抽水蓄能電站下水庫(kù)砼面板堆石壩壩身溢洪道方案的選定

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 浙江桐柏抽水蓄能電站下水庫(kù)砼面板堆石壩壩身溢洪道方案的選定

  　　　〖關(guān)鍵詞〗 砼面板堆石壩 壩身溢洪道 下水庫(kù) 　　　〖摘 要〗以砼面板堆石壩作為擋水建筑物的水電站或水庫(kù)，其泄洪建筑物按常規(guī)一般布置在河床兩岸（溢洪道或泄洪遂洞）；浙江桐柏抽水蓄能電站下水庫(kù)溢洪道經(jīng)過(guò)對(duì)地質(zhì)、地形、泄洪方式等多方研究比較及專家論證，最后選定壩身溢洪道方案。 　　　1．工程概況 　　　桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺(tái)縣棲霞鄉(xiāng)百丈村，距天臺(tái)縣城7km，距杭州170km。電站樞紐由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房及開關(guān)站等組成。上水庫(kù)利用現(xiàn)有的桐柏水庫(kù)進(jìn)行加固改建而成；下水庫(kù)位于百丈溪，擋水壩為鋼筋混凝土面板堆石壩；廠房位于左岸上下庫(kù)間的山體內(nèi)，安裝四臺(tái)單機(jī)容量為300MW的立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)組；本電站是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，以兩回500KV出線接入華東電網(wǎng)，在電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用等任務(wù)。 　　　本電站為一等工程。下水庫(kù)擋水壩及溢洪道均為Ⅰ級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為二百年一遇，相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水位為145.60m，下泄流量361m3/s，下游設(shè)計(jì)洪水位86.05m；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇，相應(yīng)洪水位為146.60m，下泄流量496m3/s，下游校核洪水位86.60m；大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程148.25m，壩頂長(zhǎng)424m，壩頂寬8m，最大壩高68.25m，上游壩坡1:1.4，下游壩坡1:1.5，設(shè)有兩級(jí)3m寬的馬道。 　　　原右岸溢洪道為開敞式溢洪道，布置在右壩頭山脊的埡口及其沖溝上，由進(jìn)水口、溢流堰體、泄槽、消力池和出水渠等組成。溢洪堰寬21.5m，堰頂高程141.17m，全長(zhǎng)約240m，采用挑流消能。下庫(kù)泄洪根據(jù)不同運(yùn)行情況，溢洪道與導(dǎo)流泄放洞聯(lián)合或單獨(dú)渲泄。 　　　2、可研及招標(biāo)階段的溢洪道設(shè)計(jì)方案 　　　根據(jù)下水庫(kù)壩址地形、地質(zhì)條件及泄洪量，溢洪道布置共選擇了三個(gè)方案，即左岸溢洪道布置方案、右岸溢洪道布置方案和壩身溢洪道布置方案。左岸溢洪道布置方案：左岸河谷基巖為侏羅系上統(tǒng)流紋質(zhì)晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r，河谷為流紋質(zhì)晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r夾霏細(xì)斑巖，巖石強(qiáng)度高，完整性較好；需開挖山坡，出水渠通過(guò)階地約300余米，開挖工程量大，因此工程投資大，與下庫(kù)進(jìn)出水口相距較近，運(yùn)行干擾較大，且出流歸床條件較差；右岸溢洪道方案：進(jìn)口處高邊坡地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，基巖為礫巖夾含礫粉沙巖，屬中－厚層狀中硬巖，近地表強(qiáng)風(fēng)化層巖性較軟弱，抗沖刷能力較低，邊坡開挖及基礎(chǔ)處理工程量大；壩身溢洪道方案：由于下水庫(kù)最大壩高為68.25m，泄洪單寬流量也不大，河谷寬闊，壩身溢洪道其所處的位置巖石為凝灰?guī)r，沖坑部位地質(zhì)條件良好，且下泄水流歸床條件好，巖性好抗沖刷，工程量小，投資省，是可選擇的好方案。但考慮到國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)沒有先例，且桐柏工程為大型水電項(xiàng)目，考慮到當(dāng)時(shí)的堆石壩施工技術(shù)，從謹(jǐn)慎起見，在可研與招標(biāo)設(shè)計(jì)階段選擇右岸溢洪道方案。 　　　3、壩身溢洪道的可靠性和安全性 　　　從1985年湖北省的西北口水庫(kù)進(jìn)行砼面板壩試驗(yàn)開始到2000年年底，我國(guó)已建造了100余座堆石壩，隨著我國(guó)水電事業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代面板堆石壩設(shè)計(jì)及施工技術(shù)的日趨成熟，面板堆石壩的安全性已經(jīng)得到了公認(rèn)：砼面板堆石壩有很高的安全度，特別是抗震方面。對(duì)于在面板堆石壩壩身上修建溢洪道是否安全，關(guān)鍵在于堆石壩的變形，由于堆石壩的變形可能引起壩身溢洪道的開裂，危及到大壩安全和溢洪道的正常運(yùn)行，基于這些問題，國(guó)內(nèi)外的專家做了專門研究，國(guó)際著名的壩工專家?guī)炜撕椭x臘德對(duì)壩面上設(shè)置溢洪道提出的意見為：現(xiàn)代的砼面板堆石壩的總沉降量是相當(dāng)小的，且這樣小的位移絕大部分發(fā)生在施工期的最初幾年內(nèi)，雖然有閘門的溢洪道不能承受任何變形，但這種小變形對(duì)不設(shè)閘門的溢洪道卻不會(huì)造成明顯的危害，壓實(shí)堆石形成的地基與陡坡風(fēng)化巖基一樣安全；壩面溢洪道在泄槽單寬流量在25.5～32.5m3/s的洪峰流量的短期作用下是現(xiàn)實(shí)可行的，且可以節(jié)省大量的投資；大壩下游坡及作為溢洪道基礎(chǔ)的堆石體采用與上游坡一樣的結(jié)構(gòu)和施工方法，可使下游溢洪道基礎(chǔ)的變形與上游面板基本相同；因此在砼面板堆石壩身上建造溢洪道是可靠的。  　　　有關(guān)實(shí)測(cè)資料表明堆石壩體施工期的沉降量很小，蓄水期的沉降量更小，用沉降量與壩高之比表示相對(duì)沉降，一般的工程施工期均不超過(guò)0.5%，而運(yùn)行期僅接近或小于0.1%；國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)例表明，具備適當(dāng)條件的大壩在壩身上修建溢洪道是安全可靠的。如在壩身上修建溢洪道最早的國(guó)家是澳大利亞，1971年2月完工的塞沙那電站的大壩（壩高110m）左岸修建了右導(dǎo)墻在堆石壩身上的溢洪道，泄量為2000m3/s，運(yùn)行情況良好；1992年1月建成的克羅蒂壩（壩高83m，壩頂長(zhǎng)240m）壩身溢洪道寬12.2m，最大泄量245m3/s（單寬流量20m3/s.m），自建成以來(lái)已泄洪多次，其中兩次泄洪持續(xù)時(shí)間達(dá)1個(gè)月之久，堰上水頭0.7m，經(jīng)過(guò)觀測(cè)溢洪道部位的大壩變形和迎水面處的大壩變形相近，溢洪道運(yùn)行正常；還有印度尼西亞的巴吐皮西壩（壩高32m），其壩頂布置一個(gè)溢洪道，用于泄放千年以上的洪水，泄量為800m3/s，該工程1978年竣工，到1986年為止沒有泄過(guò)水，堆石壩變形很小，溢洪道底板上沒有發(fā)現(xiàn)任何明顯裂縫； 　　　新疆榆樹溝水庫(kù)在國(guó)內(nèi)首次采用了布置在堆石壩體上的溢洪道，壩身溢洪道采用開敞式溢流堰體，堰上不設(shè)閘門，最大洪水時(shí)下泄單寬流量約21m3/s-m；整個(gè)溢洪道在縱向上采用等寬布置，長(zhǎng)243m，寬為22m；榆樹溝大壩壩高67.5m，壩頂長(zhǎng)300m，壩坡為1:1.4，于2000年10月建成，同期開始蓄水；2001年6月庫(kù)水位基本達(dá)到正常高水位，經(jīng)觀測(cè)和檢查溢洪道堰頂沉降量為7mm，沒有出現(xiàn)裂縫，2002年8月溢洪道首次泄洪，經(jīng)檢查溢洪道正常。 　　　4、桐柏溢洪道方案的優(yōu)化 　　　右岸導(dǎo)流泄放洞于2001年4月9日開始出口段明挖，從導(dǎo)流泄放洞開挖中揭露的地質(zhì)情況看，礫巖遇水和空氣泥化現(xiàn)象較嚴(yán)重，而且導(dǎo)流洞在山體里，而溢洪道還在表面。同時(shí)，溢洪道模型試驗(yàn)表明右岸溢洪道采用挑流消能時(shí)，當(dāng)下泄流量為220.7m3/s時(shí)，挑流鼻坎底腳部位掏深超過(guò)20m，如下泄431.2m3/s的校核流量時(shí)，沖刷更嚴(yán)重，根據(jù)右岸溢洪道和壩身溢洪道地質(zhì)條件比較，壩身溢洪道比右岸溢洪道更安全可靠；參考新疆已建成一座壩身溢洪道的砼面板堆石壩工程，條件基本相似，本工程的泄洪方式為右岸導(dǎo)流泄放洞和壩身溢洪道聯(lián)合泄洪，導(dǎo)流泄放洞在正常蓄水位EL141.17m最大泄量為172.9 m3/s，即二十年一遇以下的洪水由導(dǎo)流泄放洞泄放，超過(guò)二十年一遇以上的洪水才使用壩身溢洪道，壩身溢洪道使用頻率低；即使是千年一遇洪峰流量496m3/s時(shí)，單寬流量?jī)H為18m3/s.m，比庫(kù)克建議的數(shù)值要??；下庫(kù)壩于2001年10月開始預(yù)填筑，計(jì)劃于2004年4月填筑到頂，2005年4月蓄水，壩體有充足的沉降時(shí)間。因此，桐柏工程采用壩身溢洪道具備得天獨(dú)厚的有利條件，技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上和右岸溢洪道方案相比節(jié)約投資幾百萬(wàn)元，為節(jié)省工程投資，特別是避開右岸不利的工程地質(zhì)條件，降低地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，目前將壩身溢洪道方案取代右岸溢洪道方案是可行的。 　　　以兩院院士潘家錚為團(tuán)長(zhǎng)的世界銀行特別咨詢專家團(tuán)（下稱特咨團(tuán)）在桐柏工地進(jìn)行了咨詢活動(dòng)，在2001年12月中旬的第二次咨詢活動(dòng)中，得知設(shè)計(jì)單位華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在桐柏工程對(duì)壩身溢洪道做了較深的研究，針對(duì)右岸溢洪道的地質(zhì)情況及當(dāng)今混凝土面板堆石壩的施工技術(shù)水平，特咨團(tuán)也傾向于采用壩身溢洪道方案；中國(guó)水電顧問有限公司于2002年3月下旬在浙江省天臺(tái)縣主持召開了浙江桐柏抽水蓄能電站下水庫(kù)溢洪道設(shè)計(jì)變更審查會(huì)議，基本同意設(shè)計(jì)推薦的壩身溢洪道方案。目前壩身溢洪道按進(jìn)度正常施工。 　　　參考文獻(xiàn)： 　　　[1] 蔣國(guó)澄等，混凝土面板堆石壩工程，湖北科學(xué)技術(shù)出版社，1997.12 　　　[2] 鳳煒，榆樹溝溢流混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)與施工，土石壩工程，2001.3 　　　作者簡(jiǎn)介：:趙賢學(xué)(1962-)，男，安徽泗縣人，浙江桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司高級(jí)工程師 　　　尋 明(1935-)，男，湖南長(zhǎng)沙人，浙江桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司土建首席專家顧問，教授級(jí)高工 　　　作者單位：浙江桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司