荒溝抽水蓄能電站面板堆石壩建基優化設計

金 輝，董延超，溫 斌，陳俊杰

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春 130021）

1 工程概況

荒溝抽水蓄能電站位于黑龍江省牡丹江市海林縣三道河子鎮，下水庫利用已建成的蓮花水電站水庫，上水庫為牡丹江支流三道河子右岸的山間洼地，電站樞紐建筑物主要由主壩、副壩、輸水系統和地下廠房等組成。電站裝機容量1200MW，上水庫總庫容1193.7×104m3，為Ⅰ等大（1）型工程，主壩為1級建筑物，最大壩高83.10m，設計洪水標準為200年一遇，校核洪水標準為1000年一遇。

2 地質條件

壩址區基巖為華力西晚期白崗花崗巖，后期穿插有花崗斑巖巖脈。白崗花崗巖巖質堅硬，抗風化能力強，新鮮巖石飽和抗壓強度達124MPa。花崗斑巖巖脈一般寬0.6～2.9m，最大為7.0m左右，巖質堅硬，抗風化能力強，與圍巖呈混熔接觸。

全風化巖較厚，可分為土狀全風化和砂狀全風化兩層。土狀全風化（第⑤層）覆蓋于溝底砂狀全風化巖上，分布連續，均一性較差，呈土狀。粗粒含量約占60%。粘粒、粉粒含量約占40%，飽和，呈可塑～硬塑狀。層厚一般2.0～23.0m，為壩基的主要土層。

第四系松散層分布于溝底及兩岸山坡，厚度隨地貌單元的不同而有所差異。

3 面板堆石壩建基標準

招標設計階段，對主壩基礎重新補做了大量地勘工作，根據新的地勘成果，原可研修編階段壩基第四系沖積堆積層的粘土質砂重新定義為白崗花崗巖土狀全風化。由于前期壩基土三軸試驗時剔除了大顆粒（0.5mm以上全部剔除），有擾動，分散性較大，代表性不強，招標設計階段重新取原狀樣進行了三軸、固結等試驗。根據新的地質資料和試驗成果重新論證下游堆石區全部建基于土狀全風化的可行性。

3.1 可研修編階段

趾板和主堆石區局部建基于弱風化基巖上部，其它主堆石區和下游堆石區全部建基于強風化基巖頂部，大壩典型剖面見圖1。

圖1 可研修編階段主壩典型剖面圖

3.2 施工圖階段

趾板及趾板后30.0m內的主堆石區建基于弱風化基巖上部，其它壩軸線以前的主堆石區建基于強風化基巖上部；壩軸線以后的主堆石區及下游堆石區全部建基于土狀全風化層上。大壩典型剖面見圖2。

圖2 施工圖階段主壩典型剖面圖

4 壩體應力應變計算分析

4.1 可研修編階段

選擇最大剖面計算，分級加載模擬施工蓄水過程。壩體及壩基覆蓋層采用鄧肯E—ν模型，混凝土面板按線彈性模擬。壩體填筑材料參數、土狀全風化及面板混凝土計算參數是根據前期三軸試驗成果，并參照類似工程，經類比分析確定，見表1，計算結果見表2。

表1 可研修編階段應力與應變計算參數

表2 可研修編階段大壩位移應力計算表

4.2 施工圖階段

壩體填筑材料參數、土狀全風化及面板混凝土計算參數是根據三軸試驗成果，并參照類似工程，經類比分析確定，見表3，計算結果見表4，5。

由表4，5可見：1）竣工期堆石體最大沉降0.6430m，約占最大壩高83.10m的0.77%；運行期堆石體最大沉降0.6590m，約占最大壩高的0.79%。下游堆石區底部基礎的粘土質砂層全部保留，對下游堆石區的沉降影響較大，下游堆石區的沉降明顯較主堆石區大。2）堆石體內均為壓應力，最大壓應力值也僅1.84MPa；面板周邊縫處最大拉應力0.77MPa，未達混凝土抗拉強度極限值。

5 滲流計算及對比

經平面有限元計算，可研修編階段方案主壩滲流量為1873m3/d，施工圖階段方案為1747m3/d，由于施工圖階段方案下游保留了滲透系數相對較小的土狀全風化層，具有一定的阻水作用，所以滲流量要略小于可研方案，而施工圖階段方案的浸潤線在壩體部分略高于可研方案，符合一般規律。由于面板壩防滲效果較好，下游水頭較低，所以下游出溢點附近滲透比降較小，約為0.17，小于全風化層的臨界比降均值2.61（破壞比降均值為3.94），滿足滲透穩定要求。

表4 堆石體與面板的位移結果 m

表5 堆石體與面板的應力結果

6 結語

從壩體應力、應變計算結果看，雖然施工圖方案比可研推薦方案在堆石體豎直位移、面板法向位移等略有增大，但均在允許范圍內，與類似工程接近，符合一般規律，可滿足設計要求；保留下游土狀全風化層與否對滲流影響不大；參照結合、對比國內外類似工程經驗，荒溝工程施工圖設計階段面板堆石壩壩基開挖的設計方案是可行的，且節省投資8483.17萬元。壩基優化后的施工圖階段方案較可研修編階段在工程量和投資上都具有明顯優勢，節省工期、減少棄渣和占地，在技術上也是可行的。