安徽绩溪抽水蓄能电站上水库设计

赵 琳，雷显阳，郎玲芳

（中国电建华东勘测设计研究院有限公司，浙江省杭州市 310014）

1 上水库工程布置

绩溪抽水蓄能电站位于安徽省绩溪县伏岭镇，靠近皖江城市带，邻近江苏省。站点位于皖电东送输电通道上，接入系统便利。工程枢纽建筑物主要包括上水库、输水系统、发电厂房及开关站、下水库等。电站装机容量1800MW，属一等大（1）型工程，具有日调节性能[1]。

上水库位于登源河的北支流赤石坑沟源头段，属于峡谷河道型水库，水库四周地形具有良好的封闭性，成库条件十分优越。坝址以上控制流域面积1.8km2，正常蓄水位以下库容980万m3，其中调节库容867万m3。

上水库主要建筑物包括大坝、库岸公路、库岸防护、库尾石料场等，上水库不设溢洪道，平面布置如图1所示。

上水库正常蓄水位 961.00m，死水位 921.00m，按200年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核。大坝采用钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶高程966.20m，坝顶宽10.0m，最大坝高117.7m（坝轴线处），坝顶长336.0m。

为了满足上水库有效库容的要求，对库尾山脊石料场进行开挖，开挖平台底高程为930.00m，总计开挖石料约192万m3。开挖的石料除满足上水库大坝填筑需要外，剩余部分用作下水库大坝上游堆石区坝体填筑。

图1 安徽绩溪抽水蓄能电站上水库平面布置图（单位：m）Figure 1 Layout plan of upper reservoir of Jixi pumped storage power station in Anhui province （unit：m）

上水库库岸整体稳定，水库的地形条件和水文地质条件封闭性好，水库蓄水后无永久性渗漏问题。

上水库沿库周设环库的库岸公路，路面高程966.20m，全长约4.2km。

2019年6月6日，绩溪抽水蓄能电站上水库下闸蓄水；2019年12月19日，1号机组正式运行。

2 钢筋混凝土面板堆石坝

上水库大坝坝址位于赤石坑沟林场营地下游约200m，沟谷狭窄，呈“V”形，沟底高程835～865m。坝址区覆盖层薄，弱风化基岩多裸露，岩质坚硬。坝区发育f13～f15、f36等断层，断层宽0.1～0.5m，充填碎裂岩、碎粉岩等。基岩岩性为粉砂岩和燕山晚期侵入的（似）斑状花岗岩，呈熔融状接触。左岸卸荷深度、强度均大于右岸，强卸荷水平深度左岸为39～46m，右岸为5～12m；弱卸荷水平深度左岸为52～64m，右岸为16～38m。趾板地基以弱卸荷岩体为主，岩石质量指标RQD值低，以较破碎～完整性差为主，局部破碎，弱～微透水，局部仍存在中等透水岩体，岩体相对隔水层（q≤1Lu）埋藏深，坝基存在渗漏问题；坝址两岸上、下游均有冲沟切割，浅表部岩体较破碎～完整性差，两坝头地下水位和相对隔水层顶板（q≤1Lu）埋藏深，水库蓄水后存在绕坝渗漏问题。

上水库大坝坝型采用钢筋混凝土面板堆石坝。坝顶高程966.20m，上游设防浪墙，墙顶高程967.40m。最大坝高117.70m（坝轴线处），坝顶长度336.00m，坝顶宽度10.0m。坝体上、下游坝坡坡比均为1：1.4，下游坝坡每隔20m设一级马道，马道宽3m。大坝下游采用0.5m厚干砌块石护坡，块石最小粒径为40cm。坝脚设混凝土量水堰。

根据地形地质条件，大坝采用正向排水设计，大坝坝体典型剖面如图2所示。

图2 大坝坝体典型剖面图（单位：m）Figure 2 Typical section of dam body （unit：m）

根据坝址区工程地质条件，将河床部位趾板基础置于弱风化岩体上部，开挖深度6～8m；右岸挖除强卸荷破碎岩体后，趾板基础置于弱风化、弱卸荷岩体上部，开挖深度6～15m。由于左岸强卸荷岩体最大深度达46m，全部挖除开挖量大，且将形成高边坡，经多方案比较后，决定抬高左岸趾板建基面，左岸挖除强卸荷上部破碎岩体，趾板基础置于弱风化、强卸荷岩体中、下部，开挖深度为4.2～16.5m。对强、弱卸荷区趾板下游增设混凝土防渗板（4m宽，0.3m厚），趾板基础加强灌浆处理[2-3]。

趾板上游开挖边坡基本上均为弱风化、卸荷岩质边坡，左岸为顺层、强卸荷边坡，忌切角开挖。大坝按照地质建议开挖坡比设计、施工：左岸弱风化、强卸荷岩体1：0.75；河床及右岸弱风化、无卸荷～弱卸荷岩体1：0.5，对开挖后的趾板上游边坡进行全断面系统排水孔+挂网喷锚支护，对局部深层结构面与缓倾角切割组合的块体，布置长锚杆、锚筋桩、预应力锚索随机支护。开挖后趾板上游边坡高度：左岸20～53m，河床7～8m，右岸15～41m。

大坝坝基及两坝肩存在渗漏问题，采用帷幕灌浆防渗处理。考虑岩体卸荷影响，左坝肩～左岸趾板865.00m段布设二排帷幕，孔距 2m，排距1m。左坝肩帷幕延伸至上水库正常蓄水位与相对隔水层线（q≤1Lu）相交部位，主帷幕线向左坝肩山体内延伸约 60m。防渗底线深入相对隔水层线（q≤1Lu）以下5m。

左岸趾板865.00m以下～右坝肩设一排帷幕，孔距 2m，帷幕延伸至上水库正常蓄水位与相对隔水层线（q≤1Lu）相交部位，帷幕线向右坝肩山体内延伸约54m。防渗底线深入相对隔水层线（q≤1Lu）以下5m。

大坝及两岸基础帷幕防渗布置如图3所示。

图3 上水库大坝及两岸基础帷幕防渗布置（单位：m）Figure 3 Anti seepage arrangement of foundation curtain of upper reservoir dam and both banks （unit：m）

3 上水库库盆处理

上水库库盆处理包括库盆防渗、库盆开挖及防护、库盆清理。

上水库为纵向河谷、峡谷河道水库，库岸山体雄厚，地形封闭条件好。库区无较大规模的断层破碎带、节理（裂隙）密集带通向库外，右岸近库尾的冲沟沟源及左岸中部垭口一带，山体相对单薄，钻孔长观孔最低地下水位及库内冲沟地下水出露点均高于正常蓄水位，水库蓄水后不存在水库渗漏问题。

为了满足上水库有效库容，降低水库水位变幅的要求，根据库岸周边地形地质条件，对库尾山脊石料场进行开挖。开挖平台底高程为930.0m，库岸公路利用966.2m马道拓宽形成。库尾石料场总计开挖石料约192万m3。开挖的石料除满足上水库大坝填筑需要外，剩余部分用作下水库大坝上游堆石区坝体填筑。库尾料场区覆盖层浅薄，地表弱风化砂岩裸露，未发现崩塌、滑坡等不良物理地质现象，自然边坡稳定。岩体卸荷浅，弱卸荷带深度一般为10～20m，未见大的断层破碎带通过。石料场开挖边坡坡比1：0.5，最大边坡高度约141m。为保证施工及运行期安全，在库尾石料场开挖边坡开口线部位设置被动防护网+截水沟+锁口砂浆锚杆。开挖坡面进行全断面系统排水孔+挂网喷锚支护。库岸公路以上边坡马道上设置混凝土种植槽，进行边坡绿化。

上水库区两岸地形基本对称，坡度为30°～40°，两岸弱风化基岩多裸露，岩性主要为粉砂岩，岩质坚硬。水库蓄水后，除局部卸荷松动岩（块）在库水影响下，会产生小范围塌滑外，自然库岸稳定性较好。上水库库盆较长，因此对库岸防护采用分区处理方案，近坝区及进/出水口区域重点防护，其他部位以尽可能减少处理工程量为原则。坝轴线上游500m范围内，清坡至基岩后进行随机喷、锚支护；大坝两岸50m范围、进/出水口两侧50m范围进行系统喷、锚支护处理。前期地表测绘共发现6处危岩体，单体方量100～200m3，采取撬挖清除，布置随机锚杆、锚筋桩等支护处理。在右岸坝前冲沟高程1000～1100m范围内分布有人工堆积矿渣，总方量约为2000m3。堆积矿渣稳定性差，暴雨时可能形成碎屑流或小型泥石流，顺沟入库，产生一定的水库淤积和安全隐患，全部清除处理。

水库清理以库岸公路为界，清除库岸公路以下全部植被、树根、腐殖土，厚约0.2m。

4 上水库库岸公路

上水库沿库周设环库的库岸公路，路面高程966.20m，全长约4205m。库岸公路分为两段，水库右侧段库岸公路（右坝头—进/出水口—库尾石料场）路面宽度6.5m，路基宽度7.5m，长约1940m；水库左侧段库岸公路（左坝头—库尾石料场）按便道设计，路面宽度3.5m，路基宽度4.5m，长约2250m；渐变段长15m。库岸公路设计荷载标准为汽-40；公路等级为水电工程场内三级；设计行车速度为20km/h；水泥混凝土路面。

公路全线无桥梁，共设钢筋混凝土盖板涵1道。

5 上水库工程特点及难点

（1）土石方平衡复杂、实际操作难度较大。

本工程下库区基岩为粗粒花岗岩，总体风化较深，绝大部分明挖料呈强风化状，饱和抗压强度3～10MPa，属软岩。下水库大坝为混凝土面板堆石坝。根据土石方平衡规划，需要从上下库连接公路回采8万m3新鲜石料、下水库进/出水口开挖约3.53万m3新鲜石料、下水库洞挖料中转料场回采约14.4万m3弱风化新鲜石料、上水库库尾石料场运送79.6万m3弱风化新鲜石料，用于下水库大坝上游堆石区填筑。为满足现场土石方动态平衡需求，上水库石料场930.0m以下暂做备用石料场（根据地形地质条件，料场930～921m间可提供备用石料30万m3）[4]。本工程上下库连接公路全长约12.8km，坝料重车下行运输风险极高。

技施阶段，要求参建各方重视地下工程洞挖料的保护，减少石料的损耗，重视对上下库连接公路开挖过程中新鲜石料的保护和堆存，尽量减少石料在运输、回采和加工过程中的损耗，做好中转料场的管理，避免料源被人为污染。经过各方努力，最终土石方平衡较为理想，并未启动上水库备用料场。

技施阶段，参建各方高度重视坝料重车下行运输风险问题，引入大坝填筑碾压质量GPS自动监测与反馈控制系统，监测石料运输；采取在上下库连接公路临边侧布置双层波形钢护栏，在公路内侧转弯处布置防撞水箱，在公路平缓处布置停车场地，公路沿线布置安全标语等措施。经过各方努力，最终实现坝料重车下行零事故。

（2）施工项目上、下交叉，施工干扰严重，施工安全突出[5]。

上水库地形较陡峻，库盆为狭谷河道型，施工场地布置较为困难。

上、下水库工程在施工过程中，多个项目交叉作业，施工高峰期车流量大，人员多，需选择合理的施工程序、先进的施工方法和精细的现场管理，才能保证建筑物系统安全，确保施工期人员、设备安全。

工程区施工项目，呈垂直、平面分布状态，面积包括整个抽水蓄能电站，在短期内投入大量的机械设备和人员进行施工，对施工机械和施工人员的安全，存在潜在的威胁。在施工期间，必须加强安全管理，落实安全施工措施，确保施工人员和机械设备的安全。

技施阶段，严格要求避免空间立体交叉作业；大坝、料场等重点部位由施工单位安排安全员，对来往车辆、人员等进行必要的提醒。

上水库海拔较高，冬季温度较低（据下水库坝址专用气象站2011年统计，1～3月、12月最低气温在-8.9～-2.8℃），对土石开挖、填筑、混凝土面板浇筑等均有较大制约，进而影响施工进度，需充分认识和重视低温季节对上水库工程的影响。

技施阶段，要求加强上水库气象预测，确保寒流来临前的施工准备工作；在日平均气温稳定在5℃以下，或日最低气温在-3℃以下时，大坝面板、趾板等严格遵照《水工混凝土施工规范》的规定，按低温季节混凝土施工措施执行；在混凝土浇筑过程中做好养护和保温工作，已浇筑混凝土外露面挂EPE保温被保护；控制混凝土浇筑过程中内外温差不大于20℃；混凝土运输设备覆盖保温材料进行保温[6]。

（3）两岸卸荷裂隙发育，左岸顺层岩体开挖。

上水库（坝）为峡谷河道水库，两岸地形坡度较大，一般30°～40°，局部大于45°，库岸主要由层状砂岩组成，地层总体产状为N65°～85°W，NE∠55°～85°。卸荷裂隙较发育，其中坝址区：左岸强卸荷水平深度39～46m，弱卸荷水平深度62～64m；右岸强卸荷水平深度6～12m，弱卸荷水平深度16～38m[2]。库区：左岸强卸荷水平深度6～39m，弱卸荷水平深度44～56m；右岸强卸荷水平深度0～8m，弱卸荷水平深度4～22m。库尾石料场：强卸荷不发育，弱卸荷水平深度19～38m。

左岸为层状顺向结构边坡，层面裂隙、层间挤压破碎带、顺层卸荷裂隙及右岸浅表部的中缓倾角顺坡卸荷裂隙较发育，与其他结构面切割组合，在边坡上可形成稳定性差～不稳定块体，受开挖爆破、切脚等因素影响，易产生顺坡塌滑[1，7-8]。

上水库（坝）区局部长大节理、卸荷裂隙较发育，相互切割，形成了多处规模不大的危岩体或稳定性差的岩块（体），危岩体受工程施工扰动及暴雨等影响，易失稳。

技施阶段，要求大坝左岸趾板、左岸坝肩段库岸公路开挖边坡严格按照蓝图要求开挖，避免切角开挖。边坡严格按照自上而下台阶法开挖，喷锚支护及时跟进。严禁自下而上或采取倒悬的开挖方法。要求上一级边坡开挖支护及处理并验收合格后方允许开挖下一级边坡，确保施工期人员安全。施工过程中对于处于不良地质地段的边坡，发现边坡不稳定时应及时提出，以便调整边坡支护参数。对坝轴线上游500m、下游200m范围内查明的危岩体进行翘挖清除，布置随机锚杆、锚筋桩等支护，并在该范围库岸公路靠山侧布置被动防护网支护。对建筑物区以外的库区，撬挖清除查明的6处危岩体，布置随机锚杆、锚筋桩等支护。清除右岸坝前冲沟高程1000～1100m范围内人工堆积矿渣，总方量约为2000m3。

（4）引入数字化大坝建设。

考虑到绩溪抽水蓄能电站土石方平衡复杂，实际操作难度较大，坝料重车下行安全性等因素，本工程引入了大坝填筑碾压质量GPS自动监测与反馈控制系统。该系统由监控中心、网络中继站、现场分控站、GPS基准站和移动远端（或GPS 流动站，包括施工振动碾和工程监理车）等部分组成，主要实现如下功能：①实时动态监测碾压机械运行轨迹，自动计算碾压机械在坝面上的碾压遍数、激振力和运行速度，并在坝面施工三维数字地图上可视化显示；②动态测量大坝各区各层坝料的摊铺厚度及碾压后的压实厚度，由此计算大坝各点坝料碾压后的压实程度，并在坝面施工三维数字地图上可视化显示；③实时动态监测上水库库尾石料场的开挖以及石料的运输；④将上述动态数据自动写入数据库，以备后续应用分析；⑤根据自动测量的施工数据，对大坝填筑过程进行实时监控。当填筑过程中的摊铺厚度超过规定、或有漏碾、超速、或碾压后坝料的压程实度未达到规定值时，能够自动提示施工管理人员和质量监理人，以便他们及时指示返工或调整，使施工质量在整个施工过程中始终处于受控状态。

6 结束语

绩溪抽水蓄能电站上水库大坝采用硬岩筑坝，充分利用进/出水口、上水库石料场等部位的开挖石料，大大减少了工程弃渣；通过方案优化，将左岸趾板建基于弱风化、强卸荷岩体中、下部，降低了趾板上游顺层卸荷边坡开挖高度和施工风险；对于大坝左岸顺层卸荷边坡，采用地质建议坡比设计，避免切角开挖，并要求开挖一级支护一级。

上水库库尾石料场需运送约80万m3硬岩料用于下水库大坝上游堆石区填筑，重车下行、长距离运输风险极高。本工程通过引入大坝填筑碾压质量GPS自动监测与反馈控制系统、在上下库连接公路临边侧布置双层波形钢护栏，在公路内侧转弯处布置防撞水箱，在公路平缓处布置停车场地，公路沿线布置安全标语等措施，最终实现坝料重车下行零事故，值得同类工程参考。

绩溪抽水蓄能电站土石方平衡复杂，实际操作难度较大，招标施工图阶段引入大坝填筑碾压质量GPS自动监测与反馈控制系统，进一步确保上、下水库大坝坝体填筑质量整体可控。