一种多层结构岩体坝基开挖松弛处理方法与流程

本发明属于复杂岩体爆破开挖技术领域，具体的说是一种多层结构岩体坝基开挖松弛处理方法。

背景技术：

工程爆破作为一种高效、经济的施工技术，被广泛运用于水利、矿山、交通工程的建设中，尤其在隧洞、边坡、坝基等岩体爆破开挖过程中发挥重要作用。

岩体爆破开挖过程中，由于爆炸荷载的作用，在完成岩石爆破破碎的同时，不可避免地对保留岩体产生动力损伤。同时，复杂岩体，尤其是多层结构岩体，也会加剧这一影响；施工过程中的预处理措施、爆破开挖方式和装药联网参数等都会对多层结构岩体开挖松弛和损伤程度具有重要影响。国内外水利水电工程中多层结构发育岩体偶有遇到，但分布位置未涉及主体建筑物，因此对其卸荷松弛影响进行系统研究的甚少。

传统多层结构岩体坝基开挖技术以保护层分层开挖方法为主，工序繁琐，施工效率低，未能高效控制开挖松弛的产生与发展；同时传统多层结构岩体开挖方式缺少对保留岩体的损伤控制，极易对本身结构面发育丰富的岩体造成不可逆转的影响。

技术实现要素：

针对传统开挖技术上岩体开挖质量难以控制和施工效率低的不足，本发明提供了一种基于结构面预加固、超前固结灌浆、散能爆破和孔底起爆方式优选的坝基开挖松弛处理技术。相较于传统的保护层分层开挖方法，该方法不需要采用分三层开挖，减小了施工干扰，提高了施工进度，缩短了施工工期；同时有效控制多层结构岩体的开挖松弛和损伤控制难题。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种多层结构岩体坝基开挖松弛处理方法，它包括如下步骤：

step1：开挖至保护层顶面：自上而下，分层梯段开挖至预留保护层的保护层顶面高程处；

step2：对结构面进行预加固：根据勘测资料判断坝基保留岩体内部结构面发育情况，判断其是否存在长、大结构面，利用锚杆对预留保护层下方的坝基保留岩体进行超前锚固；

step3：对坝基保留岩体进行超前固结灌浆：在锚杆预加固完成后，针对预留保护层下方的坝基保留岩体进行超前固结灌浆；

step4：预留保护层爆破开挖：灌浆加固完成后，在预留保护层上钻设垂直爆破孔，并在垂直爆破孔的炮孔底部设置缓冲结构，进行散能爆破；

step5：采用精细化爆破孔参数、装药联网参数，并选择孔底起爆方式。

所述step2中锚杆超前锚固的具体方法为，将锚杆垂直于结构面布置，并使锚杆贯穿预留保护层和坝基保留岩体之间的结构面；同时使锚杆的顶端与建基面开挖轮廓线保持一致；

所述step2中锚杆预留在预留保护层内部的锚孔为空孔，并对锚杆顶部与坝基保留岩体接触顶端采用锚杆加固段进行加固处理；仅对坝基保留岩体深度内进行超前锚固。

所述step3在超前固结灌浆的具体方法为，越过预留保护层，对坝基保留岩体进行灌浆加固，灌浆所采用的浆液选用玄武岩纤维砂浆混凝土，并以分排分序加密的原则进行灌浆加固。

所述step4中散能爆破是在炮孔底部设置缓冲结构的爆破方法，所述缓冲结构包括上部的柱体混凝土结构与下部的砂石软垫层两部分；所述柱体混凝土结构的厚度采用a，所述砂石软垫层的厚度采用b；所述缓冲结构设置在建基面高程以下。

所述柱体混凝土结构采用铁砂与混凝土拌制成垫块结构；所述砂石软垫层采用砂石混合物制成，并设置在垂直钻爆孔的孔底。

所述a的取值为8-12cm，所述b的取值为8-12cm。

所述step5中孔底起爆方式具体为，将起爆雷管布置在装药段的底部，并将起爆雷管和多节装药段装设在垂直钻爆孔的内部，在最顶层的装药段顶部设置堵塞段，并将起爆雷管与外接的导爆索相连。

所述step1中预留保护层的厚度取3~5m。

本发明有如下有益效果：

1、本发明从传统多层结构岩体坝基开挖方法出发，结合结构面预加固、超前固结灌浆、散能爆破和孔底起爆方式对多层结构岩体进行加固与保护，以达到控制多层结构岩体开挖松弛和减少损伤的目的，并有效改善多层结构岩基爆破开挖成型效果，提高施工效率。

2、本发明避免了传统保护层分层开挖的施工干扰，提高了施工进度，缩短了施工工期；利用玄武岩纤维砂浆混凝土灌浆加固，提高了多层结构岩体完整性，能够减弱爆破扰动的影响，同时炮孔底部设置缓冲结构，有效控制多层结构岩体松弛和损伤，保证开挖成型质量。

3、本发明采用孔底起爆方式，即将雷管布置在装药底部位置，诱使底部装药段最先起爆，逐步向上方引爆，引导爆炸冲击波向上传播，避免了爆炸冲击波对孔底的冲击，减弱对底部保留岩体的损伤。

4、通过采用缓冲结构，其包括上部的柱体混凝土结构与下部砂石软垫层两部分。柱状混凝土结构以铁砂和混凝土拌制而成，能够有效反射向下的爆炸冲击波，减弱对孔底的损伤影响；下部的砂石软垫层旨在对爆炸冲击波的向下冲击作用起到缓冲效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1本发明施工工艺流程图。

图2本发明超前固结灌浆施工示意图。

图3本发明结构面预加固局部示意图。

图4本发明装药结构示意图。

图中：结构面1、保护层顶面2、预留保护层3、超前固结灌浆孔4、建基面开挖轮廓线5、第一岩层界线6、横缝7、第二岩层界线8、坝基保留岩体9、锚杆加固段10、锚杆11、空孔12、堵塞段13、导爆索14、垂直钻爆孔15、装药段16、起爆雷管17、柱体混凝土结构18、砂石软垫层19、建基面高程20。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-4，一种多层结构岩体坝基开挖松弛处理方法，包括以下步骤：

step1：开挖至保护层顶面2：自上而下，分层梯段开挖至预留保护层3的保护层顶面2高程处，其中预留保护层3的厚度取3~5m；

step2：对结构面1进行预加固：根据勘测资料判断坝基保留岩体9内部结构面发育情况，判断其是否存在长、大结构面，并利用锚杆11对预留保护层3下方的坝基保留岩体9进行超前锚固；

step3：对坝基保留岩体9进行超前固结灌浆：在锚杆11预加固完成后，针对预留保护层3下方的坝基保留岩体9进行超前固结灌浆；

step4：预留保护层3爆破开挖：灌浆加固完成后，在预留保护层3上钻设垂直爆破孔15，并在垂直爆破孔15的炮孔底部设置缓冲结构，进行散能爆破；

step5：采用精细化爆破孔参数、装药联网参数，并选择孔底起爆方式。

进一步的，所述step2中锚杆超前锚固的具体方法为，将锚杆11垂直于结构面1布置，并使锚杆11贯穿预留保护层3和坝基保留岩体9之间的结构面1；同时使锚杆11的顶端与建基面开挖轮廓线5保持一致；通过锚杆超前锚固能够坝基保留岩体9进行预加固，进而有效的防止了后续对预留保护层3开挖钻爆过程中对其产生的冲击影响，有效控制多层结构岩体的开挖松弛和损伤控制。

进一步的，所述step2中锚杆11预留在预留保护层3内部的锚孔为空孔12，并对锚杆11顶部与坝基保留岩体9接触顶端采用锚杆加固段10进行加固处理；仅对坝基保留岩体9深度内进行超前锚固。通过采用设置空孔12能够方便后续对预留保护层3的开挖。

进一步的，所述step3在超前固结灌浆的具体方法为，越过预留保护层3，重点对坝基保留岩体9进行灌浆加固，其中所采用的浆液选用玄武岩纤维砂浆混凝土，并以分排分序加密的原则进行灌浆加固。通过前固结灌浆重点对坝基保留岩体的灌浆加固方式；浆液选用玄武岩纤维砂浆混凝土，具备增加韧性、防止开裂，提高耐久性的特点，可以有效改善多层结构岩体的爆破开挖质量，提高整体性。具体灌浆方法需根据实际施工情况选择。

进一步的，所述step4中散能爆破是在炮孔底部设置缓冲结构的爆破方法，所述缓冲结构包括上部的柱体混凝土结构18与下部的砂石软垫层19两部分；所述柱体混凝土结构18的厚度采用a，所述砂石软垫层19的厚度采用b；所述缓冲结构设置在建基面高程20以下。所述柱体混凝土结构18采用铁砂与混凝土拌制成垫块结构；所述砂石软垫层19采用砂石混合物制成，并设置在垂直钻爆孔15的孔底。柱状混凝土结构以铁砂和混凝土拌制而成，能够有效反射向下的爆炸冲击波，减弱对孔底的损伤影响；下部的砂石软垫层旨在对爆炸冲击波的向下冲击作用起到缓冲效果。

进一步的，所述a的取值为8-12cm，所述b的取值为8-12cm。通过采用上述的取值能够保证了最佳的缓冲效果。

进一步的，所述a的取值为10cm，所述b的取值为10cm。

进一步的，所述step5中孔底起爆方式具体为，将起爆雷管17布置在装药段16的底部，并将起爆雷管17和多节装药段16装设在垂直钻爆孔15的内部，在最顶层的装药段16顶部设置堵塞段13，并将起爆雷管17与外接的导爆索14相连。通过采用上述的起爆方式，起爆过程中，诱使底部装药段最先起爆，逐步向上方引爆，引导爆炸冲击波向上传播，避免了爆炸冲击波对孔底的冲击，减弱对保留岩体的损伤影响。

实施例2：

某水利水电工程坝基开挖采用上述一种多层结构岩体坝基开挖松弛处理方法进行开挖。自上往下，岩层共4层，预留保护层3为柱状节理玄武岩，往下依次分布有角砾熔岩、柱状节理玄武岩、斜斑玄武岩。根据坝基开挖技术要求，采用预留一层保护层爆破开挖方式，保护层厚度为5m；对已存结构面1进行预加固处理，锚杆垂直结构面，拟定爆除的预留保护层内为空孔，锚杆仅对建基面保留岩体进行加固。锚固完成后，采用玄武岩纤维砂浆混凝土进行超前固结灌浆，以分排分序加密的原则进行；待灌浆完成且质量合格后，依据爆破设计钻设爆破孔，间排距1.2m×1.2m，孔深5.2m，孔径76mm；于炮孔底部20cm深度内设置特殊缓冲结构，即上部的柱体混凝土结构与下部砂石软垫层两部分，各10cm高度；装药联网，起爆雷管布置于孔底装药段，确认现场安全后，起爆。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。