响水涧抽水蓄能电站的下水库库盆设计

王红霞

（上海勘测设计研究院，上海 200434）

响水涧抽水蓄能电站的下水库库盆设计

王红霞

（上海勘测设计研究院，上海 200434）

本文论述了响水涧抽水蓄能电站下水库库盆的结构设计、对库岸稳定分析，并介绍了库盆的防渗设计。 库盆的整体设计兼顾了地形、地质及环境条件，充分体现了工程与环境和谐的新理念，为未来在类似的环境下建设抽水蓄能电站的水库提供了坚实的技术指导和宝贵的经验。

抽水蓄能电站；下水库；库盆；防渗

1 概 况

安徽响水涧抽水蓄能电站位于安徽省芜湖市三山区峨桥镇境内，距芜湖市区约 30km。电站装机容量 4×250MW，采用可逆式水泵水轮机—发电电动机组，为日调节纯抽水蓄能电站，电站属大（2）型二等工程，主要建筑物按 2 级建筑物设计。

下水库位于浮山东面的湖荡洼地，由均质土围堤圈围而成。库内地势较平坦，库区地层主要为第四系全新统河湖相沉积物和上更新统河流相冲积物[1]。下水库洪水标准为 100 年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。库内校核洪水位 15.10m （P＝0.2%），设计洪水位 14.96m（P＝1%），正常蓄水位14.60m，相应库容 1402 万 m3，5h 满发（折合）水位 12.44m，设计有效库容 1264 万 m3，死水位 1.95 m，相应死库容 153 万 m3，水库工作深度 12.65m。下水库的集水面积仅为其库盆本身，不设溢洪道。

2 下水库库盆设计

2.1 开挖支护设计

2.1.1 结 构 设 计[2-3]

下水库位于浮山东侧的湖荡洼地，原地面高程 5.5～7.0m，库区主要为第四系地层覆盖，下伏基岩主要为三叠系上统的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、砂岩等。

下水库死水位 1.95m，为了减少库盆开挖的弃渣，在靠近下进/出水口前池 200m 范围内，为使行近流速相对稳定，保证一定的水深，确定死水位 1.95m 高程以下水深 2.0m，即库底高程为-0.05m，在此范围以外库底高程为 0.95m，过渡段采用 1∶50 的边坡连接。

可研复核阶段以及招标设计阶段，下水库库底防护型式主要分为以下3种型式：

1）库盆建基面为粉质粘土 Q3-2 时，采用堆石护底，结构从上到下依次为碾压堆石厚 30m+碎石层厚 20cm；

2）库盆建基面为淤泥质粘土 Q4 时，采用堆石护底+土工布，结构从上到下依次为碾压堆石厚30cm+碎石层厚 20cm+土工布一层 （仅 Q4 出露处）；

3）库盆建基面为含碎石砾石土 Q3-1、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩时，采用堆石护底+防渗措施，结构从上到下依次为碾压堆石厚 30cm+碎石层厚20cm，同时在靠近围堤库内侧堤脚处 45m 范围内增设2m厚的粉质粘土铺盖，此铺盖与围堤粉质粘土斜墙铺盖相连接。

2.1.2 施工技术要求

堆石护底的厚度应符合要求。堆石区的铺层厚度经现场碾压试验后选定，碾压后符合设计厚度要求，堆石区内最大粒径不得超过铺层厚度。采用振动平碾，碾压 2~3 遍，要求库底碾压面平整密实，对设计干容重和孔隙率无特殊要求。碾压机械一般顺坝轴线方向低速（2km/h）档行驶，分段碾压，分段之间的碾迹应重叠，必须确保规定的碾压遍数，防止漏碾、欠压。碾压过程中应经常检查振动碾的各项特性，如减振轮胎压力，振动轮转数等，使其保持规定的施工参数。

2.2 库岸稳定分析

下水库由围堤圈围而成，库岸主要为南侧和西侧山体开挖及其他段填筑围堤。本文稳定计算主要考虑南围堤和西围堤段山体开挖部位的稳定复核。计算采用中国水利水电科学研究院STAB2008《土质边坡稳定分析程序》对下水库库岸边坡进行稳定分析。根据施工图阶段的地质资料及参考类似工程经验，进行岸坡稳定计算时采用围堤填筑材料及围堤基础材料物理力学性能指标值见表1。

表1 筑坝材料及坝基材料物理力学性能指标表

根据规范要求，结合抽水蓄能电站工作特点，此次库岸边坡稳定分析将对5种工况进行计算。5种工况分别为：库内设计洪水位、库内死水位、设计洪水位降落期、施工期、校核洪水位降落期。

2.2.1 正常运用条件

库内设计洪水位 14.96m，库内死水位 1.95 m，此工况计算指标采用三轴固结快剪有效强度指标。设计洪水位降落期：库内降落前水位 14.96m（设计洪水位），降落后水位 1.95m（死水位），此工况计算指标采用三轴固结快剪总强度指标。

2.2.2 非常运用条件

1）施工期。库内、库外无水，此工况计算指标采用三轴快剪总强度指标。

2）校核洪水位降落期。库内降落前水位 15.10 m（校核洪水位），降落后水位 1.95m，该工况计算指标采用三轴固结快剪总强度指标。库岸边坡稳定分析计算成果见表 2。

表2 库岸稳定分析成果

由于此工程场区地震基本烈度为Ⅵ度，因此稳定分析计算中不考虑地震作用。从表 2中可见，正常运行条件库岸边坡抗滑稳定控制工况为南围堤库内死水位工况，非常运行条件库岸边坡抗滑稳定控制工况为西围堤施工期工况，各控制工况其最小安全系数均满足规范要求，且有一定的富裕度。根据计算分析成果，下库南围堤段、西围堤段库岸是稳定的。

2.3 库盆 开挖 机 基 础 处 理 设 计[4]

库盆在靠近下进/出水口前池范围内库底高程为-0.05m，在此范围以外库底高程为 0.95m。而下库死水位为 1.95m，为保障水库安全运行及避免水质恶化，设计对下水库库底采用一定的防护，主要是干砌块石和碾压堆石护底。下水库库盆采用深挖方案，基础处理与库盆护底结构相结合设计的方案。

库盆护底结构主要分为以下 3 种方式：1）库盆建基面为粉质粘土 Q3-2时，开挖至 0.45m 高程，采用堆石护底；2）库盆建基面为淤泥质粘土 Q4时，开挖至 0.45m 高程，采用堆石护底+土工布，围堤库内侧堤脚处按 1∶3 边坡挖出 Q4土至 Q3-2土出露，并回填至 0.45m 高程 ；3）库盆建基面为含碎石砾石土 Q3-1、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩时，开挖至 0.45m 高程，采用堆石护底+防渗措施，防渗体范围开挖至-1.55m 高程。在下进出水口前池外200m 范围内，结合采用干砌块石护底：1）库盆建基面为粉质粘土 Q3-2时，开挖至 0.45m 高程，采用干砌块石护底；2）库盆建基面为淤泥质粘土 Q4时，开挖至 0.45m 高程，采用干砌块石护底+土工布，围堤库内侧堤脚处按 1∶3 边坡挖出 Q4土至 Q3-2土出露，并回填至 0.45m 高程 ；3）库盆建 基面为含碎石砾石土 Q3-1、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩时，开挖至 0.45m 高程，采用堆石护底+防渗措施，防渗体范围开挖至-1.55m 高程。

2.4 环堤公路设计

下水库围堤堤顶采用沥青混凝土路面，路面顶高程为 16.50m，路面结构从上到下依次为：沥青混凝土路面厚 50mm，水泥稳定碎石层厚 200 mm，级配碎石垫层厚 250mm。外坡侧设 C25 钢筋混凝土防浪墙，防浪墙顶高程 17.70m，防浪墙高程15.30m 至 16.80m 为 实 体 混 凝 土 ，16.80m 至17.70m 为仿石花岗岩栏杆结构；内坡侧设 C25 预制混凝土路缘石，路面向内侧形成 1%的排水坡度。

围堤堤顶道路设双向车道，其中：围堤桩号堤K0+454.58—堤 K2+890.51，路面总宽 7.5m，车道分别宽 3.45m 和 3.6m，外侧布置净宽 1m 的花坛。花坛外侧为高 0.9m、底宽 0.6m、顶宽 0.3m的 M10 浆砌块石挡墙，内侧为高 0.6m、厚 0.15m的路缘石；堤 K2+893.50—堤 K3+207.10 段，路面总宽 9.3m，车道分别宽 3.45m 和 3.75m，内侧增加 路 肩 宽 0.75m 和 电 缆 沟 宽 1.05m； 堤 K3+ 655.10—堤 K3+784.23 段，路面总宽 9.6m，车道分别宽 3.45m 和 3.75m，内侧增加路肩宽 0.75m和电缆沟宽 1.35m。

3 库 盆 防 渗 设 计[5-7]

库盆的防渗技术措施有：沥青混凝土面板，钢筋混凝土面板，库底水平铺盖，库岸封闭帷幕加库底铺盖。钢筋混凝土面板设于库底，需分割为较小块体，接缝很多，比较复杂；用于岸坡（坝坡）与水平铺盖衔接，虽然混凝土的极限拉伸有限，但设有周边缝（或加连接板），可将集中应力应变由分缝分散吸收调整，是其优点。沥青混凝土虽然极限抗拉应变高些，但因面板很薄，容易拉穿形成裂缝，对衔接处基础的体形和变模要有合适的要求。传统的粘土铺盖虽其极限抗拉应变稍低于沥青混凝土（沥青混凝土一般为 0.5%，粘土一般为 0.25%~ 0.5%），但铺土厚度较大，表面开裂后拉应变急剧削减，不易拉穿。

施工时发现库盆为中等透水基础，其防渗结合围堤及库岸的防渗联合设计，库盆部位加设粘土水平铺盖，处理后渗透性满足要求。

4 结 语

响水涧抽水蓄能电站下水库位于浮山东侧泊口河内的湖荡洼地，由均质土坝圈围而成。地形、地质及环境条件比较复杂，使工程的设计及施工面临着很大的挑战。本文对下水库库盆的设计既满足了功能要求，也减轻了对生态环境的影响，充分体现了工程与环境和谐的新理念，为未来在类似的环境下建设抽水蓄能电站的水库提供了坚实的技术指导和宝贵的经验。

［1］肖贡元.体现工程与环境和谐的响水涧蓄能电站下库设计［A］.2008 中国水力发电论文集[C].2008，3.

［2］肖贡元，傅方明.宜兴抽水蓄能电站上、下水库工程设计创新［A］.抽水蓄能电站工程建设文集（2009）［C］. 2009，6.

［3］景来红，杨顺群.宝泉抽水蓄能电站上水库工程设计［J］.人民黄河，2002（06）：24-25.

［4］王和章.抽水蓄能电站的主要工程地质问题［J］. 浙江水利科技，1993（02）：18-22.

［5］赵智华，汪志杰.响水涧抽水蓄能电站下水库设计及土料利用［A］.抽水蓄能电站工程建设文集（2009）［C］. 2009，5.

［6］陈云长.广州抽水蓄能电站上下水库渗漏分析与评价［J］.水利技术监督，2003（01）：36-37.

［7］丁学琦.抽水蓄能电站库盆防渗技术的探讨［J］.水力发电，2002（07）：32-34.

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