某抽水蓄能电站下水库进出水口围堰结构比选研究

万露，张宏，杨苗苗，洪文彬

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

1 工程概况

辽宁某抽水蓄能电站枢纽建筑物主要由上水库、下水库、输水系统和地下厂房系统等组成。该电站装机容量为1 600 MW，单机容量为400 MW，供电范围为辽宁省电网。电站建成后，在系统中承担调峰、填谷、储能、调频、调相、紧急事故备用等任务。

下水库为已建的某水利枢纽工程，兼具防洪、发电、灌溉等综合利用任务，控制流域面积为383 km2，坝址多年平均径流量为1.63 亿m3，正常蓄水位为425.00 m，死水位为414.00 m，总库容为3 402.86万m3。上、下水库之间的直线距离约1 500.00 m，距高比为2.60。

下水库进/出水口位于下水库左岸岸坡，距坝址约3.2 km，采用侧向岸坡竖井式进/出水口的布置形式。两个进/出水口体型相同，并排布置，中心线方位角均为NW271.1°，间距为30.00 m。每个进/出水口由拦沙坎、引水明渠、防涡梁段、拦污栅段及调整段、扩散（收缩）段、闸前标准段、尾水检修闸门井及闸后渐变段组成，总长94.00 m。

2 导流标准和导流方式

1）导流标准

下水库进/出水口为1 级建筑物，根据NB/T 10072—2018《抽水蓄能电站设计规范》[1]和NB/T 10491—2021《水电工程施工组织设计规范》[2]，导流建筑物为4 级，导流设计洪水标准应为10～20年重现期。下水库进/出水口处10，20 年重现期洪水的相应设计水位分别为425.61，426.79 m，考虑两者相差不大，以水库偏安全角度考虑，下水库进/出水口导流标准采用20 年重现期洪水。

尾水系统与厂房等地下洞室群贯通后，度汛标准采用100年重现期洪水，设计水位为427.18 m。

2）导流方式

下水库进/出水口位于下水库左岸岸坡，导流方式采用围堰挡水，束窄原河床过流。引水系统与厂房等地下洞室群贯通后，采用闸门挡水度汛，原河床过流。

3 围堰工程地质条件

3.1 基本地质条件

下水库进/出水口围堰位于下水库进/出水口右岸漫滩、河床和左岸山坡上，堰顶高程约为426.00 m，全长约为580.00 m。围堰处基岩为燕山期辉长岩和震旦系下统钓鱼台组石英砂岩，全风化带厚度一般为2.00～5.00 m，强风化带厚度一般为2.00～6.00 m。围堰处漫滩地下水位埋深一般为3.00～4.00 m。

右岸漫滩地形较平缓，地面高程一般为409.00～412.00 m。覆盖层为冲洪积混合土漂石，厚度一般为5.00～8.00 m；局部表部为粉土或细砂（厚度一般为0.50 m 左右，含有植物根系）和人工堆积物（块石、混合土漂石，厚度一般为2.00～3.00 m）所覆盖。

河床地面高程一般为406.00 m 左右，覆盖层为冲洪积混合土漂（卵）石，结构稍密，厚度一般为3.00～5.00 m。

左岸山坡地形坡度一般为30°～50°。围堰上游处左岸山坡基岩多裸露，下游处左岸山坡覆盖层为崩坡积的混合土块石，厚度一般为2.00～4.00 m。

3.2 体物理力学性质

根据围堰堰基混合土漂石的物理力学试验成果，类比相似工程经验，结合有关规程规范，提出堰基混合土漂石主要地质参数建议值，见表1；基岩主要地质参数建议值见表2。

表1 围堰堰基混合土漂石主要地质参数建议值

表2 围堰堰基基岩主要地质参数建议值

3.3 工程地质条件评价

1）堰基可建在混合土漂石和混合土块石层上，无软土层分布，不存在震陷问题。混合土漂石容许承载力建议值为400 kPa，混合土块石容许承载力建议值为350 kPa，堰基承载力满足要求。

2）据钻孔常水头注水试验，混合土漂（卵）石渗透系数为1.26×10-1～1.77×10-1cm/s，属强透水土层，堰基存在渗漏问题，须进行防渗处理。混合土漂（卵）石的渗透系数建议采用1.55×10-1cm/s，混合土块石的渗透系数建议采用1.15×10-1cm/s。

据颗分资料，混合土漂石不均匀系数Cu＞5，细粒含量Pc＜25%，渗透破坏类型为管涌型。

3）工程区地震动峰值加速度为0.0g5 ，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。据GB 50021—2001《岩土工程地质勘察规范》[3]规定“抗震设防烈度为6 度时，可不考虑液化的影响”，故堰基可不考虑地震液化问题。

4）堰基抗滑稳定受混合土漂石控制，抗滑稳定问题不大。

4 方案拟定

下水库进/出水口围堰位于下水库库内，围堰结构形式采用土石围堰结构，围堰施工期库内水位对围堰断面与堰体防渗形式影响较大，结合下水库运行调度，拟定两种围堰结构形式方案。

1）方案一：围堰分上、下两部分进行填筑，下部堰体填筑施工时，将下水库水位降至死水位414.00 m，下部堰体需要在水下进行抛填。下部堰体采用双戗堤进占方式，戗堤采用石渣料填筑，戗堤顶宽为10.00 m，迎、背水侧边坡坡比均为1∶1.5，戗堤之间采用全风化料填筑，戗堤顶高程为415.00 m。上部堰体顶高程为428.39 m，堰顶宽8.00 m，迎、背水面边坡坡比均为1∶1.5，围堰迎水侧采用50 cm 块石防护。上部堰体在水面以上进行施工，具备干地施工条件，随着上部堰体填筑升高可逐步进行水库回蓄。堰体及堰基采用高喷灌浆进行防渗，高喷灌浆入岩深度为1.00 m，围堰填筑完成后，高喷灌浆在堰顶进行施工。

2）方案二：围堰形式为土石围堰，围堰施工时段水库水位维持在正常蓄水位。堰体填筑首先进行全风化料水下抛填，全风化料堰体顶宽为6.00 m，堰顶高程为428.39 m，迎、背水面边坡坡比均为1∶1.75；全风化料堰体两侧采用水下抛石护坡，两侧抛石顶宽各为3.00 m，迎、背水面边坡坡比均为1∶2.0。堰体及堰基采用高喷灌浆进行防渗，高喷灌浆入岩深度为1.00 m，围堰填筑完成后，高喷灌浆在堰顶进行施工。

5 方案比选

方案一的堰基及堰体均采用高喷灌浆防渗，围堰施工时段（9—11 月）需将下水库水位降至414.00 m 进行，减少了围堰水下抛填工程量，堰体大部在水上进行填筑施工，利于保证填筑碾压质量。方案二的堰基及堰体均采用高喷灌浆防渗，堰体全部采用水下抛填，无需下降下水库水位，对下水库运行没有产生不利影响，施工程序简单。方案一围堰水上填筑坡比控制为1∶1.5，方案二堰体全部采用水下抛填，全风化料填筑坡比控制为1∶1.75、抛石护坡坡比控制为1∶2，导致围堰填筑工程量远大于方案一，工程部分投资较方案一更大。但由于方案一围堰施工时段需将下水库水位降至414.00 m，对下水库运行造成一定影响，经分析计算，为保证围堰施工，下水库降低水位运行后，可于第二年5月底回蓄至正常蓄水位，不影响灌溉期供水，但发电量由1 358.80万kW·h减少至1 146.00万kW·h，按辽宁省标杆电价0.37 元/（kW·h）计算，发电效益减少78.74 万元。

方案一及方案二工程量对比见表3，投资对比见表4。

表3 下水库进/出水口方案比选工程量对比表

表4 下水库进/出水口方案比选投资对比表万元

综上，考虑方案一整体投资较方案二更低，节省投资1 233.83万元，围堰施工期阶段选择方案一。

6 结语

当抽水蓄能电站下水库利用已建水库时，其下水库进/出水口围堰施工均存在水下抛填工程量巨大且施工质量难以保证的问题，尤其在下水库消落深度较大时问题尤为突出。本文结合下水库运行调度进行围堰结构形式比选，确定围堰施工期水库降至死水位方案为推荐方案是相对合理和经济的。进行方案比选时，应主要考虑围堰自身工程量多少、围堰施工难易程度和下水库运行调度收益影响等方面因素。