抽水蓄能電站下水庫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 　　　〖摘 要〗以砼面板堆石壩作為擋水建筑物的水電站或水庫，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溢洪道經(jīng)過對地質(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縣棲霞鄉(xiāng)百丈村，距天臺縣城7km，距杭州170km。電站樞紐由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房及開關(guān)站等組成。上水庫利用現(xiàn)有的桐柏水庫進行加固改建而成；下水庫位于百丈溪，擋水壩為鋼筋混凝土面板堆石壩；廠房位于左岸上下庫間的山體內(nèi)，安裝四臺單機容量為300MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪機組；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。下水庫擋水壩及溢洪道均為Ⅰ級建筑物，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為二百年一遇，相應(yīng)設(shè)計洪水位為145.60m，下泄流量361m3/s，下游設(shè)計洪水位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，全長約240m，采用挑流消能。下庫泄洪根據(jù)不同運行情況，溢洪道與導(dǎo)流泄放洞聯(lián)合或單獨渲泄。 　　　2、可研及招標(biāo)階段的溢洪道設(shè)計方案 　　　根據(jù)下水庫壩址地形、地質(zhì)條件及泄洪量，溢洪道布置共選擇了三個方案，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，巖石強度高，完整性較好；需開挖山坡，出水渠通過階地約300余米，開挖工程量大，因此工程投資大，與下庫進出水口相距較近，運行干擾較大，且出流歸床條件較差；右岸溢洪道方案：進口處高邊坡地質(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。但考慮到國內(nèi)當(dāng)時沒有先例，且桐柏工程為大型水電項目，考慮到當(dāng)時的堆石壩施工技術(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進行砼面板壩試驗開始到2000年年底，我國已建造了100余座堆石壩，隨著我國水電事業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代面板堆石壩設(shè)計及施工技術(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行，基于這些問題，國內(nèi)外的專家做了專門研究，國際著名的壩工專家?guī)炜撕椭x臘德對壩面上設(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，但這種小變形對不設(shè)閘門的溢洪道卻不會造成明顯的危害，壓實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)實測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沉降，一般的工程施工期均不超過0.5%，而運行期僅接近或小于0.1%；國內(nèi)外的工程實例表明，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，運行情況良好；1992年1月建成的克羅蒂壩（壩高83m，壩頂長240m）壩身溢洪道寬12.2m，最大泄量245m3/s（單寬流量20m3/s.m），自建成以來已泄洪多次，其中兩次泄洪持續(xù)時間達1個月之久，堰上水頭0.7m，經(jīng)過觀測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； 　　　新疆榆樹溝水庫在國內(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，最大洪水時下泄單寬流量約21m3/s-m；整個溢洪道在縱向上采用等寬布置，長243m，寬為22m；榆樹溝大壩壩高67.5m，壩頂長300m，壩坡為1:1.4，于2000年10月建成，同期開始蓄水；2001年6月庫水位基本達到正常高水位，經(jīng)觀測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，溢洪道模型試驗表明右岸溢洪道采用挑流消能時，當(dāng)下泄流量為220.7m3/s時，挑流鼻坎底腳部位掏深超過20m，如下泄431.2m3/s的校核流量時，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，單寬流量僅為18m3/s.m，比庫克建議的數(shù)值要??；下庫壩于2001年10月開始預(yù)填筑，計劃于2004年4月填筑到頂，2005年4月蓄水，壩體有充足的沉降時間。因此，桐柏工程采用壩身溢洪道具備得天獨厚的有利條件，技術(shù)上可行，經(jīng)濟上和右岸溢洪道方案相比節(jié)約投資幾百萬元，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，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長的世界銀行特別咨詢專家團（下稱特咨團）在桐柏工地進行了咨詢活動，在2001年12月中旬的第二次咨詢活動中，得知設(shè)計單位華東勘測設(shè)計研究院在桐柏工程對壩身溢洪道做了較深的研究，針對右岸溢洪道的地質(zhì)情況及當(dāng)今混凝土面板堆石壩的施工技術(shù)水平，特咨團也傾向于采用壩身溢洪道方案；中國水電顧問有限公司于2002年3月下旬在浙江省天臺縣主持召開了浙江桐柏抽水蓄能電站下水庫溢洪道設(shè)計變更審查會議，基本同意設(shè)計推薦的壩身溢洪道方案。目前壩身溢洪道按進度正常施工。 　　　參考文獻： 　　　[1] 蔣國澄等，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)計與施工，土石壩工程，2001.3 　　　作者簡介：: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)任公司高級工程師 　　　尋 明(1935-)，男，湖南長沙人，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，教授級高工 　　　作者單位：浙江桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司