安徽績溪抽水蓄能電站上水庫設計

趙 琳，雷顯陽，郎玲芳

（中國電建華東勘測設計研究院有限公司，浙江省杭州市 310014）

1 上水庫工程布置

績溪抽水蓄能電站位于安徽省績溪縣伏嶺鎮，靠近皖江城市帶，鄰近江蘇省。站點位于皖電東送輸電通道上，接入系統便利。工程樞紐建筑物主要包括上水庫、輸水系統、發電廠房及開關站、下水庫等。電站裝機容量1800MW，屬一等大（1）型工程，具有日調節性能[1]。

上水庫位于登源河的北支流赤石坑溝源頭段，屬于峽谷河道型水庫，水庫四周地形具有良好的封閉性，成庫條件十分優越。壩址以上控制流域面積1.8km2，正常蓄水位以下庫容980萬m3，其中調節庫容867萬m3。

上水庫主要建筑物包括大壩、庫岸公路、庫岸防護、庫尾石料場等，上水庫不設溢洪道，平面布置如圖1所示。

上水庫正常蓄水位 961.00m，死水位 921.00m，按200年一遇洪水設計，2000年一遇洪水校核。大壩采用鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程966.20m，壩頂寬10.0m，最大壩高117.7m（壩軸線處），壩頂長336.0m。

為了滿足上水庫有效庫容的要求，對庫尾山脊石料場進行開挖，開挖平臺底高程為930.00m，總計開挖石料約192萬m3。開挖的石料除滿足上水庫大壩填筑需要外，剩余部分用作下水庫大壩上游堆石區壩體填筑。

圖1 安徽績溪抽水蓄能電站上水庫平面布置圖（單位：m）Figure 1 Layout plan of upper reservoir of Jixi pumped storage power station in Anhui province （unit：m）

上水庫庫岸整體穩定，水庫的地形條件和水文地質條件封閉性好，水庫蓄水后無永久性滲漏問題。

上水庫沿庫周設環庫的庫岸公路，路面高程966.20m，全長約4.2km。

2019年6月6日，績溪抽水蓄能電站上水庫下閘蓄水；2019年12月19日，1號機組正式運行。

2 鋼筋混凝土面板堆石壩

上水庫大壩壩址位于赤石坑溝林場營地下游約200m，溝谷狹窄，呈“V”形，溝底高程835～865m。壩址區覆蓋層薄，弱風化基巖多裸露，巖質堅硬。壩區發育f13～f15、f36等斷層，斷層寬0.1～0.5m，充填碎裂巖、碎粉巖等。基巖巖性為粉砂巖和燕山晚期侵入的（似）斑狀花崗巖，呈熔融狀接觸。左岸卸荷深度、強度均大于右岸，強卸荷水平深度左岸為39～46m，右岸為5～12m；弱卸荷水平深度左岸為52～64m，右岸為16～38m。趾板地基以弱卸荷巖體為主，巖石質量指標RQD值低，以較破碎～完整性差為主，局部破碎，弱～微透水，局部仍存在中等透水巖體，巖體相對隔水層（q≤1Lu）埋藏深，壩基存在滲漏問題；壩址兩岸上、下游均有沖溝切割，淺表部巖體較破碎～完整性差，兩壩頭地下水位和相對隔水層頂板（q≤1Lu）埋藏深，水庫蓄水后存在繞壩滲漏問題。

上水庫大壩壩型采用鋼筋混凝土面板堆石壩。壩頂高程966.20m，上游設防浪墻，墻頂高程967.40m。最大壩高117.70m（壩軸線處），壩頂長度336.00m，壩頂寬度10.0m。壩體上、下游壩坡坡比均為1：1.4，下游壩坡每隔20m設一級馬道，馬道寬3m。大壩下游采用0.5m厚干砌塊石護坡，塊石最小粒徑為40cm。壩腳設混凝土量水堰。

根據地形地質條件，大壩采用正向排水設計，大壩壩體典型剖面如圖2所示。

圖2 大壩壩體典型剖面圖（單位：m）Figure 2 Typical section of dam body （unit：m）

根據壩址區工程地質條件，將河床部位趾板基礎置于弱風化巖體上部，開挖深度6～8m；右岸挖除強卸荷破碎巖體后，趾板基礎置于弱風化、弱卸荷巖體上部，開挖深度6～15m。由于左岸強卸荷巖體最大深度達46m，全部挖除開挖量大，且將形成高邊坡，經多方案比較后，決定抬高左岸趾板建基面，左岸挖除強卸荷上部破碎巖體，趾板基礎置于弱風化、強卸荷巖體中、下部，開挖深度為4.2～16.5m。對強、弱卸荷區趾板下游增設混凝土防滲板（4m寬，0.3m厚），趾板基礎加強灌漿處理[2-3]。

趾板上游開挖邊坡基本上均為弱風化、卸荷巖質邊坡，左岸為順層、強卸荷邊坡，忌切角開挖。大壩按照地質建議開挖坡比設計、施工：左岸弱風化、強卸荷巖體1：0.75；河床及右岸弱風化、無卸荷～弱卸荷巖體1：0.5，對開挖后的趾板上游邊坡進行全斷面系統排水孔+掛網噴錨支護，對局部深層結構面與緩傾角切割組合的塊體，布置長錨桿、錨筋樁、預應力錨索隨機支護。開挖后趾板上游邊坡高度：左岸20～53m，河床7～8m，右岸15～41m。

大壩壩基及兩壩肩存在滲漏問題，采用帷幕灌漿防滲處理。考慮巖體卸荷影響，左壩肩～左岸趾板865.00m段布設二排帷幕，孔距 2m，排距1m。左壩肩帷幕延伸至上水庫正常蓄水位與相對隔水層線（q≤1Lu）相交部位，主帷幕線向左壩肩山體內延伸約 60m。防滲底線深入相對隔水層線（q≤1Lu）以下5m。

左岸趾板865.00m以下～右壩肩設一排帷幕，孔距 2m，帷幕延伸至上水庫正常蓄水位與相對隔水層線（q≤1Lu）相交部位，帷幕線向右壩肩山體內延伸約54m。防滲底線深入相對隔水層線（q≤1Lu）以下5m。

大壩及兩岸基礎帷幕防滲布置如圖3所示。

圖3 上水庫大壩及兩岸基礎帷幕防滲布置（單位：m）Figure 3 Anti seepage arrangement of foundation curtain of upper reservoir dam and both banks （unit：m）

3 上水庫庫盆處理

上水庫庫盆處理包括庫盆防滲、庫盆開挖及防護、庫盆清理。

上水庫為縱向河谷、峽谷河道水庫，庫岸山體雄厚，地形封閉條件好。庫區無較大規模的斷層破碎帶、節理（裂隙）密集帶通向庫外，右岸近庫尾的沖溝溝源及左岸中部埡口一帶，山體相對單薄，鉆孔長觀孔最低地下水位及庫內沖溝地下水出露點均高于正常蓄水位，水庫蓄水后不存在水庫滲漏問題。

為了滿足上水庫有效庫容，降低水庫水位變幅的要求，根據庫岸周邊地形地質條件，對庫尾山脊石料場進行開挖。開挖平臺底高程為930.0m，庫岸公路利用966.2m馬道拓寬形成。庫尾石料場總計開挖石料約192萬m3。開挖的石料除滿足上水庫大壩填筑需要外，剩余部分用作下水庫大壩上游堆石區壩體填筑。庫尾料場區覆蓋層淺薄，地表弱風化砂巖裸露，未發現崩塌、滑坡等不良物理地質現象，自然邊坡穩定。巖體卸荷淺，弱卸荷帶深度一般為10～20m，未見大的斷層破碎帶通過。石料場開挖邊坡坡比1：0.5，最大邊坡高度約141m。為保證施工及運行期安全，在庫尾石料場開挖邊坡開口線部位設置被動防護網+截水溝+鎖口砂漿錨桿。開挖坡面進行全斷面系統排水孔+掛網噴錨支護。庫岸公路以上邊坡馬道上設置混凝土種植槽，進行邊坡綠化。

上水庫區兩岸地形基本對稱，坡度為30°～40°，兩岸弱風化基巖多裸露，巖性主要為粉砂巖，巖質堅硬。水庫蓄水后，除局部卸荷松動巖（塊）在庫水影響下，會產生小范圍塌滑外，自然庫岸穩定性較好。上水庫庫盆較長，因此對庫岸防護采用分區處理方案，近壩區及進/出水口區域重點防護，其他部位以盡可能減少處理工程量為原則。壩軸線上游500m范圍內，清坡至基巖后進行隨機噴、錨支護；大壩兩岸50m范圍、進/出水口兩側50m范圍進行系統噴、錨支護處理。前期地表測繪共發現6處危巖體，單體方量100～200m3，采取撬挖清除，布置隨機錨桿、錨筋樁等支護處理。在右岸壩前沖溝高程1000～1100m范圍內分布有人工堆積礦渣，總方量約為2000m3。堆積礦渣穩定性差，暴雨時可能形成碎屑流或小型泥石流，順溝入庫，產生一定的水庫淤積和安全隱患，全部清除處理。

水庫清理以庫岸公路為界，清除庫岸公路以下全部植被、樹根、腐殖土，厚約0.2m。

4 上水庫庫岸公路

上水庫沿庫周設環庫的庫岸公路，路面高程966.20m，全長約4205m。庫岸公路分為兩段，水庫右側段庫岸公路（右壩頭—進/出水口—庫尾石料場）路面寬度6.5m，路基寬度7.5m，長約1940m；水庫左側段庫岸公路（左壩頭—庫尾石料場）按便道設計，路面寬度3.5m，路基寬度4.5m，長約2250m；漸變段長15m。庫岸公路設計荷載標準為汽-40；公路等級為水電工程場內三級；設計行車速度為20km/h；水泥混凝土路面。

公路全線無橋梁，共設鋼筋混凝土蓋板涵1道。

5 上水庫工程特點及難點

（1）土石方平衡復雜、實際操作難度較大。

本工程下庫區基巖為粗粒花崗巖，總體風化較深，絕大部分明挖料呈強風化狀，飽和抗壓強度3～10MPa，屬軟巖。下水庫大壩為混凝土面板堆石壩。根據土石方平衡規劃，需要從上下庫連接公路回采8萬m3新鮮石料、下水庫進/出水口開挖約3.53萬m3新鮮石料、下水庫洞挖料中轉料場回采約14.4萬m3弱風化新鮮石料、上水庫庫尾石料場運送79.6萬m3弱風化新鮮石料，用于下水庫大壩上游堆石區填筑。為滿足現場土石方動態平衡需求，上水庫石料場930.0m以下暫做備用石料場（根據地形地質條件，料場930～921m間可提供備用石料30萬m3）[4]。本工程上下庫連接公路全長約12.8km，壩料重車下行運輸風險極高。

技施階段，要求參建各方重視地下工程洞挖料的保護，減少石料的損耗，重視對上下庫連接公路開挖過程中新鮮石料的保護和堆存，盡量減少石料在運輸、回采和加工過程中的損耗，做好中轉料場的管理，避免料源被人為污染。經過各方努力，最終土石方平衡較為理想，并未啟動上水庫備用料場。

技施階段，參建各方高度重視壩料重車下行運輸風險問題，引入大壩填筑碾壓質量GPS自動監測與反饋控制系統，監測石料運輸；采取在上下庫連接公路臨邊側布置雙層波形鋼護欄，在公路內側轉彎處布置防撞水箱，在公路平緩處布置停車場地，公路沿線布置安全標語等措施。經過各方努力，最終實現壩料重車下行零事故。

（2）施工項目上、下交叉，施工干擾嚴重，施工安全突出[5]。

上水庫地形較陡峻，庫盆為狹谷河道型，施工場地布置較為困難。

上、下水庫工程在施工過程中，多個項目交叉作業，施工高峰期車流量大，人員多，需選擇合理的施工程序、先進的施工方法和精細的現場管理，才能保證建筑物系統安全，確保施工期人員、設備安全。

工程區施工項目，呈垂直、平面分布狀態，面積包括整個抽水蓄能電站，在短期內投入大量的機械設備和人員進行施工，對施工機械和施工人員的安全，存在潛在的威脅。在施工期間，必須加強安全管理，落實安全施工措施，確保施工人員和機械設備的安全。

技施階段，嚴格要求避免空間立體交叉作業；大壩、料場等重點部位由施工單位安排安全員，對來往車輛、人員等進行必要的提醒。

上水庫海拔較高，冬季溫度較低（據下水庫壩址專用氣象站2011年統計，1～3月、12月最低氣溫在-8.9～-2.8℃），對土石開挖、填筑、混凝土面板澆筑等均有較大制約，進而影響施工進度，需充分認識和重視低溫季節對上水庫工程的影響。

技施階段，要求加強上水庫氣象預測，確保寒流來臨前的施工準備工作；在日平均氣溫穩定在5℃以下，或日最低氣溫在-3℃以下時，大壩面板、趾板等嚴格遵照《水工混凝土施工規范》的規定，按低溫季節混凝土施工措施執行；在混凝土澆筑過程中做好養護和保溫工作，已澆筑混凝土外露面掛EPE保溫被保護；控制混凝土澆筑過程中內外溫差不大于20℃；混凝土運輸設備覆蓋保溫材料進行保溫[6]。

（3）兩岸卸荷裂隙發育，左岸順層巖體開挖。

上水庫（壩）為峽谷河道水庫，兩岸地形坡度較大，一般30°～40°，局部大于45°，庫岸主要由層狀砂巖組成，地層總體產狀為N65°～85°W，NE∠55°～85°。卸荷裂隙較發育，其中壩址區：左岸強卸荷水平深度39～46m，弱卸荷水平深度62～64m；右岸強卸荷水平深度6～12m，弱卸荷水平深度16～38m[2]。庫區：左岸強卸荷水平深度6～39m，弱卸荷水平深度44～56m；右岸強卸荷水平深度0～8m，弱卸荷水平深度4～22m。庫尾石料場：強卸荷不發育，弱卸荷水平深度19～38m。

左岸為層狀順向結構邊坡，層面裂隙、層間擠壓破碎帶、順層卸荷裂隙及右岸淺表部的中緩傾角順坡卸荷裂隙較發育，與其他結構面切割組合，在邊坡上可形成穩定性差～不穩定塊體，受開挖爆破、切腳等因素影響，易產生順坡塌滑[1，7-8]。

上水庫（壩）區局部長大節理、卸荷裂隙較發育，相互切割，形成了多處規模不大的危巖體或穩定性差的巖塊（體），危巖體受工程施工擾動及暴雨等影響，易失穩。

技施階段，要求大壩左岸趾板、左岸壩肩段庫岸公路開挖邊坡嚴格按照藍圖要求開挖，避免切角開挖。邊坡嚴格按照自上而下臺階法開挖，噴錨支護及時跟進。嚴禁自下而上或采取倒懸的開挖方法。要求上一級邊坡開挖支護及處理并驗收合格后方允許開挖下一級邊坡，確保施工期人員安全。施工過程中對于處于不良地質地段的邊坡，發現邊坡不穩定時應及時提出，以便調整邊坡支護參數。對壩軸線上游500m、下游200m范圍內查明的危巖體進行翹挖清除，布置隨機錨桿、錨筋樁等支護，并在該范圍庫岸公路靠山側布置被動防護網支護。對建筑物區以外的庫區，撬挖清除查明的6處危巖體，布置隨機錨桿、錨筋樁等支護。清除右岸壩前沖溝高程1000～1100m范圍內人工堆積礦渣，總方量約為2000m3。

（4）引入數字化大壩建設。

考慮到績溪抽水蓄能電站土石方平衡復雜，實際操作難度較大，壩料重車下行安全性等因素，本工程引入了大壩填筑碾壓質量GPS自動監測與反饋控制系統。該系統由監控中心、網絡中繼站、現場分控站、GPS基準站和移動遠端（或GPS 流動站，包括施工振動碾和工程監理車）等部分組成，主要實現如下功能：①實時動態監測碾壓機械運行軌跡，自動計算碾壓機械在壩面上的碾壓遍數、激振力和運行速度，并在壩面施工三維數字地圖上可視化顯示；②動態測量大壩各區各層壩料的攤鋪厚度及碾壓后的壓實厚度，由此計算大壩各點壩料碾壓后的壓實程度，并在壩面施工三維數字地圖上可視化顯示；③實時動態監測上水庫庫尾石料場的開挖以及石料的運輸；④將上述動態數據自動寫入數據庫，以備后續應用分析；⑤根據自動測量的施工數據，對大壩填筑過程進行實時監控。當填筑過程中的攤鋪厚度超過規定、或有漏碾、超速、或碾壓后壩料的壓程實度未達到規定值時，能夠自動提示施工管理人員和質量監理人，以便他們及時指示返工或調整，使施工質量在整個施工過程中始終處于受控狀態。

6 結束語

績溪抽水蓄能電站上水庫大壩采用硬巖筑壩，充分利用進/出水口、上水庫石料場等部位的開挖石料，大大減少了工程棄渣；通過方案優化，將左岸趾板建基于弱風化、強卸荷巖體中、下部，降低了趾板上游順層卸荷邊坡開挖高度和施工風險；對于大壩左岸順層卸荷邊坡，采用地質建議坡比設計，避免切角開挖，并要求開挖一級支護一級。

上水庫庫尾石料場需運送約80萬m3硬巖料用于下水庫大壩上游堆石區填筑，重車下行、長距離運輸風險極高。本工程通過引入大壩填筑碾壓質量GPS自動監測與反饋控制系統、在上下庫連接公路臨邊側布置雙層波形鋼護欄，在公路內側轉彎處布置防撞水箱，在公路平緩處布置停車場地，公路沿線布置安全標語等措施，最終實現壩料重車下行零事故，值得同類工程參考。

績溪抽水蓄能電站土石方平衡復雜，實際操作難度較大，招標施工圖階段引入大壩填筑碾壓質量GPS自動監測與反饋控制系統，進一步確保上、下水庫大壩壩體填筑質量整體可控。