抽水蓄能電站棄渣場下游攔沙壩型式選擇

劉 健，費日朋，張 騰

(1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.浙江省華東生態環境工程研究院，浙江 杭州 311122)

抽水蓄能電站的開發建設對于促進實現我國“碳達峰、碳中和”目標具有重要意義[1]，因此，國家能源局在“十四五”規劃提出要加快抽水蓄能電站建設[2]。抽水蓄能電站為點型開發建設項目，棄渣量大且較為集中，棄渣堆置過程中，下游若不采取防護措施，極易造成水土流失[3]，影響下游生態環境。本研究結合廈門抽水蓄能電站下庫石蓮棄渣場下游攔沙壩設計，提出混凝土、鋼筋石籠2種型式，分析了2種攔沙壩的優缺點及適用情況，最終推薦鋼筋石籠作為下庫石蓮棄渣場下游攔沙壩的型式。同時也為其他類似項目攔沙壩的型式選擇提供參考。

1 項目概況

廈門抽水蓄能電站位于福建省廈門市同安區汀溪鎮境內[4]，距廈門市、泉州市和福州市的公路里程分別為50、86和276km。

電站為I等大(1)型工程，上水庫正常蓄水位867.00m，死水位842.00m，調節庫容707.00萬m3；下水庫正常蓄水位306.00m，死水位275.00m，調節庫容687.00萬m3。電站裝機容量1400MW(4×350MW)，多年平均發電量23.45億kW·h，為日調節純抽水蓄能電站。樞紐建筑物包括上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房洞群和開關站等[5]。

2 下庫石蓮棄渣場概況

工程設置的下庫石蓮棄渣場位于石蓮村下方，占地面積28.96hm2，占地類型主要為林地和耕地，堆渣高程435～505m，堆渣坡比1∶2.0，容渣量450.00萬m3，擬堆渣量382.48萬m3。

棄渣場地形呈近圓形的小盆地，四周山體雄厚，植被發育，山頂高程在800m以上，西南側有一埡口，水流集中流出，盆地內主要有6條小沖溝，呈樹枝狀分布，在盆地底部匯流為主溝，常年流水，主溝底部高程430.0～480.0m，四周山坡坡度10°～35°。棄渣場兩側山坡覆蓋層較薄，地質條件較好，無滑坡、泥石流等不良地質現象。

3 攔沙壩設計

下庫石蓮棄渣場堆渣量較大，為了防止施工過程中填筑土石方遇暴雨沖刷流失，減小對下游生態環境的影響，在下庫石蓮棄渣場擋墻下游30～50m范圍內設置一道攔沙壩攔擋泥沙。擬采用混凝土或鋼筋石籠2種型式。

3.1 混凝土攔沙壩

混凝土攔沙壩采用C20混凝土結構，全長51.0m，頂寬2m，高6.5m，面坡1∶0.75，背坡直立；壩頂中間預留溢流口，溢流口深0.5m，兩側邊坡坡比1∶1；壩后采用塊石回填，防止水流沖刷；攔沙壩中部設置一道橫縫，填塞瀝青油毛氈止水；攔沙壩基礎開挖至強風化帶下限，壩體底部采用22錨筋錨固，長3m，出露1m，其中端部彎長20cm，梅花型布置，間距1.5m，如圖1—2所示。

圖1 混凝土攔沙壩壩軸線剖面圖

圖2 混凝土攔沙壩1-1剖面圖

圖3 鋼筋石籠攔沙壩剖面圖

圖4 鋼筋石籠攔沙壩縱剖面圖

圖5 鋼筋石籠大樣圖

3.2 鋼筋石籠攔沙壩

鋼筋石籠攔沙壩采用鋼筋石籠砌筑，全長45m，頂寬4.5m，高3.5m，兩側邊坡坡比1∶2.0；壩頂中間預留溢流口，溢流口深0.5m；攔沙壩中部設置一道砂礫石心墻，上下游寬1m，砂礫石最大粒徑不超過8cm，級配連續；攔沙壩與兩岸河床相接，原地形不平整處采用塊石回填找平；鋼筋石籠規格采用1m×1m×1.5m和1m×1m×1m，石籠內填充塊石，粒徑范圍25～40cm，主筋采用Φ22@50×50，次筋采用Φ8@10×10；攔沙壩上游布置一道300g/m2無紡土工布反濾。

4 攔沙壩型式選擇影響因子分析

對攔沙壩型式選擇主要有5個影響因子：地形、地質、用途性質、施工難度、造價，各影響因子分析見表1。

表1 廈門抽蓄下庫石蓮棄渣場下游攔沙壩影響因子分析表

根據重要程度、結合經驗，對5個影響因子賦予權值，其中地形0.15，地質0.15，用途性質0.25，施工難度0.2，造價0.25，并對各影響因子進行賦分：地形適應性較強的賦1分、適應性較弱的賦0.5分；地質適應性較強的賦1分、適應性較弱的賦0.5分；用途性質廣泛的賦1分、局限的賦0.5分、施工難度較小的賦1分、難度較大的賦0.5分；造價較低的賦1分、較高的賦0.5分。最終用賦分乘以權值，得到各影響因子綜合得分，分值越高越優。各影響因子分析見表2。

表2 各影響因子分析表

5 結語

廈門抽蓄下庫石蓮棄渣場下游攔沙壩所處位置地形平緩開闊，具備鋼筋石籠砌筑條件；鋼筋石籠為臨時建筑物，對地質要求較低，便于后期拆除，且施工簡單、方便、快捷，造價不高。根據表2計算結果，鋼筋石籠攔沙壩影響因子綜合得分高于混凝土攔沙壩，因此廈門抽蓄下庫石蓮棄渣場下游攔沙壩選擇鋼筋石籠攔沙壩型式。

隨著抽水蓄能電站建設腳步的加快，棄渣場越來越多，為了防止水土流失，在棄渣場下游設置攔沙壩攔擋泥沙，攔沙壩可選用混凝土、鋼筋石籠等型式，攔沙壩型式選擇可對地形、地質、用途性質、施工難度、造價等影響因子進行賦分計算、定量分析，根據計算結果選擇最優型式。本分析方法可供類似項目攔沙壩型式選擇借鑒，但攔沙壩型式不局限于2種，影響因子不局限于5個，權值、賦分可根據影響因子重要程度進行權衡。