永泰抽水蓄能電站下庫棄渣場不同階段設(shè)計方案優(yōu)化

李 超，李 博，熊燕梅

(1.福建永泰閩投抽水蓄能有限公司，福建 永泰 350700；2.中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041；3.華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310000)

1 概述

福建永泰抽水蓄能電站位于福州市下轄的永泰縣白云鄉(xiāng)，與福州市、莆田市、泉州市和廈門市的直線距離分別為37 km、60 km、120 km和192 km。

本工程屬于一等大(1)型工程，樞紐主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房及地面開關(guān)站、下水庫等建筑物組成。上水庫正常蓄水位為657.00 m，相應庫容為847.00萬m3；下水庫正常蓄水位為225.00 m，相應庫容為924.00萬m3。電站裝機容量為1 200 MW(4×300 MW)，平均年發(fā)電量為12億kW·h，年抽水電量為16億kW·h。

上水庫位于白云鄉(xiāng)鳳際村，主要建筑物包括1座主壩和4座副壩，均為分區(qū)土石壩，壩頂高程為660.00 m。主壩最大壩高為34.00 m，壩頂長為230.00 m，壩頂寬為8.00 m。輸水系統(tǒng)由引水系統(tǒng)和尾水系統(tǒng)組成，均采用2洞4機的布置形式，總長約為2 039.20 m(沿4#機輸水系統(tǒng)長度)，水平距高比為4.17。引水系統(tǒng)采用兩級斜井布置形式，長約為1119.04 m，洞徑為7.00～3.50 m；尾水系統(tǒng)長約為920.16 m，洞徑為7.40～5.20 m。地下廠房系統(tǒng)主要由主副廠房洞、主變洞、尾閘洞、母線洞、500 kV出線洞、進廠交通洞、通風兼安全洞、排水廊道等附屬洞室及地面開關(guān)站等建筑物組成。主副廠房洞開挖尺寸為170.00 m×24.50 m×54.70 m(長×寬×高)，安裝4臺單機容量為300 MW的立軸單級混流可逆式水輪發(fā)電機組。下水庫位于白云溪上，主要建筑物為1座混凝土重力壩，壩頂高程為232.20 m，最大壩高為55.20 m，壩頂長為175.00 m，壩頂寬為7.00 m。

文章通過福建永泰抽水蓄能電站從招標設(shè)計到施工階段下庫棄渣場堆渣及防護工程施工情況的研究，對調(diào)整原因及思路進行分析，對優(yōu)化措施進行介紹。

2 招標階段設(shè)計方案

下庫棄渣場位于下庫大壩上游芋坑溝，距離大壩約2.10 km。

招標階段渣場規(guī)劃堆渣頂高程為290.00 m，容渣量為262.8萬m3，棄渣堆置坡度按1:3.0控制。棄渣場級別為3級，防洪標準按50年一遇設(shè)計，100年一遇校核。

攔渣工程：在棄渣場坡腳處修建碾壓堆石攔渣壩進行攔擋防護。壩長為102 m，壩頂高程為226 m，最大壩高為17 m，頂寬為5.0 m，外側(cè)坡比為1:1.5，內(nèi)側(cè)坡比為1:1.5。下庫棄渣場226.0 m高程以下區(qū)域要求全部堆置石渣。

排水工程：采用的溝水處理方式為擋水壩+排水明渠。擋水壩采用重力式C20混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，頂寬為2.0 m，上部為2.0 m×2.0 m矩形斷面，下部為梯形斷面，迎水面豎直，背水面邊坡坡度為1:0.7。北溝擋水壩長度為29 m，壩頂高程為296.0 m，最大壩高為7 m；南溝擋水壩長度為27 m，壩頂高程為297.0 m，最大壩高為10 m。北側(cè)排水明渠長度為662.74 m，采用C25混凝土澆筑，凈尺寸為3.0 m×3.0 m(寬×高)，邊墻最小厚為50 cm，底板厚為80 cm。南側(cè)排水明渠長度為826.71 m，用C25混凝土澆筑，凈尺寸為4.5 m×4.5 m(寬×高)，邊墻最小厚為50 cm，底板厚為80 cm。排水明渠末端地形較陡段設(shè)置跌水坎。同時，在渣場周邊設(shè)置截水溝，馬道設(shè)置排水溝，渣場底部沿原始溝道設(shè)置盲溝，排水盲溝采用透水堆石結(jié)構(gòu)，頂寬為5 m，兩側(cè)邊坡坡比為1:1.5，最小厚度為2 m，上部設(shè)置砂礫石和土工布反濾。招標階段下庫渣場堆渣防護設(shè)計方案如圖1所示。

圖1 招標階段下庫渣場堆渣防護設(shè)計方案示意

3 施工圖階段設(shè)計方案優(yōu)化調(diào)整

3.1 優(yōu)化調(diào)整原因

3.1.1攔渣工程調(diào)整

招標階段利用工程棄石料，降低工程投資，攔渣工程采用碾壓堆石結(jié)構(gòu)。但由于工程前期開挖棄渣主要為土料，所需的石料缺乏，無法快速形成渣場攔擋結(jié)構(gòu)，制約工程棄渣。根據(jù)調(diào)查，下庫棄渣場周邊河床砂礫石料較為豐富，可作為筑壩材料，且造價相對常規(guī)混凝土低，因此，下庫渣場攔渣工程調(diào)整為膠凝砂礫石結(jié)構(gòu)。

3.1.2堆渣體形調(diào)整

進場公路芋坑橋位于下庫棄渣場下游溝道出口處，臨近堆渣體，結(jié)合攔渣工程結(jié)構(gòu)形式調(diào)整，存在取消原芋坑橋、公路與堆渣體或與攔渣工程結(jié)合布置的可能性，經(jīng)專題比選分析，推薦堆渣體與公路結(jié)合的布置方案，因此渣場堆渣體型需進行適當調(diào)整(如圖2所示)。

圖2 堆渣體與公路結(jié)合布置示意

3.2 優(yōu)化調(diào)整方案

擬定進場公路芋坑段線路展線從擋渣墻上游的堆渣體通過，線路借助下庫棄渣場坡面形成公路路基，路面高程為235 m。線路平曲線半徑分別為30 m和40 m，縱坡為0%(渣體)、-2%和4.719%。線路過棄渣場段既是公路路基也是棄渣場馬道，因此，該段渣體碾壓要求按公路路基壓實標準執(zhí)行。

在棄渣場坡腳處修建擋墻，擋墻軸線長為115 m，墻頂高程為226 m，最大墻高為18.0 m，頂寬為5.0 m，外側(cè)坡比為1:0.8，內(nèi)側(cè)坡比為1:0.1。墻體斷面采用C1806膠凝砂礫石，基礎(chǔ)采用厚為0.5 m C15承臺混凝土，內(nèi)側(cè)與渣體之間設(shè)置厚為2 m卵石排水層[1]。圖3是擋渣墻典型剖面示意，圖4是施工完成的擋渣墻下游面示意。

圖3 擋渣墻典型剖面示意(單位：高程m，長度mm)

圖4 施工完成的擋渣墻下游面示意

4 施工階段方案優(yōu)化調(diào)整

4.1 優(yōu)化調(diào)整原因

施工單位提出下庫棄渣場剩余堆渣量報告，根據(jù)該報告，經(jīng)施工專業(yè)復核，現(xiàn)場前期標已經(jīng)棄渣46.5萬m3，后續(xù)預計繼續(xù)棄渣43.0萬m3，預計總棄渣量為89.5萬m3，較施工圖現(xiàn)階段去向渣場的棄渣量大幅度減少，考慮棄渣松散系數(shù)，預計渣場量約為99萬m3(松方)。根據(jù)后續(xù)標段招標土石方平衡成果，下庫棄渣場預計還需棄渣約101萬m3(松方)。因此，施工單位提出下庫棄渣場可按200萬m3的總?cè)萘空{(diào)整布置。由于下庫棄渣場設(shè)計總?cè)萘繙p少，渣場頂高程可適度降低，在滿足規(guī)范要求與棄渣需求的前提下，既可減少工程資源的浪費，又可降低工程單價，節(jié)約工程投資，還有利于加快施工進度、提高棄渣堆渣過程的安全性。經(jīng)業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工單位討論，明確渣場頂高程降低10 m，按照280 m進行調(diào)整布置，調(diào)整后渣場總?cè)萘考s為190萬m3，同時為了便于排水明渠施工，南、北排水明渠和擋水壩相應進行高程降低[2]。

4.2 優(yōu)化調(diào)整方案

下庫棄渣場南溝回填棄渣上游端部地形狹窄，兩側(cè)基巖出露，若按原設(shè)計的位置施工擋水壩，渣體填筑還需向沖溝上游延伸約300 m，回填棄渣量約10萬m3，但現(xiàn)場前期標已基本無多余棄渣運往渣場，擋水壩施工存在困難。將擋水壩位置按照現(xiàn)狀堆渣位置下移至溝道地形狹窄處[3]，下移后的擋水壩位置為狹窄山谷，呈“V”字型，左岸259 m高程以下坡度為40°～45°，以上坡度為30°～35°；右岸253 m高程以下坡度為65°～70°，以上坡度為30°～35°。其中溝床表層有厚1～2 m沖洪積漂塊石，下伏弱風化基巖；左右岸255 m高程以下揭露弱風化基巖，255 m高程以上表層為崩坡積碎石土，厚3～5 m不等，下伏風化基巖。下移后的擋水壩位置地形地質(zhì)條件符合筑壩要求[4]。

經(jīng)布置，擋水壩高約為25 m，壩頂高程為270 m，壩頂長為88 m，擋水壩采用C1806膠凝砂礫石填筑。擋水壩下移后，擋水壩工程量增加，但南渠長度減少約300 m，綜合比較總造價減少，且擋水壩和南渠立即可以施工，施工難度降低，可加速渣場永久排水系統(tǒng)的形成，調(diào)整后方案總體趨優(yōu)[5]。

5 結(jié)語

永泰抽水蓄能電站的棄渣場施工方案經(jīng)設(shè)計調(diào)整優(yōu)化，更符合實際施工需求。優(yōu)化后的方案考慮因地制宜的原則，調(diào)整為堆渣體與公路結(jié)合的布置方案，有效地利用進場公路的芋坑段線路，減少了占用耕地面積，有利于減少水土流失，更好地保護了生態(tài)環(huán)境[6]。同時在滿足規(guī)范要求的前提下，降低了施工難度，加快了施工進度，減少了工程造價，降低了工程項目的投資。由于渣場頂高程的調(diào)整降低，棄渣、堆渣過程的安全性相應提高，減少了施工過程中意外事故的發(fā)生。在下庫棄渣場施工過程中，現(xiàn)場設(shè)計人員及時跟蹤各方面情況，主動發(fā)現(xiàn)并針對出現(xiàn)的問題及時調(diào)整已有設(shè)計，使其更加符合現(xiàn)場實際情況，有效保證了永泰抽水蓄能電站后期施工。該方案的成功實施，不僅是方案優(yōu)化調(diào)整，使其取得更為良好的施工效果的一個有效案例，而且此方案具有較明顯的經(jīng)濟效益與社會效益，值得在類似工程施工中推廣應用。