土石方开挖与边坡支护讲解.docx
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土石方开挖与边坡支护讲解
第08章土石方开挖与边坡支护
08.1概况
08.1.1工程概述
C1标土石方开挖主要工程有上水库主坝坝基、下水库均质土坝坝基、下水库库岸与库盆、泄洪闸及下水库出/进水口、下水库环库公路和排水明渠、弃渣场覆盖层等土石方开挖。
上水库主坝为坝高165.00m、坝顶长1113.2m的钢筋混凝土面板坝，下水库在沙河水库左岸的桃园～毛草堂一带全开挖形成库盆，在库盆与沙河水库间修建一座均质土坝隔开，在下水库开挖范围内，原地面高程为25.000m～35.000m，除尾水出口部位最低开挖高程达-20.000m外，其余库底开挖高程均为-2.000m。
本合同土石方开挖工程量巨大，上水库主坝坝基和下水库土石方开挖总量约2332.02万m3，开挖土石方利用料全部用于工程填筑，填筑部位主要集中在上水库主坝、副坝、库底、库岸垫层及下水库均质土坝等。
开挖利用料除用于本合同项目填筑外，部分强风化利用料、弱风化及以下利用料需供应C2标承包人回采或直接上坝利用。
土石方明挖边坡主要支护类型有挂网、喷混凝土、锚杆、预应力锚索等，下库部分开挖边坡采用混凝土网格梁。
地下洞室开挖后的围岩主要采用喷锚支护，不良围岩段用超前小导管、管棚、型钢拱架加强。
本合同土石方开挖主要工程项目和工程量见表08.1-1。
本合同边坡支护及排水孔主要工程项目和工程量见表08.1-2～3。
土方开挖主要工程项目和工程量表表08.1-1
序号
主要工程项目
单位
工程量
备注
一
土方明挖
上水库主坝工程
1
主坝土方开挖
m3
630134
2
下游坝脚排水沟和量水堰土方开挖
m3
2350
上水库主坝坝脚弃渣场排水工程
3
覆盖层开挖
m3
39000
下水库库岸与库盆工程
4
土方开挖
m3
3240000
5
截水沟土方开挖
m3
7417
下水库均质土坝工程
6
土方开挖
m3
47660
下水库泄洪闸工程及启闭机房工程
7
土方开挖
m3
8110
下水库环库公路（含坝顶部分）工程
8
排水明渠土方开挖
m3
3570
下水库初期蓄水管路工程
9
土方开挖
m3
6557
下水库进库公路工程
10
土方开挖
m3
20490
水土保持工程
11
①转料场排水沟土石方开挖
m3
5241
12
①转料场沉沙池土石方开挖
m3
252
明挖土方合计
m3
4010781
二
石方明挖
上水库主坝工程
14
主坝石方开挖
m3
727172
15
排水沟、排水廊道、量水堰石方开挖
m3
2894
上水库主坝基础处理工程
16
断层石方明挖
m3
1575
下水库库岸与库盆工程
17
石方开挖
m3
18200000
18
断层石方开挖
m3
43400
下库出/进水口工程
石方明挖
m3
276570
下水库泄洪闸工程及启闭机房工程
19
石方开挖
m3
10900
下水库环库公路（含坝顶部分）工程
20
排水明渠石方开挖
m3
8330
下水库进库公路工程
21
石方开挖
m3
14850
水土保持工程
22
弃渣场区挡渣墙土石方开挖
m3
211
23
弃渣场区网格梁护坡土石方开挖
m3
11487
24
弃渣场区周边排水沟土石方开挖
m3
4124
25
弃渣场区马道排水沟土石方开挖
m3
1776
明挖石方合计
m3
19303289
三
石方洞挖
上水库主坝右坝头边坡处理工程
26
排水洞石方洞挖
m3
768
下库出/进水口工程
27
石方洞挖
m3
4856
含二次扩挖
石方洞挖合计
m3
6124
边坡支护主要工程项目和工程量表表08.1-2
序号
主要工程项目
单位
工程量
备注
上水库主坝右坝头边坡处理工程
1
喷混凝土C25
m3
134
2
预应力锚索T=1000kN,L=40m
束
63
无粘结
3
预应力锚索T=1500kN,L=40m
束
10
无粘结
4
预应力锚索T=2000kN,L=40m
束
13
无粘结
上水库主坝基础处理工程
5
喷混凝土C25
m3
126
6
普通砂浆锚杆Φ25,L=4.5m
根
840
入岩深度4.4m
下水库库岸与库盆工程
7
喷混凝土C25
m3
11662
8
挂网钢筋
T
179
9
普通砂浆锚杆Φ28,L=4.5m
根
10500
入岩深度4.4m
下水库出/进水口工程
10
喷混凝土C25
m3
1810
11
喷钢纤维混凝土C25
m3
200
钢纤维掺量55kg/m3
12
挂网钢筋
T
31
13
普通砂浆锚杆Φ22,L=3.0m
根
732
入岩深度2.88m
14
普通砂浆锚杆Φ25,L=4.5m
根
2072
入岩深度4.38m
15
普通砂浆锚杆Φ25,L=6.0m
根
905
入岩深度5.88m
16
普通砂浆锚杆Φ32,L=9.0m
根
124
入岩深度8.88m
17
自钻式锚杆Φ25,L=4.5m
根
80
入岩深度4.38m
18
自钻式锚杆Φ25,L=6.0m
根
100
入岩深度5.88m
19
自钻式锚杆Φ32,L=9.0m
根
20
入岩深度8.88m
20
预应力锚杆T=100kN,Φ32,L=9.0m
根
100
入岩深度8.5m
21
预应力锚索T=1500kN,L=30m
束
80
无粘结端头锚
22
型钢拱架
T
53
洞内临时支护
23
普通砂浆锚杆Φ32,L=4.5m
根
96
入岩深度4.4m
24
自钻式锚杆Φ32,L=4.5m
根
96
入岩深度4.4m
25
Φ42×3.5超前小导管L=4m
M
500
焊接钢管
26
Φ108×6.0管棚L=11m（入岩深度10.5m）
M
330
焊接钢管
下水库均质土坝工程
27
喷混凝土C25
m3
1210
28
普通砂浆锚杆Φ28，L=4.5m
根
1167
入岩深度4.4m
29
普通砂浆锚杆Φ32，L=6m
根
556
入岩深度5.9m
30
网格梁混凝土C25F100（二级配）
m3
4330
下水库泄洪闸及启闭机房工程
31
普通砂浆锚杆Φ25,L=4.5m
根
56
入岩深度4.4m
永久性排水孔主要工程项目和工程量表表08.1-3
序号
主要工程项目
单位
工程量
备注
上水库主坝右坝头边坡处理工程
1
排水孔D76,L=5m
m
12600
2
Φ70PVC排水管
m
1260
下水库库岸与库盆工程
3
排水孔D76,L=5m
m
53396
4
Φ70PVC排水管
m
5340
下水库出/进水口工程
5
排水孔D56,L=2.5m
m
5016
6
Ф50PVC排水管
m
1505
下水库均质土坝工程
7
排水孔D76，L=5m
m
6779
8
Φ70PVC排水管
m
680
下水库泄洪闸及启闭机房工程
9
排水孔D76,L=3m
m
84
10
排水孔D76,L=5m
m
320
08.1.2土石方利用及施工技术要求
08.1.2.1土石方利用技术要求
本标开挖土石方利用料全部用于上水库主坝、副坝、库底、库岸垫层及下水库均质土坝等工程填筑，依据土石方开挖特性及地质情况及设计对土石方利用要求，精心做好土石方开挖与填筑平衡调配规划，确保开挖所有有用料能合理的利用和储存，并尽量提高直接上坝和填筑数量，减少中转回采。
开挖的强风化料用于上水库库底回填及坝体下游堆石区填筑，弱风化料用于坝体主堆石填筑，合格土料可用于下水库均质土坝填筑。
具体要求有：
1、下水库明挖弱风化～新鲜石料，加工后用于垫层及反滤料填筑。
2、洞挖料及下水库明挖弱风化以下石料，用于过渡区填筑。
3、下水库明挖弱风化以下石料，用于主堆石区填筑。
4、下水库明挖相对较好（中、下层）强风化石料，用于下游堆石区上部填筑。
5、下水库明挖弱风化以下石料，用于下游堆石区下部填筑。
6、工程开挖强风化石料，用于回填石渣填筑。
7、下水库明挖弱风化以下石料，用于块石护坡。
8、下水库覆盖层开挖出的合格土料，用于均质土坝和粘土填筑。
9、有机土用于绿化。
08.1.2.2施工技术要求
一、土石方开挖
1、上水库主坝堆石的直接上坝率应不低于85%，下水库均质土坝全部直接上坝。
2、根据总体规划，要求先期弃渣形成高程120.000m平台，并提供不少于3.3万m2的场地面积布置本标合同范围要求的垫层料加工系统（含成品料堆场）。
3、开挖应自上而下进行，高度较大的边坡，应分梯段开挖，开挖深度较大时，应采用分层开挖方法，垂直边坡梯段高度一般不大于10m，严禁采取自下而上的开挖方式。
4、为使开挖面符合施工图纸所示的开挖线，保持开挖后基岩的完整性和开挖面的平整度，应采用预裂爆破或光面爆破技术。
对于不适宜采用预裂爆破的部位，应预留保护层。
保护层开挖爆破应按《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》规定执行。
5、开挖边坡的支护应在分层开挖过程中逐层进行，上层的支护应保证下一层的开挖安全顺利进行。
未完成上一层的支护，严禁进行下一层的开挖。
6、采用预裂爆破技术的相邻两炮孔间岩面的不平整度应不大于15cm，孔壁表层不应产生明显的爆破裂隙，残留炮孔痕迹保存率应控制在《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》的规定范围内。
7、邻近水平建基面，应预留岩体保护层，其保护层的厚度应由现场爆破试验确定，并应采用小炮分层爆破的开挖方法，若采用其它开挖方法，必须通过试验证明可行，并经监理人批准。
8、基础开挖后表面因爆破震松（裂）的岩石，表面呈薄片状和尖角状突出的岩石，以及裂隙发育或具有水平裂隙的岩石均需采用人工清理，如单块过大，亦可用单孔小炮和火雷管爆破。
9、开挖后的岩石表面应干净、粗糙。
岩石中的断层、裂隙、软弱夹层应清除到施工图纸规定的深度。
岩石表面应无积水或流水，所有松散岩石均应予以清除。
10、建基面上不得有反坡、倒悬坡、陡坎尖角；结构面上的泥土、锈斑、钙膜、破碎和松动岩块以及不符合质量要求的岩体等均必须采用人工清除或处理。
坝基不允许开挖成向下游倾斜的顺坡，由于地形、地质条件限制，坝基为上游高下游低时，应开挖成大台阶。
11、有结构要求的部位不允许欠挖，开挖面应严格控制平整度。
其它部位欠挖不得超过10cm。
除经监理人认可的地质原因引起的超挖外，超挖应控制在15cm以内。
库盆设计边坡轮廓面的开挖偏差：
超挖应不大于20cm，不允许欠挖。
12、排水廊道基础岩体的保护层开挖必须严格控制，其基础面保护层的开挖爆破，应符合下列要求：
（1）用中小直径药卷爆破下的保护层厚度不得小于1.5m。
（2）紧靠建基面1.5m以上的一层可采用手风钻钻进，浅孔爆破。
用毫秒分段起爆时，起爆药量不应过大。
（3）建基面上1.5m以内的基础面保护层，采用手风钻逐层钻孔装药，浅孔密布方式爆破，每层孔深不超过50cm，火花起爆，则其药卷直径不得大于32mm（散装炸药加工直径不得大于36mm），最后一层炮孔孔底高程可钻至建基面终孔。
对于软弱、破碎岩基，则最后一层应留足30cm的撬挖层。
二、喷锚支护
1、锚杆材质、胶结材料性能或强度等级均符合设计要求，锚杆孔的孔位偏差控制在10cm以内，孔深偏差控制在5cm以内，孔内无岩粉、积水确保冲洗干净，锚杆长度和注浆密实性无损检测抽检率全部合格。
2、喷混凝土和易性及强度等级符合设计要求；喷混凝土实际厚度的平均值不小于设计尺寸，喷层均匀，无干斑、疏松、脱空、夹层、砂穴、蜂窝，表面无裂缝、渗水、滴水。
3、预应力锚束钻孔的位置、方向、孔径及孔深，符合设计要求，钻孔的开孔偏差不大于10cm，端头锚固孔的孔斜误差不大于孔深的2%，钻孔孔径不应小于施工图纸和厂家产品说明书规定的要求。
三、网格梁支护混凝土
1、基岩面无杂物、泥土及松动岩块，冲洗干净并排干积水，如遇有地表水或承压水已妥善引排或封堵。
混凝土施工缝清洗干净，无乳皮，冲毛或凿毛效果达到结合面上的粗骨料颗粒有1/3的体积外露，基础岩面在混凝土浇筑前应保持洁净和湿润。
2、模板结构具有足够的稳定性、刚度和强度，同时满足混凝土的结构尺寸，模板表面光洁平整、接缝严密，不漏浆。
3、混凝土所用粗细骨料、水泥、水、掺和料、外加剂等品质要求、拌和及运输过程中的和易性等指示要求按《水工混凝土施工规范》执行。
4、混凝土浇筑时，基岩面或施工缝接合面辅筑层厚3～4cm的与混凝土的浇筑强度相适应水泥砂浆，且均匀平整，无漏铺发生；无不合格混凝土料入仓；平仓分层厚度不大于设计允许值，辅设均匀，分层清楚，无骨料集中现象；混凝土振捣垂直插入下层5cm，振捣有次序，无漏振发生；铺料间歇无初凝现象发生；仓面无外部水流入，泌水排除及时；养护时混凝土表面保持湿润，无时干时湿现象。
5、混凝土表面无麻面，无蜂窝狗洞，无露筋现象，无碰损掉角；缝线顺直，缝面平整，无弯曲等现象。
08.1.3土石方开挖施工条件
08.1.3.1地形及地质条件
一、上库主坝
主坝轴线地形呈“W”形，主坝跨过青山沟和芝麻沟两大冲沟和其间的舌状小山脊，两冲沟沟底高程分别为130.00m和140.00m，中间小山脊高程为180.00m。
两岸山顶高程：
左岸为309.00m，右岸为292.00m，两岸地形自然坡度为30°～35°，坝址区总体为横向沟谷，坝基地形起伏较大。
坝基岩体以坚硬的岩屑石英砂岩为主，岩石强度较高，但岩体完整性差，断层破碎带、节理密集带的发育，并有F1、F2、F3、F4等断层通过坝基。
中间小山脊覆盖层浅，而冲沟内第四系坡崩积物较厚，为3m～10m，岸坡及小山脊局部残坡积厚0.5m～2.0m。
全风化蚀变岩脉分布范围较大，坝基出露岩脉面积为30442m2，占坝基总面积的11%，且全风化层较深。
二、下水库
下水库库盆为全开挖形成，开挖区一带地形平缓，由河流堆积阶地、宽缓的浅冲沟和残丘组成，总体上西高东低。
残丘高程为40.00m～60.00m，阶地及浅冲沟地面高程为18.00m～25.00m，北面山丘上有残留的Ⅱ级阶地，阶面高程50.00m～60.00m，地面多为稻田或旱地。
下水库基岩主要为侏罗系火山喷出岩，喷出岩内分布有安山岩及花岗斑岩岩脉，第四系覆盖层广泛分布。
喷出岩主要为灰色、浅灰色流纹质晶屑凝灰岩、流纹质熔结凝灰岩、角砾凝灰岩及沉凝灰岩，北面及东面以辉石石英粗安岩、粗安质集块角熔岩为主。
喷出岩整体上抗风化能力较弱，无覆盖部位的岩体风化强烈，有冲积土覆盖的阶地等部位则岩体风化深度相对较浅。
山丘部位全风化带厚度为2m～12m，强风化带下限埋深19m～37m，弱风化带下限埋深26m～45m；阶地及浅冲沟部位第四系覆盖层以下的基岩强风化带厚度3m～5m，弱风化带大部分缺失，局部地段弱风化带厚度3m～6m。
岩石除少量试块因微裂隙发育、抗压强度稍低以外，近70%的岩块饱和抗压强度大于70MPa，静弹性模量大于20GPa，属于坚硬岩石类。
第四系覆盖层主要为洪积与坡积、冲洪积、河流冲积、残坡积，洪积与坡积为土夹碎石、块石，厚度2m～3m；洪积与坡积为土夹碎石、块石。
厚度2m～3m；冲洪积上部为灰黄、黄色粘土，下部为砂卵砾石，砂卵砾石分布不连续，厚3～8m不等。
主要分布于浅冲沟中，地表为水田；河流冲积为卵砾石夹砂，厚度4～12m，主要分布于沙河水库河床；残坡积为黄色粘土或粘土质砂，厚度0.5m～5.0m。
三、下水库出（进）水口
下水库出（进）水口处地面高程45.00m～55.00m，进洞口埋深约50m～60m。
地表覆盖层厚2m～3m，基岩以晶屑凝灰岩为主，全风化深度4m～7m，强风化带下限埋深7m～9m，弱风化带下限埋深20m～50m不等，岩石节理裂隙较发育，完整性较差。
出（进）水口具备进洞条件，开挖边坡基本稳定。
08.1.3.2场内施工道路条件
发包人已建主要施工道路有1#道路、5#道路、7#道路和场内11#道路（地方道路）、9#在道路，本标进场后均可提供使用。
上水库左岸上坝道路（1#道路）、上水库右岸渣场高程120.000m平台道路（5#道路）、上水库坝基施工道路（7#道路）、爆破器材库进库道路9#，道路路线均起于上水库和下水库间的11#道路（地方道路）。
发包人布置为下水库施工服务的12#永久上坝道路，由本标负责修建。
12#道路长约500m、沿线地形平坦，施工比较方便，能在短期内修建形成，及时投入应用。
本标上库主坝坝基及下水库开挖，通过7#、12#道路进场较为方便，场内施工交通道路条件极好。
08.1.3.3施工水电及火工材料供应条件
一、施工供电条件
发包人在11#公路和7#公路交汇处已建成一座业主变电站（110kV），提供1回10kV出线（高峰负荷约为1500kW，导线采用LGJ-120，直线距离约1.5km）专供本标（上库）施工用电引接。
已架设2回出线至下水库末端10kV变电所（高峰负荷约为5600kW），并提供接入点供应本标施工用电引接。
本标承包人负责从该10kV变电所引接施工用电电源。
二、施工供水条件
发包人修建的施工供水系统其供水规模为1300m3/h，分别在高程100.000m、高程220.000m和高程300.000m修筑调节水池。
下水库施工从施工供水系统主管线预留的接口取水，上水库施工供水由高程220.000m和高程300.000m调节水池取水。
本标承包人需从上述调节水池自行引接，各取水点至各用水点之间的所有供水设备、管路及构筑物等由承包人自行设计、建设与维护管理。
高程100.000m调节水池计划2010年6月具备供水条件，高程220m调节水池计划2010年12月31日具备供水条件，高程300m调节水池计划2011年6月具备供水条件。
三、火工材料供应
发包人在溧阳电站主体工程区北侧冲沟内已建成爆破器材库，并委托当地公安部门许可的专门单位进行管理，提供本标工程开挖爆破器材的供应。
08.1.3.4渣场及转料场
一、2号转料场
上水库2号转料场设在上水库北侧冲沟内，堆渣场顶部高程214.000m～227.000m，堆渣容量约180万m3，发包人委托其他承包人负责底部排水及表面永久排水，主体工程开工后具备堆渣条件，与1号转料场互为共用与备用。
二、坝后渣场
坝后渣场位于主坝后部，与主坝关系较密切，该渣场专供本标承包人使用。
三、维护与管理
本标承包人负责除②号转料场外的其它渣场及转料场的维护与管理。
承包人应做好渣场及转料场管理规划，分区、有序合理堆（弃）渣料。
渣场及转料场特性见表08.1-4。
渣场及转料场特性表表08.1-4
弃（堆）
渣场名称
弃（堆）渣场特性
备注
位置
堆渣高程（m）
容量（万m3）
粘土堆场
下水库库周
随地形控制，堆高不超过10m
180
下水库覆盖层开挖出的有用土料
坝后渣场
上水库主坝坝后
160.000以下
417
下水库开挖的部分弃料，C1标专用
主弃渣场
上水库右侧冲沟
120.000～225.000
1000
工程开挖的大部分弃料，工程各标共用
1转料场
⑧施工支洞和①路之间
50.000～64.000
250
主要转存下水库和输水系统的开挖的有用料，与②转料场互为共用和备用。
表土堆存场
①路右侧，邻近场内地方改线公路
25
堆存工程开挖的有用表土
08.1.4开挖工期控制要求
本标关键项目施工控制工期要求如下：
1、2010年10月底本标进点，开始进场及施工准备；
2、2011年2月1日开始上水库主坝坝基开挖和下水库库盆开挖施工；
3、2011年6月1日开始上水库主坝填筑；
4、2014年11月30日下水库库盆施工完成；
5、2011年6月15日：
上水库主坝坝基开挖及基础处理完成，提供工作面给C2标承包人施工上水库进/出水口交通桥基础及进水口明挖工作面；
6、2011年12月31日，向C4标提供自流排水洞出口工作面。
08.1.5开挖工程的主要重点、难点及对策
08.1.5.1主要重点难点
1、本合同土石方开挖工程量巨大，土石方开挖利用料均用于上水库主坝等工程填筑。
填筑工程在不同的填筑区域对于填筑料有不同的岩石特性、石料级配等质量要求，如何做好土石方开挖施工规划、开挖与填筑达到有机结合、开挖料得到最大的充分利用、最高的直接上坝（或填筑）率，保质保量的尽可能直接上坝或填筑，都需要认真对待和细细规划，特别是开挖料得到充分利用及尽可能直接上坝或填筑，是本项目的主要重点、难点之一。
2、下水库在沙河水库左岸的桃园～毛草堂一带采用全开挖形成库盆，施工区地形开阔、平缓，地形条件十分优越。
但地处吴村，库盆周围分布有大量民房建筑，居民点距下水库开挖区的距离较近。
在爆破作业工程量大、土石方运输交通流量大、持续时间长的施工环境中如何确保施工期间库盆周围人身和民房建筑物安全，对爆破振动和飞石得到有效控制，做好交通运输的安全管理，是本项目的主要重点、难点之一。
3、上、下库连接公路与地方
公路交叉穿越，地方
公路是下库土石方运至上库的必经道口，下库大方量运输形成高密度的车流量经过地方11公路，与地方交通干扰较大，交通安全问题十分突出。
4、工程靠近国家AAAA级旅游度假区，对环保要求高，在土石方开挖及边坡支护施工全过程，对钻孔粉尘、污水排放、车辆尾气排放、汽车扬尘的有效控制，满足环保要求，是本项目的主要重点之一。
08.1.5.2采取的对策
1、充分认识本工程的地质条件，在招标文件提供的地质参考资料基础上，进行必要的地质超前勘探、调查，然后详尽编制开挖实施施工方案，施工方法及工艺必须满足设计对土石方的利用要求、满足土石方调配及动态平衡，有利于开挖边坡稳定、土石方得到充分利用。
施工过程中密切关注地质条件的变化，随时优化施工方案。
2、开挖做到精雕细凿，依据边坡及不同的地质条件，采用不同的施工方案，不易实施爆破作业的边坡，严格采用机械开挖和人工修坡，石方边坡优先采用预裂爆破，预裂爆破条件不足的严格实施光面爆破。
预裂爆破、光面爆破在实施前选择地质条件有代表的区域，进行爆破试验，设计出最优爆破参数，并在施工中不断完善。
3、高边坡及石方开采，采用自上而下、分梯段开挖，分层层厚不但要考虑高强度机械化开挖作业，同时必须有利于边坡稳定和喷锚等支护施工，遵循上层未支护前不进行
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