB SYS分析系统构成；其余测点采用智能自记仪系统，由891-Ⅱ型速度传感器、UBOX智能监测仪、BM View分析系统构成。

监测工作的主要内容包括：在爆源区和被保护建筑物之间布设震动测点，对爆破震动进行监测；将监测结果及时反馈给施工、设计方，为调整和优化爆破设计参数提供依据；根据震动监测结果，确定适合场区的爆破震动衰减规律及合理的爆破参数，为正式施工提供设计依据。

（3）震动监测试验结果及分析。

结合现场实际情况，在爆破试验期间，在爆源区和内蒙古广播电影电视局706发射台、上水库专用气象站之间布设5个监测点，每个测点布设垂直向、水平径向两个方向速度传感器。各测点的传感器布置在基础面上（采用生石膏黏结），并做好测点警示标志及防护，确保测点安全有效。根据爆破位置布设监测点并检查测试系统，确保测试系统工作正常后通知爆破施工方；爆破施工方准备完毕后，起爆前开始进行监测；爆破结束后对监测数据进行分析处理，将监测结果及时反馈给爆破设计、施工方。监测结果包括整个爆破施工过程中爆破参数、爆源距、各测点实测速度峰值和频率范围，并根据监测结果进行场地的爆破震动速度衰减规律分析。各次爆破的爆破位置、参数及各测点的震动监测结果见表5.1.1。

根据振动监测结果及爆破参数，回归得出一般场地条件下的垂直向和水平向振动速度衰减公式：

式中：Q为最大段起爆药量，kg；R为爆心至被保护对象的距离，m；K垂直=160.10；α垂直=1.6372；K水平=69.41；α水平=1.3733。

根据现场的地形地貌及地质条件，开挖深度增加，岩体完整程度变好，同时山沟的减振效应减弱，场区的爆破震动会有一定程度的增加。因此，在后期施工过程中，取震动控制标准的0.7倍（即0.35cm/s）作为爆破设计的依据。

通过现场量测和对地质资料的分析，在1号山梁及闸门井平台爆破时，爆源位置与气象台连线的方向与爆源区节理密集带的走向一致，此种地质条件对震动具有决定性的影响。根据振动监测结果及爆破参数回归得出受地质条件影响下的场地垂直向和水平向振动速度衰减公式：

式中：Q为最大段起爆药量，kg；R为爆心至被保护对象的距离，m；K垂直=149.45；α垂直=1.5443；K水平=36.219；α水平=1.0273。

根据现场的地形地貌及地质条件：开挖深度增加，岩体完整程度增加，场区的振动会略有增加。在后期施工过程中，取震动控制标准的0.9倍（即0.45cm/s）作为控制爆破震动及进行爆破设计的依据。通过爆破震动监测试验分析，不同爆源距爆破的最大单响药量计算结果见表5.1.2。

5.1.3　库盆开挖及支护处理

（1）库盆开挖。

上水库库盆工程包括库盆和环库路工程。库盆场地清理范围为开挖边线或填筑坡脚线外侧至少5m的距离。

土方开挖主要采用1.0～2.0m3反铲配合20t自卸车出渣的分层开挖。冬季冻土采用CM351钻机钻梯段孔爆破施工方法。石方开挖分为9～12m一层，采用自上而下CM351钻机钻孔梯段爆破，边坡采用YQ100B型潜孔钻机钻孔预裂爆破，底板预留2.0m保护层采取风钻开挖。开挖初期做了专项爆破震动试验共8次，为上水库工程开挖爆破提供了控制爆破参数的科学依据。

库坡岩石边坡和库底超挖要求分别小于30cm和20cm；岸坡基础清理修整不允许有反坡和陡于1∶0.25的陡坎。

库盆、环库路边坡开挖平整度为13～29cm，无欠挖，边坡开挖半孔率为65%～76%，平均超欠挖50～71cm，超挖略大。

（2）库盆支护。

上水库环库公路及闸门井平台以上边坡支护主要有砂浆锚杆、喷射混凝土、锚杆和喷混凝土组合。喷混凝土强度等级为C20，厚10cm。

锚杆钻孔用YTP-28气腿式手风钻，采用“先注浆，后插杆”的方法，砂浆用HJ200砂浆搅拌机（3.0m3/h）现场拌制，UH4.8锚杆注浆机注浆。排水管在喷混凝土前采用手风钻钻孔，插入PVC排水管。在第一层喷混凝土后绑扎钢筋网，再喷第二层混凝土。

库盆边坡喷混凝土厚度平均值为10.8～11.2cm，喷混凝土抗压强度共检测28组，合格率100%。边坡锚杆分别无损检测1125根，拉拔试验检测51根，检测结果合格。

（3）库盆基础地质缺陷处理。

库盆基础开挖完成后发现有较多云母片岩带、断层、裂隙密集带。

对建基面下云母片岩，厚度大于1m的在建基面下挖1.1m后，采用湿喷法先喷0.1m厚C20混凝土，再设1m厚C15F50二级配混凝土塞；厚度不大于1m的云母片岩全部清除后回填加工系统生产的碎石垫层料，分层回填，每层厚30～40cm，小型振动碾碾压。

断层处理按断层宽度不同进行处理，宽度不大于30cm的，挖槽深50cm后回填C15F50二级配素混凝土；宽度大于30cm的，设厚度为1.5倍宽的C15F50二级配混凝土塞。

裂隙密集带一般不予处理，对大量充填泥质、宽度较大、延伸较长的裂隙密集带按断层处理措施处理。

库盆基础处理范围统计：库盆地质缺陷处理喷混凝土有10个部位，置换混凝土有24个部位。

（4）碎石垫层。

碎石垫层分两层填筑，每层填筑厚度为30cm。库底每层松铺33～45cm，推土机摊铺；22t振动碾碾压（激振力33tf），行驶速度为2～3km/h，碾压8遍；斜坡每层松铺33～40cm，由两台D85推土机（一台用于定位）牵引10t拖碾进行斜坡碾压，静压两遍+震碾八遍（最大激震力18tf）+静碾一遍；碾压每轨错距重叠20cm。加水量均为5%。坡面上部约2m采用10t液压震动夯板分层震动夯实。边坡和库底圆弧连接处最大填筑厚度为1.38m，采用水平填筑，每层40cm，填筑完成后，沿弧线方向按照设计边线削除超填部分，进行碾压后人工整平处理。

坡面乳化沥青防护施工采用人工配合沥青洒布车喷洒。

库盆碎石垫层料填筑干密度和空隙率平均值分别为2.27g/cm3和14.4%，分别满足不小于2.20g/cm3和不大于18%的设计要求。岸坡、库底和坝坡垫层料填筑变形模量分别为72.2MPa、74.2MPa、47.9MPa，分别满足变形模量不小于40MPa、不小于60MPa、不小于40MPa的设计要求。