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【摘 要】本文以云南省红河马堵山水电站工程坝基开挖为平台，阐述了针对岩体裂缝发育，完整性差等特殊地质条件下的坝基开挖方法, 进行了施工工序试验研究，探索出合理的爆破参数；本进一步根据开挖情况分析岩石种类与力学性质，从而对基岩面进行设计优化，达到节约成本，缩短工期的目标。
【关键词】水电站；坝基开挖；基岩面
1.工程简介
马堵山水电站位于红河干流下游红河州的个旧市、金平县境内，是红河干流三江口以下规划的12个梯级的第10个梯级在建梯级电站。水库总库容5.51亿m3，水库正常蓄水位217m，调节库容2.6亿m3。电站装机容量288MW，设计年发电量13.14亿kWh。
本工程等别为二等工程，工程规模为大（2）型。枢纽主要建筑物挡水及泄水建筑物、引水系统及发电厂房，均为2级建筑物。工程总投资27.0亿元，总施工工期为48个月。马堵山水电站工程坝型为碾压混凝土重力坝，共分为16个坝段，坝顶总长365.43m，坝顶高程为222.5m，原设计最大坝高为107.5m，优化后最大坝高105.5m。
2.坝基地质条件
左坝基145m高程以下出露T2gc2下白云石大理岩，含炭质白云石大理岩，均位于弱风化中下部，白云石大理岩为中厚层状，而含炭质白云石大理岩为薄~中厚层状，岩体级别主要为BⅢ2，次为BⅢ1；右坝基143m高程以下，出露弱风化T2gc2白云石大理岩，呈薄层~次块状结构，岩体类别主要为BⅢ2，次为BⅢ1；河床坝基出露T2gc2白云石大理岩，含炭质白云石大理岩，风化状态为弱风化中下部，岩体级别主要为BⅢ2，次为BⅢ1；左坝基145m高程以上，出露弱风化上部T2gc2白云石大理岩，岩体级别为BⅢ2；右坝基143m以上出露弱风化上部T2gc2含炭质白云石大理岩，少量白云石大理岩，岩体级别为BⅢ2。岩石的极限抗压强度值在20～120Mpa,岩性分布不均,岩体裂隙发育,存在软弱夹层,开挖施工难度较大。
3.施工道路布置
（1）加宽左岸高程▽184.0m马道连接至上游弃渣场的施工道路。（2）为从左岸至上游冲沟弃渣场，在左坝肩高程▽166.0m～▽145.0m经上游围堰从导流洞进口渐变段洞顶通过至上游冲沟内。（3）为出渣便利，平整左岸河床边道路，至下游围堰，用来出左岸▽145.0m以上开挖渣料。（4）从下游主体围堰临时桥过右岸高程▽150.0m处，往下游约130米处,再往上游至坝顶道路的▽195.0m高程处分岔至▽222.0m, ▽202.0m。（5）右岸河床边高程▽145.0m修一条从下游主体围堰到上游主体围堰临时施工道路。（6）右岸从上游围堰右端头▽145.0m利用开挖弃渣料填筑通往上游弃渣场道路和人工骨料开采场的道路。（7）开挖时将从左岸高程▽136.0m马道修筑一条道路在坝下0+145桩号转弯（转弯半径15m）通往坝基基坑，作为坝基基坑底板开挖的出渣道路。
4.开挖施工工艺
清理工作面→测量放样→钻孔→装药→起爆→出渣
5.爆破方法及参数的试验与确定
根据岩石的类型与坚硬度，对爆破参数进行了多次试验，验确定了马堵山电站坝基开挖最佳爆破参数。
表1 预裂孔，光面孔装药参数表
表2 主爆孔装药参数表
6.钻孔
主体施工采用100mm液压钻钻孔，钻孔直径76mm；局部采用手风钻钻孔，钻孔直径42mm。梯段开挖的高度根据台阶（或马道）的高度分层施工，开挖厚度控制在6～8m。主爆孔孔距为3.0m，排距2.0m，梅花型布置。
7.装药结构设计
（1）药量计算：根据地质条件、布孔孔距和预计爆破方量条件，采用Q=q.v计算装药量。（2）装药结构：本工程预裂孔（光面孔）采用间隔装药，用竹片绑扎，使药卷居中，主爆孔采用连续装药。（3）孔底加强装药：预裂孔（光面孔）底部0.5~1.5m范围加强装药，装药增加系数按经验系数取2~3，炮孔顶部1~3m的线装药密度作适当减少。（4）堵塞：在孔口段用岩屑堵塞，堵塞长度为0.6~2.0m。（5） 起爆：预裂爆破和光面爆破都采用非电毫秒雷管（或导爆索）起爆，并通常分段并联法。
8.控制爆破
（1）大面积开挖采用常规台阶松动钻爆；（2）边坡开挖采用预裂钻爆；（3）建基面采用预留（2.5m）保护层钻爆，保护层采用小药量、密孔光面爆破。
9.开挖设备与弃渣
开挖主要施工设备采用：钻孔设备采用阿特拉斯液压钻D7-11，共5台、挖掘机EX450、EX360、EX220、ZAXIS450H共15台， 40台15T奔驰自卸汽车运输，高峰期平均月开挖强度约30.5万m3。本工程共设置3个渣场，1#弃碴场设在坝址右岸下游1km冲沟，2#弃渣场设在坝址左岸上游1.4km冲沟，3#弃渣场设在坝址右岸上游0.8km冲沟，开挖弃土通过15T自卸汽车运输至各渣场。
10.坝基优化方案的提出与论证
为减少开挖工程量，加快施工进度，确保一汛前的混凝土到达度汛高程，根据开挖后的施工地质条件，在开挖面的不同部位选取代表点进行声波测试，声波孔深度一般在开挖面以下9m~13m，通过分析测试孔的声波数据变化稳定情况，波速普遍达到了3500m/s以上。根据目前的岩石状况初步确定：经过坝基灌浆处理，能满足坝高的要求。
为了论证坝基开挖优化方案，聘请了中国水利水电建设工程咨询昆明公司地质专家到马堵山水电站施工现场，对坝基开挖情况进行了评估和技术指导，主要结论如下：坝基岩体为层状结构、薄层结构及层状碎裂结构、局部块碎裂结构。岩石湿抗压强度在40MPa~45MPa，弱风化中下部岩体Vp值一般在2500m/s~3800m/s左右，属中硬岩体；变形模量约3GPa~5GPa，岩体抗剪断f’值<1，凝聚力c’<0.9MPa，软弱结构面f’值0.4~0.5，c’值0.03~0.04MPa，泥化及夹泥结构面f’值0.35~0.25，c’值0.01~0.025MPa。现场考察认为，▽124m~▽120m高程之间开挖出露的岩体已基本达到微风化——弱风化下部的标准，其主要特征是风化裂隙已很少，而且再向深部声波值无明显提高趋势，可以考虑作为坝基建基面。现坝0+105桩号往右岸岩基开挖高程▽124m平台可作为建基面清基高程，原则上可不再下挖；该桩号往左岸至桩号0+70，坝踵建基面可按高程▽118m控制、坝址建基面可按高程▽120m控制，坝踵与坝址间采用斜坡面连接。若坝址部位开挖揭露出的基岩地质条件较差，可考虑在坝址部位做齿槽开挖，槽底宽可考虑8m~10m。马堵山水电站大坝坝基岩体的完整性、均一性较差，存在不均匀变形问题，但经基础处理后（坝基灌浆处理本文不作说明），修建100m重力坝是可行的。
11.建基面优化与实施
调整后建基面与原设计建基面对比图
根据现场声波测试结果显示与专家组现场确认分析结论，对马堵山水电站坝基开挖进行调整，详见调整后建基面与原设计建基面对比图。建基面优化调整，减少了开挖约9万m3，混凝土节省约8万m3，节约成本约2607万，为马堵山水电站实现提前发电奠定了基础。
12.坝基开挖质量评价
建基面开挖施工采用了光面爆破、预裂爆破以控制规格并确保开挖质量。岩石开挖的半孔率约为55%~70%，开挖结构尺寸等符合设计要求。大坝基础开挖共评定了60个单元，全部合格，优良55个，优良率达91.7%。
【关键词】水电站；坝基开挖；基岩面
1.工程简介
马堵山水电站位于红河干流下游红河州的个旧市、金平县境内，是红河干流三江口以下规划的12个梯级的第10个梯级在建梯级电站。水库总库容5.51亿m3，水库正常蓄水位217m，调节库容2.6亿m3。电站装机容量288MW，设计年发电量13.14亿kWh。
本工程等别为二等工程，工程规模为大（2）型。枢纽主要建筑物挡水及泄水建筑物、引水系统及发电厂房，均为2级建筑物。工程总投资27.0亿元，总施工工期为48个月。马堵山水电站工程坝型为碾压混凝土重力坝，共分为16个坝段，坝顶总长365.43m，坝顶高程为222.5m，原设计最大坝高为107.5m，优化后最大坝高105.5m。
2.坝基地质条件
左坝基145m高程以下出露T2gc2下白云石大理岩，含炭质白云石大理岩，均位于弱风化中下部，白云石大理岩为中厚层状，而含炭质白云石大理岩为薄~中厚层状，岩体级别主要为BⅢ2，次为BⅢ1；右坝基143m高程以下，出露弱风化T2gc2白云石大理岩，呈薄层~次块状结构，岩体类别主要为BⅢ2，次为BⅢ1；河床坝基出露T2gc2白云石大理岩，含炭质白云石大理岩，风化状态为弱风化中下部，岩体级别主要为BⅢ2，次为BⅢ1；左坝基145m高程以上，出露弱风化上部T2gc2白云石大理岩，岩体级别为BⅢ2；右坝基143m以上出露弱风化上部T2gc2含炭质白云石大理岩，少量白云石大理岩，岩体级别为BⅢ2。岩石的极限抗压强度值在20～120Mpa,岩性分布不均,岩体裂隙发育,存在软弱夹层,开挖施工难度较大。
3.施工道路布置
（1）加宽左岸高程▽184.0m马道连接至上游弃渣场的施工道路。（2）为从左岸至上游冲沟弃渣场，在左坝肩高程▽166.0m～▽145.0m经上游围堰从导流洞进口渐变段洞顶通过至上游冲沟内。（3）为出渣便利，平整左岸河床边道路，至下游围堰，用来出左岸▽145.0m以上开挖渣料。（4）从下游主体围堰临时桥过右岸高程▽150.0m处，往下游约130米处,再往上游至坝顶道路的▽195.0m高程处分岔至▽222.0m, ▽202.0m。（5）右岸河床边高程▽145.0m修一条从下游主体围堰到上游主体围堰临时施工道路。（6）右岸从上游围堰右端头▽145.0m利用开挖弃渣料填筑通往上游弃渣场道路和人工骨料开采场的道路。（7）开挖时将从左岸高程▽136.0m马道修筑一条道路在坝下0+145桩号转弯（转弯半径15m）通往坝基基坑，作为坝基基坑底板开挖的出渣道路。
4.开挖施工工艺
清理工作面→测量放样→钻孔→装药→起爆→出渣
5.爆破方法及参数的试验与确定
根据岩石的类型与坚硬度，对爆破参数进行了多次试验，验确定了马堵山电站坝基开挖最佳爆破参数。
表1 预裂孔，光面孔装药参数表
表2 主爆孔装药参数表
6.钻孔
主体施工采用100mm液压钻钻孔，钻孔直径76mm；局部采用手风钻钻孔，钻孔直径42mm。梯段开挖的高度根据台阶（或马道）的高度分层施工，开挖厚度控制在6～8m。主爆孔孔距为3.0m，排距2.0m，梅花型布置。
7.装药结构设计
（1）药量计算：根据地质条件、布孔孔距和预计爆破方量条件，采用Q=q.v计算装药量。（2）装药结构：本工程预裂孔（光面孔）采用间隔装药，用竹片绑扎，使药卷居中，主爆孔采用连续装药。（3）孔底加强装药：预裂孔（光面孔）底部0.5~1.5m范围加强装药，装药增加系数按经验系数取2~3，炮孔顶部1~3m的线装药密度作适当减少。（4）堵塞：在孔口段用岩屑堵塞，堵塞长度为0.6~2.0m。（5） 起爆：预裂爆破和光面爆破都采用非电毫秒雷管（或导爆索）起爆，并通常分段并联法。
8.控制爆破
（1）大面积开挖采用常规台阶松动钻爆；（2）边坡开挖采用预裂钻爆；（3）建基面采用预留（2.5m）保护层钻爆，保护层采用小药量、密孔光面爆破。
9.开挖设备与弃渣
开挖主要施工设备采用：钻孔设备采用阿特拉斯液压钻D7-11，共5台、挖掘机EX450、EX360、EX220、ZAXIS450H共15台， 40台15T奔驰自卸汽车运输，高峰期平均月开挖强度约30.5万m3。本工程共设置3个渣场，1#弃碴场设在坝址右岸下游1km冲沟，2#弃渣场设在坝址左岸上游1.4km冲沟，3#弃渣场设在坝址右岸上游0.8km冲沟，开挖弃土通过15T自卸汽车运输至各渣场。
10.坝基优化方案的提出与论证
为减少开挖工程量，加快施工进度，确保一汛前的混凝土到达度汛高程，根据开挖后的施工地质条件，在开挖面的不同部位选取代表点进行声波测试，声波孔深度一般在开挖面以下9m~13m，通过分析测试孔的声波数据变化稳定情况，波速普遍达到了3500m/s以上。根据目前的岩石状况初步确定：经过坝基灌浆处理，能满足坝高的要求。
为了论证坝基开挖优化方案，聘请了中国水利水电建设工程咨询昆明公司地质专家到马堵山水电站施工现场，对坝基开挖情况进行了评估和技术指导，主要结论如下：坝基岩体为层状结构、薄层结构及层状碎裂结构、局部块碎裂结构。岩石湿抗压强度在40MPa~45MPa，弱风化中下部岩体Vp值一般在2500m/s~3800m/s左右，属中硬岩体；变形模量约3GPa~5GPa，岩体抗剪断f’值<1，凝聚力c’<0.9MPa，软弱结构面f’值0.4~0.5，c’值0.03~0.04MPa，泥化及夹泥结构面f’值0.35~0.25，c’值0.01~0.025MPa。现场考察认为，▽124m~▽120m高程之间开挖出露的岩体已基本达到微风化——弱风化下部的标准，其主要特征是风化裂隙已很少，而且再向深部声波值无明显提高趋势，可以考虑作为坝基建基面。现坝0+105桩号往右岸岩基开挖高程▽124m平台可作为建基面清基高程，原则上可不再下挖；该桩号往左岸至桩号0+70，坝踵建基面可按高程▽118m控制、坝址建基面可按高程▽120m控制，坝踵与坝址间采用斜坡面连接。若坝址部位开挖揭露出的基岩地质条件较差，可考虑在坝址部位做齿槽开挖，槽底宽可考虑8m~10m。马堵山水电站大坝坝基岩体的完整性、均一性较差，存在不均匀变形问题，但经基础处理后（坝基灌浆处理本文不作说明），修建100m重力坝是可行的。
11.建基面优化与实施
调整后建基面与原设计建基面对比图
根据现场声波测试结果显示与专家组现场确认分析结论，对马堵山水电站坝基开挖进行调整，详见调整后建基面与原设计建基面对比图。建基面优化调整，减少了开挖约9万m3，混凝土节省约8万m3，节约成本约2607万，为马堵山水电站实现提前发电奠定了基础。
12.坝基开挖质量评价
建基面开挖施工采用了光面爆破、预裂爆破以控制规格并确保开挖质量。岩石开挖的半孔率约为55%~70%，开挖结构尺寸等符合设计要求。大坝基础开挖共评定了60个单元，全部合格，优良55个，优良率达91.7%。