安徽績溪抽水蓄能電站上水庫設(shè)計

趙 琳，雷顯陽，郎玲芳

（中國電建華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江省杭州市 310014）

1 上水庫工程布置

績溪抽水蓄能電站位于安徽省績溪縣伏嶺鎮(zhèn)，靠近皖江城市帶，鄰近江蘇省。站點(diǎn)位于皖電東送輸電通道上，接入系統(tǒng)便利。工程樞紐建筑物主要包括上水庫、輸水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及開關(guān)站、下水庫等。電站裝機(jī)容量1800MW，屬一等大（1）型工程，具有日調(diào)節(jié)性能[1]。

上水庫位于登源河的北支流赤石坑溝源頭段，屬于峽谷河道型水庫，水庫四周地形具有良好的封閉性，成庫條件十分優(yōu)越。壩址以上控制流域面積1.8km2，正常蓄水位以下庫容980萬m3，其中調(diào)節(jié)庫容867萬m3。

上水庫主要建筑物包括大壩、庫岸公路、庫岸防護(hù)、庫尾石料場等，上水庫不設(shè)溢洪道，平面布置如圖1所示。

上水庫正常蓄水位 961.00m，死水位 921.00m，按200年一遇洪水設(shè)計，2000年一遇洪水校核。大壩采用鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程966.20m，壩頂寬10.0m，最大壩高117.7m（壩軸線處），壩頂長336.0m。

為了滿足上水庫有效庫容的要求，對庫尾山脊石料場進(jìn)行開挖，開挖平臺底高程為930.00m，總計開挖石料約192萬m3。開挖的石料除滿足上水庫大壩填筑需要外，剩余部分用作下水庫大壩上游堆石區(qū)壩體填筑。

圖1 安徽績溪抽水蓄能電站上水庫平面布置圖（單位：m）Figure 1 Layout plan of upper reservoir of Jixi pumped storage power station in Anhui province （unit：m）

上水庫庫岸整體穩(wěn)定，水庫的地形條件和水文地質(zhì)條件封閉性好，水庫蓄水后無永久性滲漏問題。

上水庫沿庫周設(shè)環(huán)庫的庫岸公路，路面高程966.20m，全長約4.2km。

2019年6月6日，績溪抽水蓄能電站上水庫下閘蓄水；2019年12月19日，1號機(jī)組正式運(yùn)行。

2 鋼筋混凝土面板堆石壩

上水庫大壩壩址位于赤石坑溝林場營地下游約200m，溝谷狹窄，呈“V”形，溝底高程835～865m。壩址區(qū)覆蓋層薄，弱風(fēng)化基巖多裸露，巖質(zhì)堅硬。壩區(qū)發(fā)育f13～f15、f36等斷層，斷層寬0.1～0.5m，充填碎裂巖、碎粉巖等?；鶐r巖性為粉砂巖和燕山晚期侵入的（似）斑狀花崗巖，呈熔融狀接觸。左岸卸荷深度、強(qiáng)度均大于右岸，強(qiáng)卸荷水平深度左岸為39～46m，右岸為5～12m；弱卸荷水平深度左岸為52～64m，右岸為16～38m。趾板地基以弱卸荷巖體為主，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD值低，以較破碎～完整性差為主，局部破碎，弱～微透水，局部仍存在中等透水巖體，巖體相對隔水層（q≤1Lu）埋藏深，壩基存在滲漏問題；壩址兩岸上、下游均有沖溝切割，淺表部巖體較破碎～完整性差，兩壩頭地下水位和相對隔水層頂板（q≤1Lu）埋藏深，水庫蓄水后存在繞壩滲漏問題。

上水庫大壩壩型采用鋼筋混凝土面板堆石壩。壩頂高程966.20m，上游設(shè)防浪墻，墻頂高程967.40m。最大壩高117.70m（壩軸線處），壩頂長度336.00m，壩頂寬度10.0m。壩體上、下游壩坡坡比均為1：1.4，下游壩坡每隔20m設(shè)一級馬道，馬道寬3m。大壩下游采用0.5m厚干砌塊石護(hù)坡，塊石最小粒徑為40cm。壩腳設(shè)混凝土量水堰。

根據(jù)地形地質(zhì)條件，大壩采用正向排水設(shè)計，大壩壩體典型剖面如圖2所示。

圖2 大壩壩體典型剖面圖（單位：m）Figure 2 Typical section of dam body （unit：m）

根據(jù)壩址區(qū)工程地質(zhì)條件，將河床部位趾板基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化巖體上部，開挖深度6～8m；右岸挖除強(qiáng)卸荷破碎巖體后，趾板基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化、弱卸荷巖體上部，開挖深度6～15m。由于左岸強(qiáng)卸荷巖體最大深度達(dá)46m，全部挖除開挖量大，且將形成高邊坡，經(jīng)多方案比較后，決定抬高左岸趾板建基面，左岸挖除強(qiáng)卸荷上部破碎巖體，趾板基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化、強(qiáng)卸荷巖體中、下部，開挖深度為4.2～16.5m。對強(qiáng)、弱卸荷區(qū)趾板下游增設(shè)混凝土防滲板（4m寬，0.3m厚），趾板基礎(chǔ)加強(qiáng)灌漿處理[2-3]。

趾板上游開挖邊坡基本上均為弱風(fēng)化、卸荷巖質(zhì)邊坡，左岸為順層、強(qiáng)卸荷邊坡，忌切角開挖。大壩按照地質(zhì)建議開挖坡比設(shè)計、施工：左岸弱風(fēng)化、強(qiáng)卸荷巖體1：0.75；河床及右岸弱風(fēng)化、無卸荷～弱卸荷巖體1：0.5，對開挖后的趾板上游邊坡進(jìn)行全斷面系統(tǒng)排水孔+掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，對局部深層結(jié)構(gòu)面與緩傾角切割組合的塊體，布置長錨桿、錨筋樁、預(yù)應(yīng)力錨索隨機(jī)支護(hù)。開挖后趾板上游邊坡高度：左岸20～53m，河床7～8m，右岸15～41m。

大壩壩基及兩壩肩存在滲漏問題，采用帷幕灌漿防滲處理。考慮巖體卸荷影響，左壩肩～左岸趾板865.00m段布設(shè)二排帷幕，孔距 2m，排距1m。左壩肩帷幕延伸至上水庫正常蓄水位與相對隔水層線（q≤1Lu）相交部位，主帷幕線向左壩肩山體內(nèi)延伸約 60m。防滲底線深入相對隔水層線（q≤1Lu）以下5m。

左岸趾板865.00m以下～右壩肩設(shè)一排帷幕，孔距 2m，帷幕延伸至上水庫正常蓄水位與相對隔水層線（q≤1Lu）相交部位，帷幕線向右壩肩山體內(nèi)延伸約54m。防滲底線深入相對隔水層線（q≤1Lu）以下5m。

大壩及兩岸基礎(chǔ)帷幕防滲布置如圖3所示。

圖3 上水庫大壩及兩岸基礎(chǔ)帷幕防滲布置（單位：m）Figure 3 Anti seepage arrangement of foundation curtain of upper reservoir dam and both banks （unit：m）

3 上水庫庫盆處理

上水庫庫盆處理包括庫盆防滲、庫盆開挖及防護(hù)、庫盆清理。

上水庫為縱向河谷、峽谷河道水庫，庫岸山體雄厚，地形封閉條件好。庫區(qū)無較大規(guī)模的斷層破碎帶、節(jié)理（裂隙）密集帶通向庫外，右岸近庫尾的沖溝溝源及左岸中部埡口一帶，山體相對單薄，鉆孔長觀孔最低地下水位及庫內(nèi)沖溝地下水出露點(diǎn)均高于正常蓄水位，水庫蓄水后不存在水庫滲漏問題。

為了滿足上水庫有效庫容，降低水庫水位變幅的要求，根據(jù)庫岸周邊地形地質(zhì)條件，對庫尾山脊石料場進(jìn)行開挖。開挖平臺底高程為930.0m，庫岸公路利用966.2m馬道拓寬形成。庫尾石料場總計開挖石料約192萬m3。開挖的石料除滿足上水庫大壩填筑需要外，剩余部分用作下水庫大壩上游堆石區(qū)壩體填筑。庫尾料場區(qū)覆蓋層淺薄，地表弱風(fēng)化砂巖裸露，未發(fā)現(xiàn)崩塌、滑坡等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，自然邊坡穩(wěn)定。巖體卸荷淺，弱卸荷帶深度一般為10～20m，未見大的斷層破碎帶通過。石料場開挖邊坡坡比1：0.5，最大邊坡高度約141m。為保證施工及運(yùn)行期安全，在庫尾石料場開挖邊坡開口線部位設(shè)置被動防護(hù)網(wǎng)+截水溝+鎖口砂漿錨桿。開挖坡面進(jìn)行全斷面系統(tǒng)排水孔+掛網(wǎng)噴錨支護(hù)。庫岸公路以上邊坡馬道上設(shè)置混凝土種植槽，進(jìn)行邊坡綠化。

上水庫區(qū)兩岸地形基本對稱，坡度為30°～40°，兩岸弱風(fēng)化基巖多裸露，巖性主要為粉砂巖，巖質(zhì)堅硬。水庫蓄水后，除局部卸荷松動巖（塊）在庫水影響下，會產(chǎn)生小范圍塌滑外，自然庫岸穩(wěn)定性較好。上水庫庫盆較長，因此對庫岸防護(hù)采用分區(qū)處理方案，近壩區(qū)及進(jìn)/出水口區(qū)域重點(diǎn)防護(hù)，其他部位以盡可能減少處理工程量為原則。壩軸線上游500m范圍內(nèi)，清坡至基巖后進(jìn)行隨機(jī)噴、錨支護(hù)；大壩兩岸50m范圍、進(jìn)/出水口兩側(cè)50m范圍進(jìn)行系統(tǒng)噴、錨支護(hù)處理。前期地表測繪共發(fā)現(xiàn)6處危巖體，單體方量100～200m3，采取撬挖清除，布置隨機(jī)錨桿、錨筋樁等支護(hù)處理。在右岸壩前沖溝高程1000～1100m范圍內(nèi)分布有人工堆積礦渣，總方量約為2000m3。堆積礦渣穩(wěn)定性差，暴雨時可能形成碎屑流或小型泥石流，順溝入庫，產(chǎn)生一定的水庫淤積和安全隱患，全部清除處理。

水庫清理以庫岸公路為界，清除庫岸公路以下全部植被、樹根、腐殖土，厚約0.2m。

4 上水庫庫岸公路

上水庫沿庫周設(shè)環(huán)庫的庫岸公路，路面高程966.20m，全長約4205m。庫岸公路分為兩段，水庫右側(cè)段庫岸公路（右壩頭—進(jìn)/出水口—庫尾石料場）路面寬度6.5m，路基寬度7.5m，長約1940m；水庫左側(cè)段庫岸公路（左壩頭—庫尾石料場）按便道設(shè)計，路面寬度3.5m，路基寬度4.5m，長約2250m；漸變段長15m。庫岸公路設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽-40；公路等級為水電工程場內(nèi)三級；設(shè)計行車速度為20km/h；水泥混凝土路面。

公路全線無橋梁，共設(shè)鋼筋混凝土蓋板涵1道。

5 上水庫工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

（1）土石方平衡復(fù)雜、實際操作難度較大。

本工程下庫區(qū)基巖為粗?；◢弾r，總體風(fēng)化較深，絕大部分明挖料呈強(qiáng)風(fēng)化狀，飽和抗壓強(qiáng)度3～10MPa，屬軟巖。下水庫大壩為混凝土面板堆石壩。根據(jù)土石方平衡規(guī)劃，需要從上下庫連接公路回采8萬m3新鮮石料、下水庫進(jìn)/出水口開挖約3.53萬m3新鮮石料、下水庫洞挖料中轉(zhuǎn)料場回采約14.4萬m3弱風(fēng)化新鮮石料、上水庫庫尾石料場運(yùn)送79.6萬m3弱風(fēng)化新鮮石料，用于下水庫大壩上游堆石區(qū)填筑。為滿足現(xiàn)場土石方動態(tài)平衡需求，上水庫石料場930.0m以下暫做備用石料場（根據(jù)地形地質(zhì)條件，料場930～921m間可提供備用石料30萬m3）[4]。本工程上下庫連接公路全長約12.8km，壩料重車下行運(yùn)輸風(fēng)險極高。

技施階段，要求參建各方重視地下工程洞挖料的保護(hù)，減少石料的損耗，重視對上下庫連接公路開挖過程中新鮮石料的保護(hù)和堆存，盡量減少石料在運(yùn)輸、回采和加工過程中的損耗，做好中轉(zhuǎn)料場的管理，避免料源被人為污染。經(jīng)過各方努力，最終土石方平衡較為理想，并未啟動上水庫備用料場。

技施階段，參建各方高度重視壩料重車下行運(yùn)輸風(fēng)險問題，引入大壩填筑碾壓質(zhì)量GPS自動監(jiān)測與反饋控制系統(tǒng)，監(jiān)測石料運(yùn)輸；采取在上下庫連接公路臨邊側(cè)布置雙層波形鋼護(hù)欄，在公路內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎處布置防撞水箱，在公路平緩處布置停車場地，公路沿線布置安全標(biāo)語等措施。經(jīng)過各方努力，最終實現(xiàn)壩料重車下行零事故。

（2）施工項目上、下交叉，施工干擾嚴(yán)重，施工安全突出[5]。

上水庫地形較陡峻，庫盆為狹谷河道型，施工場地布置較為困難。

上、下水庫工程在施工過程中，多個項目交叉作業(yè)，施工高峰期車流量大，人員多，需選擇合理的施工程序、先進(jìn)的施工方法和精細(xì)的現(xiàn)場管理，才能保證建筑物系統(tǒng)安全，確保施工期人員、設(shè)備安全。

工程區(qū)施工項目，呈垂直、平面分布狀態(tài)，面積包括整個抽水蓄能電站，在短期內(nèi)投入大量的機(jī)械設(shè)備和人員進(jìn)行施工，對施工機(jī)械和施工人員的安全，存在潛在的威脅。在施工期間，必須加強(qiáng)安全管理，落實安全施工措施，確保施工人員和機(jī)械設(shè)備的安全。

技施階段，嚴(yán)格要求避免空間立體交叉作業(yè)；大壩、料場等重點(diǎn)部位由施工單位安排安全員，對來往車輛、人員等進(jìn)行必要的提醒。

上水庫海拔較高，冬季溫度較低（據(jù)下水庫壩址專用氣象站2011年統(tǒng)計，1～3月、12月最低氣溫在-8.9～-2.8℃），對土石開挖、填筑、混凝土面板澆筑等均有較大制約，進(jìn)而影響施工進(jìn)度，需充分認(rèn)識和重視低溫季節(jié)對上水庫工程的影響。

技施階段，要求加強(qiáng)上水庫氣象預(yù)測，確保寒流來臨前的施工準(zhǔn)備工作；在日平均氣溫穩(wěn)定在5℃以下，或日最低氣溫在-3℃以下時，大壩面板、趾板等嚴(yán)格遵照《水工混凝土施工規(guī)范》的規(guī)定，按低溫季節(jié)混凝土施工措施執(zhí)行；在混凝土澆筑過程中做好養(yǎng)護(hù)和保溫工作，已澆筑混凝土外露面掛EPE保溫被保護(hù)；控制混凝土澆筑過程中內(nèi)外溫差不大于20℃；混凝土運(yùn)輸設(shè)備覆蓋保溫材料進(jìn)行保溫[6]。

（3）兩岸卸荷裂隙發(fā)育，左岸順層巖體開挖。

上水庫（壩）為峽谷河道水庫，兩岸地形坡度較大，一般30°～40°，局部大于45°，庫岸主要由層狀砂巖組成，地層總體產(chǎn)狀為N65°～85°W，NE∠55°～85°。卸荷裂隙較發(fā)育，其中壩址區(qū)：左岸強(qiáng)卸荷水平深度39～46m，弱卸荷水平深度62～64m；右岸強(qiáng)卸荷水平深度6～12m，弱卸荷水平深度16～38m[2]。庫區(qū)：左岸強(qiáng)卸荷水平深度6～39m，弱卸荷水平深度44～56m；右岸強(qiáng)卸荷水平深度0～8m，弱卸荷水平深度4～22m。庫尾石料場：強(qiáng)卸荷不發(fā)育，弱卸荷水平深度19～38m。

左岸為層狀順向結(jié)構(gòu)邊坡，層面裂隙、層間擠壓破碎帶、順層卸荷裂隙及右岸淺表部的中緩傾角順坡卸荷裂隙較發(fā)育，與其他結(jié)構(gòu)面切割組合，在邊坡上可形成穩(wěn)定性差～不穩(wěn)定塊體，受開挖爆破、切腳等因素影響，易產(chǎn)生順坡塌滑[1，7-8]。

上水庫（壩）區(qū)局部長大節(jié)理、卸荷裂隙較發(fā)育，相互切割，形成了多處規(guī)模不大的危巖體或穩(wěn)定性差的巖塊（體），危巖體受工程施工擾動及暴雨等影響，易失穩(wěn)。

技施階段，要求大壩左岸趾板、左岸壩肩段庫岸公路開挖邊坡嚴(yán)格按照藍(lán)圖要求開挖，避免切角開挖。邊坡嚴(yán)格按照自上而下臺階法開挖，噴錨支護(hù)及時跟進(jìn)。嚴(yán)禁自下而上或采取倒懸的開挖方法。要求上一級邊坡開挖支護(hù)及處理并驗收合格后方允許開挖下一級邊坡，確保施工期人員安全。施工過程中對于處于不良地質(zhì)地段的邊坡，發(fā)現(xiàn)邊坡不穩(wěn)定時應(yīng)及時提出，以便調(diào)整邊坡支護(hù)參數(shù)。對壩軸線上游500m、下游200m范圍內(nèi)查明的危巖體進(jìn)行翹挖清除，布置隨機(jī)錨桿、錨筋樁等支護(hù)，并在該范圍庫岸公路靠山側(cè)布置被動防護(hù)網(wǎng)支護(hù)。對建筑物區(qū)以外的庫區(qū)，撬挖清除查明的6處危巖體，布置隨機(jī)錨桿、錨筋樁等支護(hù)。清除右岸壩前沖溝高程1000～1100m范圍內(nèi)人工堆積礦渣，總方量約為2000m3。

（4）引入數(shù)字化大壩建設(shè)。

考慮到績溪抽水蓄能電站土石方平衡復(fù)雜，實際操作難度較大，壩料重車下行安全性等因素，本工程引入了大壩填筑碾壓質(zhì)量GPS自動監(jiān)測與反饋控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由監(jiān)控中心、網(wǎng)絡(luò)中繼站、現(xiàn)場分控站、GPS基準(zhǔn)站和移動遠(yuǎn)端（或GPS 流動站，包括施工振動碾和工程監(jiān)理車）等部分組成，主要實現(xiàn)如下功能：①實時動態(tài)監(jiān)測碾壓機(jī)械運(yùn)行軌跡，自動計算碾壓機(jī)械在壩面上的碾壓遍數(shù)、激振力和運(yùn)行速度，并在壩面施工三維數(shù)字地圖上可視化顯示；②動態(tài)測量大壩各區(qū)各層壩料的攤鋪厚度及碾壓后的壓實厚度，由此計算大壩各點(diǎn)壩料碾壓后的壓實程度，并在壩面施工三維數(shù)字地圖上可視化顯示；③實時動態(tài)監(jiān)測上水庫庫尾石料場的開挖以及石料的運(yùn)輸；④將上述動態(tài)數(shù)據(jù)自動寫入數(shù)據(jù)庫，以備后續(xù)應(yīng)用分析；⑤根據(jù)自動測量的施工數(shù)據(jù)，對大壩填筑過程進(jìn)行實時監(jiān)控。當(dāng)填筑過程中的攤鋪厚度超過規(guī)定、或有漏碾、超速、或碾壓后壩料的壓程實度未達(dá)到規(guī)定值時，能夠自動提示施工管理人員和質(zhì)量監(jiān)理人，以便他們及時指示返工或調(diào)整，使施工質(zhì)量在整個施工過程中始終處于受控狀態(tài)。

6 結(jié)束語

績溪抽水蓄能電站上水庫大壩采用硬巖筑壩，充分利用進(jìn)/出水口、上水庫石料場等部位的開挖石料，大大減少了工程棄渣；通過方案優(yōu)化，將左岸趾板建基于弱風(fēng)化、強(qiáng)卸荷巖體中、下部，降低了趾板上游順層卸荷邊坡開挖高度和施工風(fēng)險；對于大壩左岸順層卸荷邊坡，采用地質(zhì)建議坡比設(shè)計，避免切角開挖，并要求開挖一級支護(hù)一級。

上水庫庫尾石料場需運(yùn)送約80萬m3硬巖料用于下水庫大壩上游堆石區(qū)填筑，重車下行、長距離運(yùn)輸風(fēng)險極高。本工程通過引入大壩填筑碾壓質(zhì)量GPS自動監(jiān)測與反饋控制系統(tǒng)、在上下庫連接公路臨邊側(cè)布置雙層波形鋼護(hù)欄，在公路內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎處布置防撞水箱，在公路平緩處布置停車場地，公路沿線布置安全標(biāo)語等措施，最終實現(xiàn)壩料重車下行零事故，值得同類工程參考。

績溪抽水蓄能電站土石方平衡復(fù)雜，實際操作難度較大，招標(biāo)施工圖階段引入大壩填筑碾壓質(zhì)量GPS自動監(jiān)測與反饋控制系統(tǒng)，進(jìn)一步確保上、下水庫大壩壩體填筑質(zhì)量整體可控。