高塘水电站坝料控制分析论文

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1工程概况

高塘水电站位于广东省西北部怀集县洽水镇白水林场境内的白水河上。电站坝址以上集雨面积为170平方公里，多年平均流量为6.51立米/秒，总装机容量3.6万千瓦。电站为引水式电站，以发电为主，结合防洪、灌溉的水利枢纽，整个枢纽由蓄水大坝、溢洪道、引水遂洞、发电厂房、110KV升压站组成，其中大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高为110.7m,坝顶长为288.3m，坝体石料填筑总量为191.8万m3,是广东省已建、在建坝体最高的堆石坝工程。

坝体填筑料采用离坝址约1公里的千里坑料场的花岗岩爆破料，其中过渡料4.9万m3,主堆石料96.4万m3，次堆石料74万m3，各填筑区所需料质的设计要求如表1。

表1坝体填筑料技术参数设计要求

项目

填筑方量

(万m3)

最大粒径

(mm)

压实后干容重

（g/cm3）

不均匀系数

（cu）

岩质要求

过渡区

4.9

300

≥2.15

＞15

新鲜、微风化花岗岩

主堆石区

96.4

600

≥2.10

＞10

新鲜、微风化和小量分散弱风化

次堆石区

84.0

800

≥2.10

＞10

新鲜、微风化和部分弱风化

2料场的位置和地质条件

千里坑料场位于坝址下游河谷左岸，至坝址的直线距离接近一千米，为典型的河谷地貌。料场表层覆盖层为1～2米，且局部岩石裸露。料场沿河谷分布，利用长度300m，高程在510m～340m之间，储量在200万m3以上。料场岩石主要为燕山期灰白色细粒花岗岩和灰白、肉红色中粒花岗岩，岩性单一，地质构造简单。场区内分布有F102和F165两条断层，且规模不大，充填较好，对坝料开采爆破、坝料质量及坝坡稳定影响不大。岩石分布的四组主要节理相互形成自然切割，有助于爆破破碎。岩石的物理力学性质，由现场开挖断面及平洞内取样进行室内试验的结果表明：岩石的比重为2.64～2.65,密度为2.51～2.64g/cm3,孔隙率3.03～4.92％,饱和吸水率0.2～1.01％;新鲜岩石的抗压强度在123.2～178.1Mpa之间，岩石的普氏硬度系数f值平均在15左右，属坚硬难爆岩石。

3爆破的钻孔机具和火工材料

坝料爆破所用的钻孔设备为美国B-E公司生产的BE45R型牙轮钻机，其钻孔直径为170～270mm,现用的钻头直径为250mm。牙轮钻机适合大规模的石料和矿岩爆破开采施工，是国内矿山系统采用较多的深孔梯段爆破的钻孔设备之一；其主要优点是钻孔效率高、钻孔孔壁光滑，钻孔效率平均为2300m/月·台，月完成岩石开采爆破方量最高达12万m3/台，能满足大坝填筑施工用料高峰的要求。

炸药采用湖南南岭化工厂生产的乳化铵油炸药，药卷尺寸为Ф190×400mm，药卷密度为1.05～1.25g/cm3,炸药猛度16～19mm,爆力301mL，临界直径12mm；起爆器材选用湖南湘南爆破器材厂生产的非电毫秒雷管。

4控制爆破参数的设计和爆破试验

使用大孔径钻孔开采面板堆石坝料在国内、国外较为少见，为了使爆渣的颗粒组成位于设计包络线的上限，碾压后的各项技术参数满足堆石料的设计要求，必需在总结以往类似工程爆破经验的基础上，作好理论计算工作，并专门进行了现场爆破试验，以确定最佳的爆破参数。

4.1控制爆破参数的设计。

爆破参数的正确选择是爆破取得成功的关健因素，在钻孔直径Ф250mm和梯段高度H=15m已确定的条件下，对爆破效果影响最大的是底盘抵抗线和单耗药量的正确选取。根据国内外大孔径钻孔爆破的常用理论及经验公式可求得千里坑料场岩石条件下适于Ф250mm钻孔直径常规爆破的底盘抵抗线值W=（5.1～8.7）m；根据面板坝对爆破石料最大料径和级配组成的不同要求，可由B.M库兹涅佐夫关于介质炸药爆炸应力决定块度平均尺寸的半理论半经验公式：

式中：X—爆渣的平均尺寸，cm;

Q—炸药重量，kg;

V0—爆破岩石的体积，m3;

A—与岩石坚固系数的相关系数。

和拉桑公式：

式中：Y80—破碎的爆岩有80％通过的筛孔尺寸，m；

B—底盘抵抗线，m；

S—孔网面积，m2；

q—单耗药量，kg/m3；

B—岩石系数,kg/m3。

经过试算，可分别确定主、次堆石料和过渡料的孔网参数和炸药单耗。同时根据地质条件和以往爆破经验，控制底盘抵抗线与炸药药卷直径之比在20～30之间，而各孔的装药长度不小于两倍的底盘抵抗线，以充分体现深孔梯段的特点。其余参数则根据已定抵抗线尺寸来确定，超钻深取（0.2～0.3）W,堵塞长度取（0.8～1.0）W,而孔间距取（1.2～1.3）W。

根据以上计算，确定爆破试验的参数如表2。

表2爆破试验爆破参数设计表

项目

抵抗线

（m）

孔距

（m）

孔深

（m）

堵塞长度

（m）

孔数

（孔）

排数

（排）

总装药量

（kg）

爆破总方量

(m3)

单耗药量(kg/m3)

过渡料

4.60

5.87

15.0

5.48

13

3

4596

5875

0.78

主堆石料

5.74

6.47

15.0

5.90

9

3

3612

6063

0.60

次堆石料

6.30

7.30

15.0

5.50

10

3

3396

5761

0.59

4.2爆破试验和颗粒组成。

现场爆破试验工作在完成台阶整理、机具调试、器材测试检验的基础上于1997年9月上旬开始上钻打孔，按计划先后进行了次堆石料、过渡料、主堆石料三场试验。第一场的次堆石料爆破试验，受地形限制只能布置两排孔，且爆破作用方向也只能向河床方向，为了减少爆碴大量落入河床，起爆采用“V”型起爆方式；第二场过渡料爆破试验，爆破作用方向调整为顺山坡方向，起爆采用排间毫秒延时，“一”字型起爆方式；第三场主堆石料爆破试验受F102断层分支切入的影响，岩石较破碎，其爆破作用方向和起爆方式同第二场。

三场爆破试验，爆破后石碴都比较集中，最大抛散范围为台阶高度的3～4倍，由于集碴场地狭窄，三场爆破试验均有少量爆碴滚落到下河槽。爆破后在挖碴运输到碾压场的同时，每场都随机选取30m3的爆碴专门进行了颗料分析试验。三场爆破试验爆碴的筛分总重量为183.3吨,其中过渡料筛分量为63.1吨,主堆石料筛分量为57.6吨，次堆石料筛分量为62.6吨，颗分成果对各场爆破试验料级配组成具有较好的代表性。三场爆破试验的颗分成果如图1、2、3所示。

结合同期进行的碾压试验颗粒分析成果曲线，可以看出，过渡料、次堆料的爆碴级配曲线在设计级配的左侧，说明爆碴各级粒径均较设计要求的偏粗，而经碾压后的级配曲线又落在设计级配曲线的右侧，说明爆破石碴经挖装、铺场、碾压后有较明显的二次破碎现象，而使各项粒径较设计值略偏一点。主堆石料的爆后石碴的级配曲线和碾压后的级配曲线均落在设计要求的级配曲线附近，其中间段基本重合。由此可见，过渡料、主堆料、次堆料的爆破粒径具有良好的级配组成和压实效果，符合设计要求。通过相应碾压试验得知，干容重和空隙率等技术指标均能达到设计标准，具体见表3。

表3碾压试验成果表

项目

碾压遍数

加水量

(％)

沉降率

(％)

干容重

(g/cm3)

孔隙率

(％)

不均匀系数

cu

备注

过渡料

6

10

8.55

2.18

17.60

＞15

石料铺厚40cm，用10t振动碾碾压。

8

10

8.73

2.20

16.80

＞15

主堆料

6

10

10.40

2.15

17.80

＞10

石料铺厚80cm，用18t振动碾碾压。

8

10

11.00

2.17

17.42

＞10

次堆料

6

10

6.38

2.09

21.00

＞10

石料铺厚120cm，用18t振动碾碾压。

8

10

8.42

2.14

19.11

＞10

在以后大规模生产坝料对爆破效果的观察，超径大径颗粒较一般Ф100mm孔径的深孔梯段爆破相比明显偏多，在生产实践中，通过控制线装药密度，减少不必要堵塞段长度等途径可以达到较佳的效果。在坝料填筑过程中，大量的挖坑取样试验进一步证实了Ф250mm大孔径钻孔开采坝料在高塘水电站大坝工程中取得了成功，其碾压后的颗粒级配、干容重、孔隙率等技术指标均能满足设计要求。

5结语

5.1从爆破试验、碾压试验和坝体填筑大量的挖坑取样试验成果可知，三种筑坝石料都呈现颗粒级配连续、不均匀系数Cu＞10(过渡料的Cu＞15)的特点，小于5mm的细颗粒占10％左右，有利于振动碾压压实，可见爆破所选用的钻爆参数是合理可行的，可供有关工程作参考。

5.2使用大孔径Ф250mm钻孔进行深孔梯段爆破开采坝料容易出现较多的超径块石，应严格控制线装药密度在30～40kg/m之间，尽量缩短堵塞段长度。对料场的超径块石要进行二次分解，禁止不合格的坝料上坝填筑。

5.3在坝料开采爆破中，为增加级配料中的中粗颗粒含量，可考虑适当增加钻孔间距，所选用的底盘抵抗线值不宜作较大的变动。