砌石壩在抽水蓄能電站的應(yīng)用

□劉 軍 □李 艷（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

□張淑英（鄭州市機(jī)械化水利建筑工程處）

砌石壩在抽水蓄能電站的應(yīng)用

□劉 軍 □李 艷（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

□張淑英（鄭州市機(jī)械化水利建筑工程處）

寶泉抽水蓄能電站上水庫(kù)副壩通過對(duì)漿砌石重力壩、瀝青混凝土面板堆石壩、組合壩等不同壩型的比較，最終采用漿砌石壩型。漿砌石壩具有壩體工程量小，對(duì)上水庫(kù)有效庫(kù)容影響較小的優(yōu)點(diǎn)，并充分發(fā)揮了當(dāng)?shù)匦藿ㄆ鍪瘔蔚膬?yōu)勢(shì)，加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了工程投資。漿砌石壩在抽水蓄能電站的應(yīng)用為以后水電工程的建設(shè)積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。

抽水蓄能；漿砌石壩；瀝青混凝土面板堆石壩；雙面防滲

一、工程概況

河南省寶泉抽水蓄能電站位于河南省輝縣市薄壁鎮(zhèn)大王廟以上2.5km的峪河上，對(duì)外交通十分方便，電站裝機(jī)容量1200MW。在電網(wǎng)中主要擔(dān)任調(diào)峰、填谷任務(wù)，同時(shí)還兼顧旋轉(zhuǎn)備用、調(diào)頻、調(diào)相等功能。

電站工程規(guī)模為大（1）型，上庫(kù)主壩、副壩均為1級(jí)建筑物。上水庫(kù)主壩為瀝青混凝土面板堆石壩,壩頂高程791.90m，最大壩高93.90m，副壩為漿砌石壩，壩頂高程791.90m，設(shè)一環(huán)庫(kù)公路寬10m，與壩頂同高程。正常蓄水位789.60m，總庫(kù)容840.0萬(wàn)m3。庫(kù)盆采用瀝青混凝土護(hù)坡，粘土鋪蓋護(hù)底全面防滲方案。

二、壩型比較

上水庫(kù)位于東溝溝口，東溝村以上兩岸山體陡峻，河床狹窄，谷底平均寬度約30m，上東溝村以上約60m處，791.90m高程時(shí)，天然庫(kù)容僅17.30萬(wàn)m3。環(huán)庫(kù)公路以上最大削坡高度近50m，平均削坡高度30m，工程量較大，施工也有一定難度。通過對(duì)上水庫(kù)庫(kù)尾地形、地質(zhì)條件、庫(kù)尾削坡、襯護(hù)工程量、可利用庫(kù)容、庫(kù)盆形狀的綜合分析認(rèn)為，大量的開挖工程量（約30萬(wàn)m3）和瀝青混凝土襯護(hù)僅換來(lái)極小的有效庫(kù)容，因此在庫(kù)尾修建副壩，在副壩上游右岸設(shè)置排水洞，對(duì)庫(kù)盆整體整治和攔碴是有利的。

（一）副壩地質(zhì)條件

副壩右岸、河床基巖裸露，左岸第四系覆蓋層深厚，為塊石、碎石、漂石、卵礫石夾砂質(zhì)壤土，稍密，無(wú)膠結(jié)，厚度10.25～27.30m。左、右岸壩基基巖為灰?guī)r、鈣質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)條帶灰?guī)r；河床壩基基巖為鈣質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖和泥灰?guī)r。

強(qiáng)風(fēng)化帶在壩址左岸和河床無(wú)出露，右岸厚約4.3m，弱風(fēng)化下限埋深在左岸為17.85～35.0m，右岸20.0～30.52m，溝床為11.50m。

副壩壩基（肩）巖體為寒武系下統(tǒng)饅頭組第二至第五層，表層3.0～7.0m弱風(fēng)化巖體為中等透水，其余均為弱透水。

壩址區(qū)巖石物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 巖石物理力學(xué)指標(biāo)表

從副壩壩址區(qū)地形地質(zhì)條件可以看出，巖石較為完整，無(wú)大的斷層通過，滿足修建漿砌石、堆石壩的需要。壩址區(qū)石料豐富，石質(zhì)較好，庫(kù)區(qū)邊坡處理亦有大量的土石方。

同時(shí)考慮副壩軸線較短，壩高較低，壩體工程量較小，施工場(chǎng)地狹窄，交通不變，上水庫(kù)石料豐富，當(dāng)?shù)鼐哂休^高的修建砌石壩技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，不再考慮碾壓混凝土壩壩型，只對(duì)漿砌石重力壩、組合壩（漿砌石重力墻堆石壩）和面板堆石壩等三種壩型進(jìn)行比選。

（二）漿砌石重力壩

副壩壩頂高程791.9m，頂寬8m，最大壩高36.9m。壩頂長(zhǎng)196.5m。設(shè)有溢流壩段和非溢流壩段，溢流壩段布置在河床中部偏右岸，總寬度66m，設(shè)6個(gè)橋墩，橋墩厚度均為1.0m，堰頂設(shè)交通橋，橋?qū)?.0m，兩岸為非溢流壩段，上游邊坡1：0.7，折坡點(diǎn)高程為785.0m，下游邊坡770m高程以上為直立，770m高程以下為1：0.2，大壩采用雙面防滲，防滲板采用鋼筋混凝土面板，面板厚度1.0m，下游面底部為1.5m，面板內(nèi)單層雙向配筋。壩基設(shè)2.0m厚混凝土墊層。

壩基開挖要與庫(kù)岸開挖相結(jié)合，庫(kù)岸邊坡自高程743m起，按1：1.7的坡開挖至副壩壩軸線處，庫(kù)盆底至副壩之間采用1：4.5的坡連接。為使壩體與庫(kù)岸瀝青混凝土結(jié)合，對(duì)漿砌石壩下游坡與庫(kù)岸瀝青混凝土接觸面進(jìn)行防滲處理，壩體主要工程量見表2。

表2 漿砌石壩方案壩體主要工程量表

采用漿砌石壩，優(yōu)點(diǎn)是下游邊坡較陡，對(duì)上庫(kù)有效庫(kù)容影響較小。當(dāng)?shù)夭牧夏軌驖M足筑壩需求，并且壩基地質(zhì)條件滿足需要。但漿砌石壩機(jī)械化施工程度較低，工期較長(zhǎng)，石材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)難以控制。

（三）瀝青混凝土面板堆石壩

瀝青混凝土面板堆石壩壩軸線為弧形，壩頂高程791.9m，最大壩高29m，壩頂寬10m。下游壩坡1：1.7，上游壩坡1：1.4。壩體雙面防滲，下游壩面設(shè)瀝青混凝土防滲，上游壩面設(shè)鋼筋混凝土面板防滲，壩基覆蓋層厚度不大，全部清除。壩體主要工程量如下表3。

表3 面板堆石壩方案壩體主要工程量表

項(xiàng)目 單位 面板堆石壩 備注鋼筋 t 34.80瀝青混凝土面板 萬(wàn)m3 0.31碎石墊層 萬(wàn)m3 0.95

瀝青混凝土面板堆石壩能夠利用現(xiàn)有地形，與上水庫(kù)兩岸連接較為簡(jiǎn)單。但由于東溝上游河道較陡，壩體邊坡較緩，壩體下游堆石占據(jù)大量的庫(kù)容，且河道較窄，使排水洞布置較為困難，為防止東溝水滲入上水庫(kù)，堆石壩也需要上、下游進(jìn)行防滲處理。為了基本滿足兩臺(tái)機(jī)組耗能抽水流量宣泄要求，采用堆石壩頂溢流，這對(duì)壩體安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

（四）組合壩（漿砌石重力墻堆石壩）

副壩下游側(cè)為堆石，上游側(cè)為漿砌石重力墻，利用重力墻和堆石相互支撐維持穩(wěn)定。

漿砌石重力墻頂寬4m，上游側(cè)壩坡1：0.3，下游側(cè)壩坡1：0，按重力式擋土墻設(shè)計(jì)，抗滑、抗傾覆均滿足規(guī)范要求；堆石壩頂寬6m，下游坡1：1.7，上游依附于漿砌石重力墻上。壩頂長(zhǎng)度124m。

副壩下游壩面作為庫(kù)岸邊坡與左右岸銜接，坡度取為1：1.7，與岸坡相同。下游壩面設(shè)瀝青混凝土面板防止庫(kù)水外滲，面板為簡(jiǎn)式斷面，整平膠結(jié)層10cm，防滲層10cm，瀝青瑪蹄脂封閉層0.2cm，總厚20.2cm，與庫(kù)岸瀝青混凝土形成閉合防滲體。上游面采用鋼筋混凝土面板防滲，面板設(shè)計(jì)同漿砌石壩方案。

壩基開挖，覆蓋層全部清除，壩基面設(shè)素混凝土墊層，厚3m。壩頂以上邊坡較高，開挖按安全邊坡控制，巖面噴混凝土打錨筋保護(hù)，且打排水孔以排除巖體滲水。壩體主要工程量如下表4。

表4 組合壩方案壩體主要工程量表

（五）壩型比選

漿砌石壩壩體工程量小，在庫(kù)尾地形狹窄條件下，庫(kù)尾以上的泄水建筑物容易布置。但漿砌石單價(jià)較高，壩體投資多。且其上游面為鋼筋混凝土面板與庫(kù)岸瀝青混凝土連接處的防滲處理較為復(fù)雜。

面板堆石壩壩體需要上、下游防滲，上、下游面采用瀝青混凝土面板，與庫(kù)岸防滲形成一體，防滲效果較好。但上游邊坡較緩，坡腳較長(zhǎng)，使庫(kù)尾以上泄水建筑物布置困難，并且上游防滲體與兩岸連接較為復(fù)雜，壩體工程量大。

組合壩下游為瀝青面板堆石壩，上游為漿砌石壩。結(jié)合了漿砌石壩和堆石壩的優(yōu)點(diǎn)，既保證了庫(kù)盆的防滲效果，又減少了壩體方量，同時(shí)簡(jiǎn)化了上游的防滲，以及與兩岸的連接，并便于庫(kù)尾副壩與泄水建筑物的結(jié)合布置。但由于東溝上游河道狹窄，施工場(chǎng)地小，容易造成施工相互干擾，施工工序復(fù)雜。

綜合以上對(duì)各種壩型優(yōu)缺點(diǎn)的分析，為充分發(fā)揮當(dāng)?shù)匦藿ㄆ鍪瘔蝺?yōu)勢(shì)，副壩采用漿砌石壩方案。

三、漿砌石重力壩設(shè)計(jì)

副壩由非溢流壩段、溢流壩段組成，壩頂高程791.90m，壩頂長(zhǎng)度196.50m，最大壩高36.9m。副壩壩址處的地形地質(zhì)情況是右岸陡峻，巖石裸露，右岸坡緩，坡積物較厚。排水洞布置在右岸副壩上游，距壩軸線約48m，布置上既要考慮開挖工程量較小，又要兼顧排水洞的布置及安全運(yùn)行。綜合以上各方面因素，溢流壩段布置在河床中部靠左岸，寬66m，為開敞式溢流堰，無(wú)閘門控制，上設(shè)交通橋。兩岸為非溢流壩，右岸非溢流壩段寬90.3m，左岸非溢流壩段寬50.30m，壩頂左、右岸設(shè)回車場(chǎng)與環(huán)庫(kù)公路連接。壩軸線為“一”字型并與河流方向基本垂直。

四、結(jié)論

寶泉抽水蓄能電站已于2008年蓄水、并網(wǎng)發(fā)電，工程運(yùn)行以來(lái)，上水庫(kù)漿砌石副壩一直處于安全、穩(wěn)定狀態(tài)，漿砌石壩在抽水蓄能電站中的成功運(yùn)用不僅加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了工程投資，更為以后水電工程的建設(shè)積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。

劉軍（1975-），男，河南鄭州人，水利工程師，主要從事水利水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

2010-04-27