王紅霞

（上?？睖y設(shè)計研究院，上海 200434）

響水澗抽水蓄能電站的下水庫庫盆設(shè)計

王紅霞

（上海勘測設(shè)計研究院，上海 200434）

本文論述了響水澗抽水蓄能電站下水庫庫盆的結(jié)構(gòu)設(shè)計、對庫岸穩(wěn)定分析，并介紹了庫盆的防滲設(shè)計。 庫盆的整體設(shè)計兼顧了地形、地質(zhì)及環(huán)境條件，充分體現(xiàn)了工程與環(huán)境和諧的新理念，為未來在類似的環(huán)境下建設(shè)抽水蓄能電站的水庫提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)指導(dǎo)和寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

抽水蓄能電站；下水庫；庫盆；防滲

1 概 況

安徽響水澗抽水蓄能電站位于安徽省蕪湖市三山區(qū)峨橋鎮(zhèn)境內(nèi)，距蕪湖市區(qū)約 30km。電站裝機(jī)容量 4×250MW，采用可逆式水泵水輪機(jī)—發(fā)電電動機(jī)組，為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，電站屬大（2）型二等工程，主要建筑物按 2 級建筑物設(shè)計。

下水庫位于浮山東面的湖蕩洼地，由均質(zhì)土圍堤圈圍而成。庫內(nèi)地勢較平坦，庫區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng)河湖相沉積物和上更新統(tǒng)河流相沖積物[1]。下水庫洪水標(biāo)準(zhǔn)為 100 年一遇洪水設(shè)計，500年一遇洪水校核。庫內(nèi)校核洪水位 15.10m （P＝0.2%），設(shè)計洪水位 14.96m（P＝1%），正常蓄水位14.60m，相應(yīng)庫容 1402 萬 m3，5h 滿發(fā)（折合）水位 12.44m，設(shè)計有效庫容 1264 萬 m3，死水位 1.95 m，相應(yīng)死庫容 153 萬 m3，水庫工作深度 12.65m。下水庫的集水面積僅為其庫盆本身，不設(shè)溢洪道。

2 下水庫庫盆設(shè)計

2.1 開挖支護(hù)設(shè)計

2.1.1 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計[2-3]

下水庫位于浮山東側(cè)的湖蕩洼地，原地面高程 5.5～7.0m，庫區(qū)主要為第四系地層覆蓋，下伏基巖主要為三疊系上統(tǒng)的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖等。

下水庫死水位 1.95m，為了減少庫盆開挖的棄渣，在靠近下進(jìn)/出水口前池 200m 范圍內(nèi)，為使行近流速相對穩(wěn)定，保證一定的水深，確定死水位 1.95m 高程以下水深 2.0m，即庫底高程為-0.05m，在此范圍以外庫底高程為 0.95m，過渡段采用 1∶50 的邊坡連接。

可研復(fù)核階段以及招標(biāo)設(shè)計階段，下水庫庫底防護(hù)型式主要分為以下3種型式：

1）庫盆建基面為粉質(zhì)粘土 Q3-2 時，采用堆石護(hù)底，結(jié)構(gòu)從上到下依次為碾壓堆石厚 30m+碎石層厚 20cm；

2）庫盆建基面為淤泥質(zhì)粘土 Q4 時，采用堆石護(hù)底+土工布，結(jié)構(gòu)從上到下依次為碾壓堆石厚30cm+碎石層厚 20cm+土工布一層 （僅 Q4 出露處）；

3）庫盆建基面為含碎石礫石土 Q3-1、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖時，采用堆石護(hù)底+防滲措施，結(jié)構(gòu)從上到下依次為碾壓堆石厚 30cm+碎石層厚20cm，同時在靠近圍堤庫內(nèi)側(cè)堤腳處 45m 范圍內(nèi)增設(shè)2m厚的粉質(zhì)粘土鋪蓋，此鋪蓋與圍堤粉質(zhì)粘土斜墻鋪蓋相連接。

2.1.2 施工技術(shù)要求

堆石護(hù)底的厚度應(yīng)符合要求。堆石區(qū)的鋪層厚度經(jīng)現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)后選定，碾壓后符合設(shè)計厚度要求，堆石區(qū)內(nèi)最大粒徑不得超過鋪層厚度。采用振動平碾，碾壓 2~3 遍，要求庫底碾壓面平整密實(shí)，對設(shè)計干容重和孔隙率無特殊要求。碾壓機(jī)械一般順壩軸線方向低速（2km/h）檔行駛，分段碾壓，分段之間的碾跡應(yīng)重疊，必須確保規(guī)定的碾壓遍數(shù)，防止漏碾、欠壓。碾壓過程中應(yīng)經(jīng)常檢查振動碾的各項(xiàng)特性，如減振輪胎壓力，振動輪轉(zhuǎn)數(shù)等，使其保持規(guī)定的施工參數(shù)。

2.2 庫岸穩(wěn)定分析

下水庫由圍堤圈圍而成，庫岸主要為南側(cè)和西側(cè)山體開挖及其他段填筑圍堤。本文穩(wěn)定計算主要考慮南圍堤和西圍堤段山體開挖部位的穩(wěn)定復(fù)核。計算采用中國水利水電科學(xué)研究院STAB2008《土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序》對下水庫庫岸邊坡進(jìn)行穩(wěn)定分析。根據(jù)施工圖階段的地質(zhì)資料及參考類似工程經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行岸坡穩(wěn)定計算時采用圍堤填筑材料及圍堤基礎(chǔ)材料物理力學(xué)性能指標(biāo)值見表1。

表1 筑壩材料及壩基材料物理力學(xué)性能指標(biāo)表

根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合抽水蓄能電站工作特點(diǎn)，此次庫岸邊坡穩(wěn)定分析將對5種工況進(jìn)行計算。5種工況分別為：庫內(nèi)設(shè)計洪水位、庫內(nèi)死水位、設(shè)計洪水位降落期、施工期、校核洪水位降落期。

2.2.1 正常運(yùn)用條件

庫內(nèi)設(shè)計洪水位 14.96m，庫內(nèi)死水位 1.95 m，此工況計算指標(biāo)采用三軸固結(jié)快剪有效強(qiáng)度指標(biāo)。設(shè)計洪水位降落期：庫內(nèi)降落前水位 14.96m（設(shè)計洪水位），降落后水位 1.95m（死水位），此工況計算指標(biāo)采用三軸固結(jié)快剪總強(qiáng)度指標(biāo)。

2.2.2 非常運(yùn)用條件

1）施工期。庫內(nèi)、庫外無水，此工況計算指標(biāo)采用三軸快剪總強(qiáng)度指標(biāo)。

2）校核洪水位降落期。庫內(nèi)降落前水位 15.10 m（校核洪水位），降落后水位 1.95m，該工況計算指標(biāo)采用三軸固結(jié)快剪總強(qiáng)度指標(biāo)。庫岸邊坡穩(wěn)定分析計算成果見表 2。

表2 庫岸穩(wěn)定分析成果

由于此工程場區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，因此穩(wěn)定分析計算中不考慮地震作用。從表 2中可見，正常運(yùn)行條件庫岸邊坡抗滑穩(wěn)定控制工況為南圍堤庫內(nèi)死水位工況，非常運(yùn)行條件庫岸邊坡抗滑穩(wěn)定控制工況為西圍堤施工期工況，各控制工況其最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，且有一定的富裕度。根據(jù)計算分析成果，下庫南圍堤段、西圍堤段庫岸是穩(wěn)定的。

2.3 庫盆 開挖 機(jī) 基 礎(chǔ) 處 理 設(shè) 計[4]

庫盆在靠近下進(jìn)/出水口前池范圍內(nèi)庫底高程為-0.05m，在此范圍以外庫底高程為 0.95m。而下庫死水位為 1.95m，為保障水庫安全運(yùn)行及避免水質(zhì)惡化，設(shè)計對下水庫庫底采用一定的防護(hù)，主要是干砌塊石和碾壓堆石護(hù)底。下水庫庫盆采用深挖方案，基礎(chǔ)處理與庫盆護(hù)底結(jié)構(gòu)相結(jié)合設(shè)計的方案。

庫盆護(hù)底結(jié)構(gòu)主要分為以下 3 種方式：1）庫盆建基面為粉質(zhì)粘土 Q3-2時，開挖至 0.45m 高程，采用堆石護(hù)底；2）庫盆建基面為淤泥質(zhì)粘土 Q4時，開挖至 0.45m 高程，采用堆石護(hù)底+土工布，圍堤庫內(nèi)側(cè)堤腳處按 1∶3 邊坡挖出 Q4土至 Q3-2土出露，并回填至 0.45m 高程 ；3）庫盆建基面為含碎石礫石土 Q3-1、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖時，開挖至 0.45m 高程，采用堆石護(hù)底+防滲措施，防滲體范圍開挖至-1.55m 高程。在下進(jìn)出水口前池外200m 范圍內(nèi)，結(jié)合采用干砌塊石護(hù)底：1）庫盆建基面為粉質(zhì)粘土 Q3-2時，開挖至 0.45m 高程，采用干砌塊石護(hù)底；2）庫盆建基面為淤泥質(zhì)粘土 Q4時，開挖至 0.45m 高程，采用干砌塊石護(hù)底+土工布，圍堤庫內(nèi)側(cè)堤腳處按 1∶3 邊坡挖出 Q4土至 Q3-2土出露，并回填至 0.45m 高程 ；3）庫盆建 基面為含碎石礫石土 Q3-1、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖時，開挖至 0.45m 高程，采用堆石護(hù)底+防滲措施，防滲體范圍開挖至-1.55m 高程。

2.4 環(huán)堤公路設(shè)計

下水庫圍堤堤頂采用瀝青混凝土路面，路面頂高程為 16.50m，路面結(jié)構(gòu)從上到下依次為：瀝青混凝土路面厚 50mm，水泥穩(wěn)定碎石層厚 200 mm，級配碎石墊層厚 250mm。外坡側(cè)設(shè) C25 鋼筋混凝土防浪墻，防浪墻頂高程 17.70m，防浪墻高程15.30m 至 16.80m 為 實(shí) 體 混 凝 土 ，16.80m 至17.70m 為仿石花崗巖欄桿結(jié)構(gòu)；內(nèi)坡側(cè)設(shè) C25 預(yù)制混凝土路緣石，路面向內(nèi)側(cè)形成 1%的排水坡度。

圍堤堤頂?shù)缆吩O(shè)雙向車道，其中：圍堤樁號堤K0+454.58—堤 K2+890.51，路面總寬 7.5m，車道分別寬 3.45m 和 3.6m，外側(cè)布置凈寬 1m 的花壇?；▔鈧?cè)為高 0.9m、底寬 0.6m、頂寬 0.3m的 M10 漿砌塊石擋墻，內(nèi)側(cè)為高 0.6m、厚 0.15m的路緣石；堤 K2+893.50—堤 K3+207.10 段，路面總寬 9.3m，車道分別寬 3.45m 和 3.75m，內(nèi)側(cè)增加 路 肩 寬 0.75m 和 電 纜 溝 寬 1.05m； 堤 K3+ 655.10—堤 K3+784.23 段，路面總寬 9.6m，車道分別寬 3.45m 和 3.75m，內(nèi)側(cè)增加路肩寬 0.75m和電纜溝寬 1.35m。

3 庫 盆 防 滲 設(shè) 計[5-7]

庫盆的防滲技術(shù)措施有：瀝青混凝土面板，鋼筋混凝土面板，庫底水平鋪蓋，庫岸封閉帷幕加庫底鋪蓋。鋼筋混凝土面板設(shè)于庫底，需分割為較小塊體，接縫很多，比較復(fù)雜；用于岸坡（壩坡）與水平鋪蓋銜接，雖然混凝土的極限拉伸有限，但設(shè)有周邊縫（或加連接板），可將集中應(yīng)力應(yīng)變由分縫分散吸收調(diào)整，是其優(yōu)點(diǎn)。瀝青混凝土雖然極限抗拉應(yīng)變高些，但因面板很薄，容易拉穿形成裂縫，對銜接處基礎(chǔ)的體形和變模要有合適的要求。傳統(tǒng)的粘土鋪蓋雖其極限抗拉應(yīng)變稍低于瀝青混凝土（瀝青混凝土一般為 0.5%，粘土一般為 0.25%~ 0.5%），但鋪土厚度較大，表面開裂后拉應(yīng)變急劇削減，不易拉穿。

施工時發(fā)現(xiàn)庫盆為中等透水基礎(chǔ)，其防滲結(jié)合圍堤及庫岸的防滲聯(lián)合設(shè)計，庫盆部位加設(shè)粘土水平鋪蓋，處理后滲透性滿足要求。

4 結(jié) 語

響水澗抽水蓄能電站下水庫位于浮山東側(cè)泊口河內(nèi)的湖蕩洼地，由均質(zhì)土壩圈圍而成。地形、地質(zhì)及環(huán)境條件比較復(fù)雜，使工程的設(shè)計及施工面臨著很大的挑戰(zhàn)。本文對下水庫庫盆的設(shè)計既滿足了功能要求，也減輕了對生態(tài)環(huán)境的影響，充分體現(xiàn)了工程與環(huán)境和諧的新理念，為未來在類似的環(huán)境下建設(shè)抽水蓄能電站的水庫提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)指導(dǎo)和寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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［2］肖貢元，傅方明.宜興抽水蓄能電站上、下水庫工程設(shè)計創(chuàng)新［A］.抽水蓄能電站工程建設(shè)文集（2009）［C］. 2009，6.

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