（中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410014）

1 工程概況

重慶蟠龍抽水蓄能電站位于重慶市綦江區(qū)中峰鎮(zhèn)境內(nèi)，地處東經(jīng)106°27′，北緯28°51′。上水庫(kù)位于綦江一級(jí)支流清溪河右岸支流蟠龍溝上游，下水庫(kù)位于清溪河右岸支流石家溝上。建成后將供電重慶市主網(wǎng)，主要承擔(dān)重慶電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用等任務(wù)。

蟠龍抽水蓄能電站由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫(kù)及地面開關(guān)站等建筑物組成。本工程裝機(jī)容量1 200 MW（4×300 MW），屬一等大（I）型工程，主要永久性建筑物按1 級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，次要永久性建筑物按3 級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。

2 工程技術(shù)特點(diǎn)

筑壩料巖性不均一，巖石的強(qiáng)度差異較大，用于大壩填筑的石料取自下水庫(kù)地下洞室洞挖料和樞紐區(qū)工程明挖料。

地下洞室開挖料巖性：除引水隧洞下平段外，其它各建筑物部位地下洞室開挖料巖性大部分為弱風(fēng)化帶至微風(fēng)化中、細(xì)粒砂巖和礫巖，比例為50%～80%，飽和抗壓強(qiáng)度為23～60 MPa；粉砂巖比例為8%～26%，飽和抗壓強(qiáng)度為11～25 MPa。弱風(fēng)化帶及以下粉砂巖因巖石強(qiáng)度低、易軟化。

下水庫(kù)樞紐工程明挖料巖性：大壩趾板基礎(chǔ)、下水庫(kù)進(jìn)/出水口、地面開關(guān)站、溢洪道及消能防沖區(qū)、泄洪洞、導(dǎo)流洞和等部位，開挖料巖性為中、細(xì)粒砂巖夾薄層泥巖與粉砂巖，弱風(fēng)化～新鮮砂巖為中硬巖。根據(jù)巖石（體）室內(nèi)試驗(yàn)成果，弱風(fēng)化及以下細(xì)粒砂巖飽和抗壓強(qiáng)度一般可達(dá)40～60 MPa，中至粗粒砂巖、含礫砂巖飽和抗壓強(qiáng)度為22～30 MPa，屬較軟巖；泥巖飽和抗壓強(qiáng)度為7～10 MPa，為軟巖。巖石的強(qiáng)度差異較大，軟巖料在開采和施工過(guò)程中巖塊易于破碎，級(jí)配難以控制。填筑壓實(shí)后的軟巖料級(jí)配與原始級(jí)配相差較大，根據(jù)已建工程經(jīng)驗(yàn)：軟巖料的爆破開挖料級(jí)配對(duì)其在實(shí)際工程中的應(yīng)用并無(wú)太多的影響，重要的是碾壓密實(shí)。故取用適用的設(shè)計(jì)指標(biāo)控制大壩填筑質(zhì)量是本工程難點(diǎn)之一。

3 大壩布置及壩體分區(qū)設(shè)計(jì)

3.1 大壩布置

下水庫(kù)位于清溪河支流石家溝內(nèi)，利用石家溝上游河段在兩河口下游約400 m 處“V”形河谷中筑壩成庫(kù)。下水庫(kù)壩址以上集雨面積為100.56 km2，其水庫(kù)正常蓄水位549.0 m，設(shè)計(jì)洪水位為550.73 m，校核洪水位為551.77 m，死水位533.00 m，200 年一遇洪水洪峰流量為1 089 m3/s，1 000 年一遇洪水洪峰流量為1 390 m3/s，需設(shè)置泄水建筑物。溢洪道布置于右岸一埡口處，泄洪洞布置于左岸山體內(nèi)，由導(dǎo)流洞改造而成，庫(kù)周無(wú)低矮埡口存在，地形封閉條件好，不存在庫(kù)岸防滲問題。下水庫(kù)工程主要建筑物包括混凝土面板堆石壩、右岸岸邊有閘門控制式溢洪道和左岸泄洪排沙洞。

大壩壩型為混凝土面板堆石壩，壩頂高程為553.00 m，壩頂寬度10 m，最大壩高80 m，壩頂長(zhǎng)度162.10 m，游壩坡1∶1.4、下游壩坡綜合坡比1∶2.256，壩頂上游側(cè)設(shè)防浪墻，頂高程554.20 m，下游側(cè)設(shè)路肩擋墻。

3.2 分區(qū)方案研究

壩體分區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)砂泥巖料筑壩材料碾壓試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)研究成果，結(jié)合工程區(qū)實(shí)際可用開挖料儲(chǔ)備情況，擬定兩種分區(qū)方案（主要針對(duì)壩體填筑區(qū)）：

方案1：上游堆石區(qū)采用下水庫(kù)工程區(qū)開挖料，下游堆石區(qū)采用上水庫(kù)工程開挖料筑壩；方案2：全斷面利用下水庫(kù)開挖料填筑壩體。

方案1：按可研階段堆石體分區(qū)設(shè)計(jì)成果，分上游堆石區(qū)、下游堆石區(qū)?？紤]到上游堆石壩體是承受水荷載的主要支撐體，要求采用下水庫(kù)工程區(qū)挖開料（單軸飽和抗壓強(qiáng)度≥30 MPa）填筑，下游堆石區(qū)采用下水庫(kù)工程區(qū)開挖的中粗～中細(xì)粒砂巖、泥質(zhì)粉砂巖填筑（單軸飽和抗壓強(qiáng)度≥25 MPa），兩區(qū)填壩料質(zhì)量性能差異小，開挖料中也難以對(duì)其進(jìn)行剔選，且由于分區(qū)斷面面積較小，存在實(shí)施過(guò)程中難以區(qū)分上、下游堆石區(qū)上壩料源；方案2：施工詳圖階段優(yōu)化斷面分區(qū)，不分上、下堆石區(qū)，為方便施工，全斷面采用下水庫(kù)工程區(qū)開挖料。

綜合以上分析，方案2 在現(xiàn)有科研試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，分區(qū)簡(jiǎn)單，壩體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)化，施工組織設(shè)計(jì)也相對(duì)簡(jiǎn)單，便于壩體碾壓施工與質(zhì)量控制，故選擇該方案作為進(jìn)一步的壩體分區(qū)設(shè)計(jì)。大壩優(yōu)化典型剖面參見圖1。

圖1 下水庫(kù)大壩典型剖面圖

3.3 壩體分區(qū)設(shè)計(jì)

3.3.1 分區(qū)原則

堆石壩壩體分區(qū)的目的是確保大壩安全運(yùn)行前提下，根據(jù)壩體各部分受力條件，筑壩材料來(lái)源及強(qiáng)度、滲透性、壓縮性等特性，提出不同要求，有效利用建筑物開挖料筑壩，降低工程造價(jià)，簡(jiǎn)化施工，保護(hù)環(huán)境。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求并參考國(guó)內(nèi)已建軟巖筑壩設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，按照以下原則分區(qū)：

1）大壩筑壩料巖性為細(xì)?！写至Ｉ皫r夾泥質(zhì)粉砂巖，質(zhì)量及工程特性可滿足填筑面板堆石壩要求等，但由于難以剔除爆破料中的泥質(zhì)粉砂巖等軟巖，因此需要考慮壩體設(shè)置專門“L”型排水區(qū)。

2）盡可能多利用下水庫(kù)溢洪道、進(jìn)/出水口開挖的灰色、灰綠色細(xì)粒砂巖料，降低大壩工程造價(jià)。

3）從上游到下游的壩料變形模量基本相當(dāng)，以保證蓄水后壩體變形盡可能小。

4）分區(qū)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，以利于施工。

根據(jù)分區(qū)原則和方法，將下水庫(kù)大壩壩體共分為6 個(gè)區(qū)，分別為墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、排水區(qū)、堆石區(qū)、排水棱體、下游堆渣區(qū)及上游鋪蓋區(qū)。對(duì)壩體材料分區(qū)進(jìn)行了大壩復(fù)核計(jì)算，成果表明，分區(qū)方式合理可行。

3.3.2 主要分區(qū)情況

1）墊層區(qū)（2A）和特殊墊層小區(qū)（2B）。墊層區(qū)位于混凝土面板的底部，特殊墊層小區(qū)設(shè)在可能產(chǎn)生集中滲漏的薄弱部位周邊縫附近。墊層區(qū)水平寬度3 m，同時(shí)在岸坡及壩基部位向下游延伸10～15 m，墊層料采用灰?guī)r料人工加工而成（外購(gòu)）。

2）過(guò)渡層區(qū)（3A）和接坡帶區(qū)。過(guò)渡區(qū)包括上游過(guò)渡區(qū)、岸坡過(guò)渡區(qū)。上游過(guò)渡區(qū)的主要作用是防止墊層區(qū)（2A）的細(xì)顆粒流失，級(jí)配按反濾原則設(shè)計(jì)，其水平寬度4 m，采用灰?guī)r料（外購(gòu)）人工加工而成。堆石與岸坡接觸帶設(shè)寬2.0 m 接坡帶區(qū)，以保證堆石與岸坡接觸部位碾壓密實(shí)，接坡帶料采用下水庫(kù)區(qū)洞挖料，主要為微風(fēng)化～新鮮砂巖料。

3）堆石區(qū)（3B）。堆石區(qū)是壩體承受水壓的主要部位，亦是受壓后變形的敏感部位。下水庫(kù)用于筑壩的開挖料巖性為細(xì)粒砂巖、含礫砂巖、中至粗粒砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖。細(xì)粒砂巖飽和抗壓強(qiáng)度一般可達(dá)40～60 MPa，屬中硬巖；中至粗粒砂巖飽和抗壓強(qiáng)度為22～30 MPa，屬較軟巖；泥質(zhì)粉砂巖飽和抗壓強(qiáng)度為7～10 MPa，為軟巖。因開挖時(shí)難以剔除爆破料中的泥質(zhì)粉砂巖等軟巖料，碾壓后易形成泥結(jié)板。壩體全斷面采用砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖填筑，根據(jù)筑壩材料試驗(yàn)研究成果，碾壓后的堆石體滲透系數(shù)為10-2～10-4，滲透性能較差。

4）排水區(qū)（3D）。因開挖時(shí)難以剔除爆破料中的泥質(zhì)粉砂巖等軟巖，堆石體滲透性不能滿足自由排水要求，因此需要考慮壩體內(nèi)上游設(shè)置豎向排水區(qū)，沿底部設(shè)置水平排水區(qū)。即在堆石區(qū)上游部位，緊靠過(guò)渡區(qū)設(shè)豎向排水區(qū)（頂部水平厚度3.0 m），河床部位高程494.00 m 以下設(shè)水平排水區(qū)。水平排水區(qū)基槽內(nèi)采用砂巖排水料填筑；基槽以上建基面排水區(qū)先采用外購(gòu)灰?guī)r料填筑4.0 m，緊接其上再采用砂巖排水料填筑。

5）下游護(hù)坡（P）。為了下游壩坡穩(wěn)定、建設(shè)綠色生態(tài)工程，大壩下游壩坡采用C25 混凝土網(wǎng)格梁+水保綠化措施進(jìn)行坡面防護(hù)。

6）上游鋪蓋區(qū)（1A）。在面板上游高程509.00 m以下，設(shè)置鋪蓋（以粉細(xì)沙、沙壤土、粘土為主）起輔助防滲作用，鋪蓋頂寬4.0 m，上游坡1∶1.6。

7）蓋重區(qū)（1B）。蓋重區(qū)覆蓋在上游鋪蓋上，維持上游鋪蓋區(qū)的穩(wěn)定，并起保護(hù)作用，蓋重區(qū)頂部高程與粘土鋪蓋相同，頂寬6 m，上游坡比1∶2.5，采用大壩開挖的級(jí)配較好的石碴料填筑。

3.4 壩體各分區(qū)材料設(shè)計(jì)和填筑標(biāo)準(zhǔn)

3.4.1 墊層區(qū)

為保證墊層區(qū)具有較高抗剪強(qiáng)度，滿足內(nèi)部滲透穩(wěn)定要求和上游壩坡穩(wěn)定要求，墊層料采用開挖的新鮮、微風(fēng)化灰?guī)r石料經(jīng)人工破碎加工而成，最大粒徑80 mm，粒徑小于5 mm 的含量為35%～50%，小于0.075 mm 的顆粒含量為4%～6%，連續(xù)級(jí)配，曲率系數(shù)為1～3，不均勻系數(shù)大于5，墊層料的超徑顆粒含量不應(yīng)大于3%。設(shè)計(jì)壓實(shí)后指標(biāo)：干密度≥2.20 g/cm3，孔隙率≤18%，滲透系數(shù)為1×10-3～1×10-2cm/s。

3.4.2 特殊墊層區(qū)

特殊墊層料采用開挖的新鮮、微風(fēng)化灰?guī)r石料經(jīng)人工破碎加工而成。最大粒徑40 mm，粒徑小于5 mm的含量為46%～62.5%，小于0.075 mm 的顆粒含量為5%～10%，連續(xù)級(jí)配，曲率系數(shù)為1～3，不均勻系數(shù)大于5，特殊墊層料的超徑顆粒含量不應(yīng)大于3%。設(shè)計(jì)壓實(shí)后指標(biāo)：干密度≥2.20 g/cm3，孔隙率≤18%，滲透系數(shù)為1×10-3～1×10-2cm/s。

3.4.3 過(guò)渡區(qū)

壩體過(guò)渡層料采用微風(fēng)化～新鮮的爆破灰?guī)r石料，最大粒徑為300 mm，粒徑小于5 mm 的含量為15%～30%，粒徑小于0.075 mm 的含量控制在5%以內(nèi)。曲率系數(shù)為1～3，不均勻系數(shù)大于5。設(shè)計(jì)壓實(shí)后指標(biāo)：干密度≥2.10 g/cm3，孔隙率≤20%，滲透系數(shù)大于1×10-3～1×10-2cm/s。

3.4.4 堆石區(qū)

堆石區(qū)采用微風(fēng)化～部分分散弱風(fēng)化主體建筑物開挖料（單軸飽和抗壓強(qiáng)度≥25 MPa），最大粒徑800 mm，粒徑小于5 mm 的含量不超過(guò)20%，粒徑小于0.075 mm 的含量不超過(guò)5%。曲率系數(shù)為1～3，不均勻系數(shù)大于5。設(shè)計(jì)壓實(shí)后指標(biāo)：干密度≥2.08 g/cm3，孔隙率≤19%。

3.4.5 排水區(qū)

壩體豎向排水層水平頂部寬度為3.00 m，采用下水庫(kù)工程區(qū)紫灰色、灰色至灰綠色細(xì)粒砂巖料（飽和抗壓強(qiáng)度≥45 MPa）或外購(gòu)爆破灰?guī)r料，最大粒徑800 mm，粒徑小于5 mm 的含量為0%～5%。曲率系數(shù)為1～3，不均勻系數(shù)大于5。設(shè)計(jì)壓實(shí)后指標(biāo)：干密度≥2.05 g/cm3，孔隙率≤22%，滲透系數(shù)大于1×10-2～1×10-1cm/s。

3.4.6 反濾料

反濾料采用新鮮、微風(fēng)化灰?guī)r石料經(jīng)人工破碎加工而成。最大粒徑40 mm，粒徑小于5 mm 的含量為40%～60%，小于0.075 mm 的顆粒含量不大于5%，連續(xù)級(jí)配，曲率系數(shù)為1～3，不均勻系數(shù)大于5，超徑顆粒含量不應(yīng)大于3%。設(shè)計(jì)壓實(shí)后指標(biāo)：干密度≥2.18 g/cm3，孔隙率≤18%，滲透系數(shù)為1×10-3～1×10-2cm/s。

3.4.7 堆石排水棱體

堆石排水棱體設(shè)置在壩腳堆渣體下游底部，橫斷面呈梯形，頂寬2 m，頂部高程495.30 m，最大高度15.30 m，上游坡1∶1.0，下游坡1∶1.4。上游面與堆渣體底部排水區(qū)相接，之間設(shè)反濾層，以順暢排走壩體滲漏水。

堆石排水棱體石料采用下水庫(kù)爆破開挖的新鮮細(xì)粒砂巖料（飽和抗壓強(qiáng)度≥50 MPa），最大粒徑1000mm。

4 壩體分區(qū)填筑參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)科研碾壓試驗(yàn)成果，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，擬定壩體各分區(qū)填筑參數(shù)如表1。

表1 壩體分區(qū)主要填筑參數(shù)表

5 結(jié)語(yǔ)

蟠龍抽水蓄能電站大壩為紅層地區(qū)軟巖料填筑面板堆石壩，壩坡穩(wěn)定及壩體變形控制是大壩設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，壩體的合理分區(qū)和嚴(yán)格的填筑標(biāo)準(zhǔn)對(duì)控制壩體變形至關(guān)重要。針對(duì)工程區(qū)料源巖性、儲(chǔ)量，大壩壩體結(jié)構(gòu)從上游至下游分墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、排水區(qū)、堆石區(qū)、下游堆渣區(qū)等，嚴(yán)格按照規(guī)范要求以及參考類似軟巖筑壩工程對(duì)壩體不同部位的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)科研碾壓試驗(yàn)成果，適當(dāng)調(diào)整粒徑級(jí)配范圍，調(diào)整各分區(qū)填筑碾壓參數(shù)，以方便現(xiàn)場(chǎng)施工，最終實(shí)現(xiàn)施工詳圖階段壩體分區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。