砌石坝在抽水蓄能电站的应用

2010-01-18黄河勘测规划设计有限公司

河南水利与南水北调 2010年7期

关键词：溢流坝段砌石堆石坝

□刘军 □李艳（黄河勘测规划设计有限公司）

□张淑英（郑州市机械化水利建筑工程处）

砌石坝在抽水蓄能电站的应用

□刘军 □李艳（黄河勘测规划设计有限公司）

□张淑英（郑州市机械化水利建筑工程处）

宝泉抽水蓄能电站上水库副坝通过对浆砌石重力坝、沥青混凝土面板堆石坝、组合坝等不同坝型的比较，最终采用浆砌石坝型。浆砌石坝具有坝体工程量小，对上水库有效库容影响较小的优点，并充分发挥了当地修建砌石坝的优势，加快了施工进度，节省了工程投资。浆砌石坝在抽水蓄能电站的应用为以后水电工程的建设积累了有益的经验。

抽水蓄能；浆砌石坝；沥青混凝土面板堆石坝；双面防渗

一、工程概况

河南省宝泉抽水蓄能电站位于河南省辉县市薄壁镇大王庙以上2.5km的峪河上，对外交通十分方便，电站装机容量1200MW。在电网中主要担任调峰、填谷任务，同时还兼顾旋转备用、调频、调相等功能。

电站工程规模为大（1）型，上库主坝、副坝均为1级建筑物。上水库主坝为沥青混凝土面板堆石坝,坝顶高程791.90m，最大坝高93.90m，副坝为浆砌石坝，坝顶高程791.90m，设一环库公路宽10m，与坝顶同高程。正常蓄水位789.60m，总库容840.0万m3。库盆采用沥青混凝土护坡，粘土铺盖护底全面防渗方案。

二、坝型比较

上水库位于东沟沟口，东沟村以上两岸山体陡峻，河床狭窄，谷底平均宽度约30m，上东沟村以上约60m处，791.90m高程时，天然库容仅17.30万m3。环库公路以上最大削坡高度近50m，平均削坡高度30m，工程量较大，施工也有一定难度。通过对上水库库尾地形、地质条件、库尾削坡、衬护工程量、可利用库容、库盆形状的综合分析认为，大量的开挖工程量（约30万m3）和沥青混凝土衬护仅换来极小的有效库容，因此在库尾修建副坝，在副坝上游右岸设置排水洞，对库盆整体整治和拦碴是有利的。

（一）副坝地质条件

副坝右岸、河床基岩裸露，左岸第四系覆盖层深厚，为块石、碎石、漂石、卵砾石夹砂质壤土，稍密，无胶结，厚度10.25～27.30m。左、右岸坝基基岩为灰岩、钙质页岩、泥质条带灰岩；河床坝基基岩为钙质页岩、页岩和泥灰岩。

强风化带在坝址左岸和河床无出露，右岸厚约4.3m，弱风化下限埋深在左岸为17.85～35.0m，右岸20.0～30.52m，沟床为11.50m。

副坝坝基（肩）岩体为寒武系下统馒头组第二至第五层，表层3.0～7.0m弱风化岩体为中等透水，其余均为弱透水。

坝址区岩石物理力学指标见表1。

表1 岩石物理力学指标表

从副坝坝址区地形地质条件可以看出，岩石较为完整，无大的断层通过，满足修建浆砌石、堆石坝的需要。坝址区石料丰富，石质较好，库区边坡处理亦有大量的土石方。

同时考虑副坝轴线较短，坝高较低，坝体工程量较小，施工场地狭窄，交通不变，上水库石料丰富，当地具有较高的修建砌石坝技术和经验，不再考虑碾压混凝土坝坝型，只对浆砌石重力坝、组合坝（浆砌石重力墙堆石坝）和面板堆石坝等三种坝型进行比选。

（二）浆砌石重力坝

副坝坝顶高程791.9m，顶宽8m，最大坝高36.9m。坝顶长196.5m。设有溢流坝段和非溢流坝段，溢流坝段布置在河床中部偏右岸，总宽度66m，设6个桥墩，桥墩厚度均为1.0m，堰顶设交通桥，桥宽8.0m，两岸为非溢流坝段，上游边坡1：0.7，折坡点高程为785.0m，下游边坡770m高程以上为直立，770m高程以下为1：0.2，大坝采用双面防渗，防渗板采用钢筋混凝土面板，面板厚度1.0m，下游面底部为1.5m，面板内单层双向配筋。坝基设2.0m厚混凝土垫层。

坝基开挖要与库岸开挖相结合，库岸边坡自高程743m起，按1：1.7的坡开挖至副坝坝轴线处，库盆底至副坝之间采用1：4.5的坡连接。为使坝体与库岸沥青混凝土结合，对浆砌石坝下游坡与库岸沥青混凝土接触面进行防渗处理，坝体主要工程量见表2。

表2 浆砌石坝方案坝体主要工程量表

采用浆砌石坝，优点是下游边坡较陡，对上库有效库容影响较小。当地材料能够满足筑坝需求，并且坝基地质条件满足需要。但浆砌石坝机械化施工程度较低，工期较长，石材质量标准难以控制。

（三）沥青混凝土面板堆石坝

沥青混凝土面板堆石坝坝轴线为弧形，坝顶高程791.9m，最大坝高29m，坝顶宽10m。下游坝坡1：1.7，上游坝坡1：1.4。坝体双面防渗，下游坝面设沥青混凝土防渗，上游坝面设钢筋混凝土面板防渗，坝基覆盖层厚度不大，全部清除。坝体主要工程量如下表3。

表3 面板堆石坝方案坝体主要工程量表

项目单位面板堆石坝备注钢筋 t 34.80沥青混凝土面板万m3 0.31碎石垫层万m3 0.95

沥青混凝土面板堆石坝能够利用现有地形，与上水库两岸连接较为简单。但由于东沟上游河道较陡，坝体边坡较缓，坝体下游堆石占据大量的库容，且河道较窄，使排水洞布置较为困难，为防止东沟水渗入上水库，堆石坝也需要上、下游进行防渗处理。为了基本满足两台机组耗能抽水流量宣泄要求，采用堆石坝顶溢流，这对坝体安全运行产生不利影响。

（四）组合坝（浆砌石重力墙堆石坝）

副坝下游侧为堆石，上游侧为浆砌石重力墙，利用重力墙和堆石相互支撑维持稳定。

浆砌石重力墙顶宽4m，上游侧坝坡1：0.3，下游侧坝坡1：0，按重力式挡土墙设计，抗滑、抗倾覆均满足规范要求；堆石坝顶宽6m，下游坡1：1.7，上游依附于浆砌石重力墙上。坝顶长度124m。

副坝下游坝面作为库岸边坡与左右岸衔接，坡度取为1：1.7，与岸坡相同。下游坝面设沥青混凝土面板防止库水外渗，面板为简式断面，整平胶结层10cm，防渗层10cm，沥青玛蹄脂封闭层0.2cm，总厚20.2cm，与库岸沥青混凝土形成闭合防渗体。上游面采用钢筋混凝土面板防渗，面板设计同浆砌石坝方案。

坝基开挖，覆盖层全部清除，坝基面设素混凝土垫层，厚3m。坝顶以上边坡较高，开挖按安全边坡控制，岩面喷混凝土打锚筋保护，且打排水孔以排除岩体渗水。坝体主要工程量如下表4。

表4 组合坝方案坝体主要工程量表

（五）坝型比选

浆砌石坝坝体工程量小，在库尾地形狭窄条件下，库尾以上的泄水建筑物容易布置。但浆砌石单价较高，坝体投资多。且其上游面为钢筋混凝土面板与库岸沥青混凝土连接处的防渗处理较为复杂。

面板堆石坝坝体需要上、下游防渗，上、下游面采用沥青混凝土面板，与库岸防渗形成一体，防渗效果较好。但上游边坡较缓，坡脚较长，使库尾以上泄水建筑物布置困难，并且上游防渗体与两岸连接较为复杂，坝体工程量大。

组合坝下游为沥青面板堆石坝，上游为浆砌石坝。结合了浆砌石坝和堆石坝的优点，既保证了库盆的防渗效果，又减少了坝体方量，同时简化了上游的防渗，以及与两岸的连接，并便于库尾副坝与泄水建筑物的结合布置。但由于东沟上游河道狭窄，施工场地小，容易造成施工相互干扰，施工工序复杂。

综合以上对各种坝型优缺点的分析，为充分发挥当地修建砌石坝优势，副坝采用浆砌石坝方案。

三、浆砌石重力坝设计

副坝由非溢流坝段、溢流坝段组成，坝顶高程791.90m，坝顶长度196.50m，最大坝高36.9m。副坝坝址处的地形地质情况是右岸陡峻，岩石裸露，右岸坡缓，坡积物较厚。排水洞布置在右岸副坝上游，距坝轴线约48m，布置上既要考虑开挖工程量较小，又要兼顾排水洞的布置及安全运行。综合以上各方面因素，溢流坝段布置在河床中部靠左岸，宽66m，为开敞式溢流堰，无闸门控制，上设交通桥。两岸为非溢流坝，右岸非溢流坝段宽90.3m，左岸非溢流坝段宽50.30m，坝顶左、右岸设回车场与环库公路连接。坝轴线为“一”字型并与河流方向基本垂直。