响水涧抽水蓄能电站上水库主副坝设计特点朱爱莉（上海勘测设计研究院 上海 200434）[摘 要] 本文介绍响水涧抽水蓄能电站上水库主坝及南北副坝混凝土面板堆石坝的布置、坝体断面与分区，着重介绍对前期设计阶段设计方案的优化。

主坝建在向下游倾斜的基础面上，下游堆石区按主堆石区的要求设计，并将高程135m以下的堆石体设计为增模区。

南、北副坝均为跨垭口修建，对上游反渗分别采取了不同的处理措施。

[关键词] 响水涧抽水蓄能电站上水库主副坝设计特点响水涧抽水蓄能电站由上水库、下水库、输水系统、地下厂房、地面开关站等建筑物组成。

上水库由主坝、南副坝、北副坝和库周山岭围成。

正常蓄水位222.00m，死水位190.00m，总库容1748万m3，有效库容1282万m3。

本电站为大（2）型二等工程。

上水库主坝和副坝均按2级建筑物设计。

1 坝体设计上水库主坝及南、北副坝均为钢筋混凝土面板堆石坝，主坝最大坝高87m（从趾板基础面计算），南、北副坝最大坝高65m和53.5m。

坝顶长主坝为520m，南副坝339m，北副坝174m。

主副坝坝顶高程均为225.0m，上游设1.2m高的防浪墙，坝顶宽8.0m，上游面坝坡1：1.4，下游面综合坝坡1：1.42，每隔25.0m高差设有4.0m宽马道，马道之间坝坡1：1.25。

主、副坝基础为花岗岩，受坝基地形条件所限，主坝上下游方向极不对称，从下游坝趾算起坝高达163m，为增加抗滑力，将下游陡坡建基面开挖成台阶状。

南副坝在上、下游方向虽然高差不大，但形成一个以坝轴线为山脊的不对称马鞍形状，因此下游基础面同样开挖成台阶状。

考虑施工期导流排水和运行期降低水位（或放空水库），在主坝坝基设置了泄水廊道，廊道平面上位于主坝沟底，城门洞型，宽×高为2.6m×3.5m，廊道内架设一根泄水钢管，钢管内径80cm。

钢管头部设闸阀室，闸阀室内设一用一备两只电动闸阀。

钢管尾部设锥阀室，由于锥形阀出流时水流呈减压分散状态，因此泄水管下游不需要特殊的消能措施。

考虑到钢管出口紧邻下游坝脚，下泄水流对坝脚会有冲刷，因此廊道末端设置消力池及尾水渠，将水流送离坝脚以外。

主坝及南、北副坝标准断面图见图1、图2、图3。

图1 主坝标准断面图图2 南副坝标准断面图图3 北副坝标准断面图2 库区防渗上水库除南、北侧各有一垭口需建副坝挡水外，四周山岭浑厚。

库盆除F1断层外，无其它较大断层通过。

F1断层产状N0~15°W，SW∠80～85°，断层破碎带由北向南逐渐变窄。

除主坝~北副坝之间的马鞍形山脊相对隔水层顶板线及地下水位低于正常蓄水位222.00m之外，库周其余地段地下水位均在正常蓄水位以上。

因此，库周的防渗设计，只需要做好主、副坝坝址区以及主坝~北副坝之间的马鞍形山脊的防渗处理，水库不存在向邻谷渗漏问题。

上水库防渗主要采取水泥帷幕灌浆的型式。

F1断层破碎带穿过的南、北副坝坝址局部区域，北副坝趾板基础下挖除断层破碎及影响带，采用混凝土截水墙并配合帷幕灌浆，南副坝趾板基础下对出露的F1断层破碎带表层采用置换混凝土塞，并配合帷幕灌浆。

F1断层贯穿的库盆区域，由于表层覆盖类似天然铺盖的密实壤土层，故可以不再做防渗处理。

3 主坝设计特点3.1 坝体材料分区可研复核设计阶段，受时间限制未对筑坝材料物理力学指标做复核试验，在原可研阶段试验参数基础上，参考国内外同类工程资料，结合本工程的具体条件，对坝体断面设计进行了局部的调整。

即坝体堆石料全部采用主堆石料，只设主堆石Ⅰ区和主堆石Ⅱ区（即原下游次堆石区）。

主堆石料Ⅰ区、Ⅱ区分区线倾向下游，坡度1：0.4，主堆石料Ⅱ区仅在孔隙率指标上比Ⅰ区略低，主堆石Ⅰ区孔隙率为21.5％，主堆石Ⅱ区为23％。

由于上水库主、副坝均取自于库内同一料场，料场岩体风化微弱，质地良好，且岩性为单一的花岗岩，故这样的调整是合适的。

招标和施工图设计阶段，结合已投入运行的江苏宜兴抽水蓄能电站上水库主坝的设计经验，对坝体分区及填筑要求再次进行了调整。

考虑主坝下游基础面偏陡，为减少下游贴坡式坝体的不均匀沉降，主堆石Ⅱ区在高程135m以下设置了增模区。

增模区与高程135m以上相比，铺层厚度由800mm 减薄为600mm，碾压遍数由8遍增加为10遍，相应孔隙率由20％提高到19％, 相应干容重20.7kN/m3。

设置增模区的建议原来由世界银行特咨团在宜兴工程提出，对防止主坝下游坝体的不均匀沉降具有重要作用。

而高程135m以上主堆石Ⅱ区在设计指标上与上游主堆石Ⅰ区没有差别，均采用上库库内料场，与可研复核阶段相比，孔隙率控制标准提高为20％，相应干容重20.5kN/m3。

之所以分为两个区，是考虑到施工的时候，现场开挖出来的筑坝石料在质量上会有差异，设计要求将新鲜、微弱风化的石料填筑在增模区和上游主堆石Ⅰ区，而允许主堆石Ⅱ区上部含少量强风化石料上坝。

为加强坝体的排水，沿坝下谷底最低处布置了一条纵向排水带，宽10m，排水层料紧贴坝基布置，位置及厚度同过渡区，要求小于25mm的颗粒含量不超过10％。

4.2 坝坡原可行性研究设计中，主、副坝上游坝坡1：1.4；下游坝面每隔20m高度设4.0m宽马道，其中主坝下游坡165.00m高程马道因为施工公路需要拓宽为8.0m，马道之间坝坡1:1.4，综合坝坡1:1.60，下游坝面设计为干砌石护坡。

可研复核设计阶段，结合坝体材料分区的优化，对下游坝坡进行了优化，每隔25m高度设4.0m宽马道，马道之间坝坡采用1：1.25，其中主坝下游坡150.50m高程马道因为施工公路需要拓宽为9.0m，优化设计后的下游综合坝坡为1：1.42。

调整后的坝坡稳定分析结果见表1。

采用不同力学指标对下游坝坡进行了敏感性稳定分析，分析结果见表2。

计算成果表明主坝拟定的设计坝坡稳定安全系数符合规范要求，且留有余地。

表1 稳定分析成果表计算条件工况计算位置安全系数K ［K］正常工作条件稳定渗流期下游坡 1.8191.35上游坡 /建基面 5.886水位骤降期上游坡 2.121非常工作条件施工期下游坡 1.8181.25 上游坡2.168表2 主堆石Ⅰ、Ⅱ指标敏感性分析（稳定渗流期下游坡）主堆石Ⅰ主堆石Ⅱ K φ′（º）C′（kPa）φ′（º）C′（kPa）40 114 38.6 134 1.81940 114 40 114 1.83540 114 36 100 1.62238 80 36 100 1.62538 80 36 50 1.40638 80 38 60 1.50438 80 38.6 100 1.70438 100 39 140 1.77742 130 36.6 70 1.59842 130 39 140 1.8955 南副坝设计特点5.1 坝轴线南副坝位于库区南面的垭口处，垭口方向与左右岸山头连线方向即坝轴线约60°相交，上、下游在剖面上形成一个以坝轴线为山脊的不对称马鞍形状，左岸趾板距上进出水口开挖边线平面距离约30多米。

布置受垭口地形和电站上进出水口布置的影响。

招标和施工图设计阶段对南副坝坝轴线作了局部的微调，右坝肩维持原设计方案不动，左坝肩向下游库外移动，坝轴线旋转5°左右，与原设计方案比较，该方案在平面布置上与垭口地形相对而言较对称一些，另外副坝趾板离上进出水口的距离有所增加，上进出水口的开挖对趾板基础的直接影响要小。

5.2 坝体基础排水及施工期反向排水如上所述，南副坝剖面在上下游方向呈马鞍形状，垭口在坝轴线位置地面高程约180m。

而上游趾板位置受地形及F1断层破碎带的影响，最低处建面高程为160m。

为减小基岩与堆石体两种材料对面板不均匀变形的影响，160m平台下游15m范围内全部挖平，其后接1：2.5的缓坡与坝体基础开挖面相连，该深槽部位在F1断层影响范围带顺坝轴线方向约20m范围内设置0.5m厚的钢筋混凝土盖板，上部按坝体填筑断面分区回填垫层料、过渡层料及主堆石Ⅰ区料。

其余部位直接填筑坝体各分区材料。

为加强坝体的排水，南副坝也在坝下谷底最低处排水槽位置布置了一条纵向排水带，宽10m，要求同主坝基础排水区。

考虑到山脊处地形相对较高，为减少坝基排水槽的开挖量，坝基排水槽没有全部挖至深槽部位，上游起点处开挖高程为173m，比趾板部位深槽高13m，下游开挖高程171m，排水槽纵向坡3.3％。

这样节约了坝基开挖量以及坝体填筑量，但上游深槽部位会有积水，该积水在运行期对面板产生反向渗压顶托以及在施工期对坝体结构产生反向渗压，需进行复核计算。

（1）运行期：运行期面板承受最大反向水位差为13m，主要依靠上游铺盖区（1A）和盖重区（1B）重量平衡反向渗压，经计算，南副坝1A、1B区顶部总宽度需加宽为12m，顶部高程仍为175m。

1A 区布置同主坝，顶部宽度4m。

（2）施工期：面板浇筑前以及面板浇筑后上游铺盖和盖重区施工前，坝体可能出现反向渗压。

天生桥面板堆石坝试验成果说明，垫层料可能承受的水力坡降约为1.2～1.4；珊溪面板堆石坝的试验结果说明，垫层料的临界水力坡降约为0.6～1.5，破坏水力坡降约在2.17～3.25之间。

若按平均1.0计，本工程垫层料宽度仅2m，当垫层料承受反向水位差到达2.0m时，垫层料即可能产生渗透破坏。

由此可见施工期坝体反渗水排水设计的重要性。

考虑到该部位来水量很难精确计算，在参考了国内外同类工程的基础上，结合本工程实际情况，总计布置了六根排水钢管，钢管中心高程162m，管径150mm，长8.0m，以外露至面板外0.5m为准。

按简单管道自由出流进行估算，深槽部位积水平均每小时可降约2m左右。

排水钢管在上游铺盖填筑前予以封堵。

6 北副坝设计特点北副坝位于库区北面的垭口处，剖面在上下游方向呈马鞍形状，与南副坝一样存在反向渗压的问题。

由于北副坝垭口底部由于有F1断层穿过，为保证帷幕灌浆效果，创造后期补充灌浆的条件，有必要在趾板下设置灌浆廊道。

因此两者结合基础处理，采用混凝土座垫置换断层破碎带方式，趾板置于座垫之上。

谷底座垫内设灌浆兼排水廊道，左岸趾板下设交通廊道。

上游反向渗水通过排水管进入廊道，再通过集水井与排水泵集中抽排。

招标和施工图设计阶段时，考虑景观要求，将原北副坝北侧山坳、南副坝下游山坳处的弃渣场合并移到北副坝下游坝脚处。

为增大渣场容量，弃渣紧贴北副坝下游，事实上已成为北副坝下游坝体的一部分。

弃渣顶部高程220.0，顺冲沟方向宽115m，下游面坡度1：2.5，弃渣与北副坝下游坝面之间设置2m厚反滤层。

弃渣与基础之间设置排水层料，排水层平面上位于冲沟最低处，水平宽20m，厚2.5m，排水层料顶部与弃渣间设1m厚反滤料。

7 结语响水涧上水库主坝是一座建在倾斜建基面上的混凝土面板堆石坝，为防止下游堆石区后期变形对上游坝体和面板的不利影响，对下游堆石区的设计进行了优化。