□劉 軍 □李 艷（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司）

□張淑英（鄭州市機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（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司）

□張淑英（鄭州市機械化水利建筑工程處）

寶泉抽水蓄能電站上水庫副壩通過對漿砌石重力壩、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，對上水庫有效庫容影響較小的優(yōu)點，并充分發(fā)揮了當(dāng)?shù)匦藿ㄆ鍪瘔蔚膬?yōu)勢，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。

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，對外交通十分方便，電站裝機容量1200MW。在電網(wǎng)中主要擔(dān)任調(diào)峰、填谷任務(wù)，同時還兼顧旋轉(zhuǎn)備用、調(diào)頻、調(diào)相等功能。

電站工程規(guī)模為大（1）型，上庫主壩、副壩均為1級建筑物。上水庫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)庫公路寬10m，與壩頂同高程。正常蓄水位789.60m，總庫容840.0萬m3。庫盆采用瀝青混凝土護坡，粘土鋪蓋護底全面防滲方案。

二、壩型比較

上水庫位于東溝溝口，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，天然庫容僅17.30萬m3。環(huán)庫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。通過對上水庫庫尾地形、地質(zhì)條件、庫尾削坡、襯護工程量、可利用庫容、庫盆形狀的綜合分析認(rèn)為，大量的開挖工程量（約30萬m3）和瀝青混凝土襯護僅換來極小的有效庫容，因此在庫尾修建副壩，在副壩上游右岸設(shè)置排水洞，對庫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，無膠結(jié)，厚度10.25～27.30m。左、右岸壩基基巖為灰?guī)r、鈣質(zhì)頁巖、泥質(zhì)條帶灰?guī)r；河床壩基基巖為鈣質(zhì)頁巖、頁巖和泥灰?guī)r。

強風(fēng)化帶在壩址左岸和河床無出露，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，庫區(qū)邊坡處理亦有大量的土石方。

同時考慮副壩軸線較短，壩高較低，壩體工程量較小，施工場地狹窄，交通不變，上水庫石料豐富，當(dāng)?shù)鼐哂休^高的修建砌石壩技術(shù)和經(jīng)驗，不再考慮碾壓混凝土壩壩型，只對漿砌石重力壩、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。

壩基開挖要與庫岸開挖相結(jié)合，庫岸邊坡自高程743m起，按1：1.7的坡開挖至副壩壩軸線處，庫盆底至副壩之間采用1：4.5的坡連接。為使壩體與庫岸瀝青混凝土結(jié)合，對漿砌石壩下游坡與庫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)點是下游邊坡較陡，對上庫有效庫容影響較小。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。但漿砌石壩機械化施工程度較低，工期較長，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

項目 單位 面板堆石壩 備注鋼筋 t 34.80瀝青混凝土面板 萬m3 0.31碎石墊層 萬m3 0.95

瀝青混凝土面板堆石壩能夠利用現(xiàn)有地形，與上水庫兩岸連接較為簡單。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，堆石壩也需要上、下游進(jìn)行防滲處理。為了基本滿足兩臺機組耗能抽水流量宣泄要求，采用堆石壩頂溢流，這對壩體安全運行產(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，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。壩頂長度124m。

副壩下游壩面作為庫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水外滲，面板為簡式斷面，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，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，在庫尾地形狹窄條件下，庫尾以上的泄水建筑物容易布置。但漿砌石單價較高，壩體投資多。且其上游面為鋼筋混凝土面板與庫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，與庫岸防滲形成一體，防滲效果較好。但上游邊坡較緩，坡腳較長，使庫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，既保證了庫盆的防滲效果，又減少了壩體方量，同時簡化了上游的防滲，以及與兩岸的連接，并便于庫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，施工場地小，容易造成施工相互干擾，施工工序復(fù)雜。

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

三、漿砌石重力壩設(shè)計

副壩由非溢流壩段、溢流壩段組成，壩頂高程791.90m，壩頂長度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)回車場與環(huán)庫公路連接。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，工程運行以來，上水庫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。

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)計工作。

2010-04-27