溧阳抽水蓄能电站上水库工程技术难点及其对策
宁永升 胡育林
（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司）
【摘 要】 溧阳抽水蓄能电站上水库面板堆石坝坝基地形条件复杂，料源复杂，大坝不均匀变形问题突出。在遵循常规高面板堆石坝设计思路的基础上，重点解决面板堆石坝和上水库回填库底的变形控制问题。
【关键词】 溧阳抽水蓄能电站 上水库 技术难点 对策
1 工程概述
溧阳抽水蓄能电站位于江苏省溧阳市，地处苏南地区负荷中心，电站距南京、苏州、无锡、常州的直线距离约80～120km，距溧阳市区公路里程32km，电站地理位置优越。电站装机容量1500MW（6台×250MW），工程开发的任务是为江苏电力系统提供调峰、填谷和紧急事故备用，同时可承担系统的调频、调相等任务。设计年发峰荷电量20.07亿k W·h，年抽水耗用低谷电量26.76亿k W·h。电站发电最大水头290m，最小水头227.7m，额定水头259.0m，抽水最大扬程295.0m，最小扬程237.5m，洞长水头比为7.9。
本工程为Ⅰ等大（1）型工程，工程枢纽由上下水库、输水建筑物、地下厂房及开关站等组成。上水库位于溧阳市伍员山工区龙潭林场，利用芝麻沟和青山沟两条大冲沟在水库东侧筑坝形成，主要建筑物由1座主坝、2座副坝、库岸及库底防渗体系统组成。上水库正常蓄水位291.00m，死水位254.00m，调节库容1195.9万m3，库口面积0.388km2。主坝为钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶高程295.00m，坝顶宽度10m，最大坝高165.00m（坝轴线处），坝顶长度1113.20m，上游面坡比为1：1.4，下游面坡比为1：1.45。两座副坝分处水库南北两侧垭口处，均为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高分别为59.6m和51.6m。上水库库底采用土工膜防渗，防渗面积25万m2，开挖区约占1/3，回填区约占2/3。上水库的防渗体系由库底土工膜、库周钢筋混凝土面板及其止水组成。
坝址处于高地震区，大坝基本烈度Ⅶ度，设防烈度Ⅷ度；大坝抗震设防标准取基准期100年超越概率2%的地震动参数作为设计地震，对应水平加速度为0.196g；取100年超越概率1%或最大可能地震（MCE）动参数进行校核，对应水平加速度为0.204g。
2 上水库工程主要技术难点
2.1 大坝填筑量大，且全部采用工程建筑物开挖料，土石方平衡是投资和进度控制的关键问题
上水库主坝采用混凝土面板堆石坝，最大坝高165.00m，坝体填筑量约1600万m3，料源全部利用工程建筑物开挖料，主要采用下水库库盆开挖料，部分利用上水库开挖料和输水发电系统洞挖料，存在“大挖、大填、大运”特点，土石方平衡是投资和进度控制的关键问题。
2.2 大坝料源和地形条件复杂，减少坝体不均匀沉降是大坝设计的关键和难点问题
大坝地形条件复杂，沿轴线方向坝基地形呈W形，沟谷地形相对高差达30～50m；垂直坝轴线方向，坝基以约17°倾向下游，坝基地形易造成大坝不均匀沉降。上水库大坝筑坝材料来源主要为下水库晶屑凝灰岩、安山岩、花岗斑岩和上水库岩屑石英砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，共6种岩性。筑坝材料岩性多样复杂，差异性大，坝体存在不均匀沉降问题；减少坝体不均匀沉降是大坝设计的关键和难点问题。
2.3 库底采用挖填结合，最大回填石渣厚度达70m，库底防渗方案和施工质量是影响工程有效运行和工程投资的关键技术问题
上水库地形零乱，沟谷纵横，成库条件较差；地质构造较为复杂，岩层产状变化较大，节理裂隙发育，岩体完整性较差，水库四周山体相对较单薄，地下水及相对不透水层顶板埋藏较深，水库防渗问题突出；靠东侧主坝部位为回填库底，最大回填石渣厚度达70m；靠西侧库岸部位为开挖库底，库底为强风化基岩。库底填筑厚度不均一，存在不均匀沉降变形问题。同时水库集雨面积小，天然来水量少，水库防渗要求高，其防渗方案和施工质量是影响工程有效运行和工程投资的关键技术问题；经研究，库底防渗方案采用土工膜防渗方式。
3 土石方平衡对策
3.1 加强料源规划，采取合理的分区开采措施，加强转存料管理
根据料源开采前期强风化软岩比重大特点，将下水库开挖区分为三个区，解决大坝填筑下部需要弱风化以下岩石，而开挖区上部区弱风化以下岩石偏少的矛盾。对于后期填筑于次堆区的强风化料转存至①中转料场，并加强管理。
3.2 大坝合理分区，充分利用建筑物开挖料
（1）由于大坝料源复杂，存在安山岩和花岗岩岩脉、强风化岩石等软岩，为有效降低坝体浸润线，在坝基底部和过渡区下游设置10～15m厚排水料，排水料采用工程软化系数较小的新鲜岩石，应具有较高的压缩模量、较低的压缩变形、较高的饱和抗压强度、遇水不易软化或不软化。
（2）为充分利用工程开挖强风化料，尽量做到挖填平衡，根据料源和坝体填筑时空分布情况，在充分研究的基础上，将大坝下游次堆石区填筑高程由210.00m调整至200.00m，以提高强风化软岩的利用率，并提前利用强风化，减少中转压力。
3.3 建立动态监控系统，做到挖填动态监控
建立料源开挖和大坝填筑实时台账，实时监控工程已开挖量、剩余可利用量、已填筑工程量、剩余填筑量，做到挖填动态监控。
3.4 成立料源管理小组，对料源及时鉴定，减少料源浪费，控制上坝料质量
成立以设计、监理、业主、施工四方组成的料源管理小组，对即将开挖工作面现场鉴定，确定其去向，减少料源浪费，控制上坝料质量。
4 减少大坝不均匀变形的设计对策
4.1 改良坝基地形条件
如前所述，上水库主坝坝基为两沟一梁W地形，且沟和梁均约17°倾向下游，对坝的稳定和坝体不均匀变形很不利。对坝基地形进行改造的措施包括：①对中部山梁凸起部位进行削坡开挖，形成高程185m平台，减少坝体在平行坝轴线方向的不均匀沉降；②结合坝基开挖，对中部山梁陡峻基岩坡面进行台阶开挖，在高程170.00m形成宽10m平台，减少堆石体沿基岩面的下滑力。
4.2 高程185.00m以下设置增模区，减少W地形和斜坡地形对坝体不均匀变形的影响
在坝体高程185m以下、排水区以上部分设置增模区，减少W地形和斜坡地形对坝体不均匀变形的影响。采用下水库库盆开挖的弱风化—新鲜石料填筑，堆石的最大粒径600mm，粒径小于5mm的含量控制在不大于20%，小于0.075mm粒径含量不大于5%。压实层厚0.6m，设计干密度不小于2.18g/cm3，孔隙率不大于17%。
4.3 合理安排预留沉降周期，尽量减少坝体后期沉降
（1）大坝面板必须在坝体填筑完成，经至少6个月的沉降且沉降速率不大于5mm/月后才能施工。
（2）库底防渗土工膜必须在库底填筑完成，经至少6个月的沉降且沉降速率不大于5mm/月后才能施工。
4.4 采用大坝GPS质量监控系统，加强施工控制，确保填筑质量
由于大坝填筑料源特性复杂，填筑质量至关重要。因此，工程施工阶段，引进大坝GPS质量监控系统，加强对碾压遍数、行车速度、行车轨迹、激振力等碾压参数控制，确保填筑质量。
4.5 根据大坝施工期监测成果，调整大坝与库底预留沉降超高
招标设计阶段，根据大坝三维有限元计算成果，主坝坝顶和库底回填区预留沉降超高0～1m，施工阶段根据大坝施工期监测成果，调整大坝与库底预留沉降超高。
5 库底土工膜防渗技术重点研究的问题
5.1 合理选用土工膜种类、膜厚、材料力学性能参数
根据上水库工程特点，选用1.5mm厚的HDPE土工膜，其物理力学性能指标如下：密度不小于0.9525g/cm3；吸水率不小于0.02%；炭黑含量不小于2.4%；熔体流动速率不小于0.13g/10min；拉伸屈服强度横向不小于19.1MPa，纵向不小于19.2MPa；拉伸屈服伸长率纵横向不小于16%；拉伸断裂强度横向不小于31.5MPa，纵向不小于32.1MPa；拉伸断裂伸长率横向不小于772%，纵向不小于764%；直角撕裂强度横向不小于146N/mm，纵向不小于145N/mm；尺寸稳定性（100℃，15min）横向不大于-0.45%，纵向不大于-0.33%；抗戳穿力不小于648N；200℃时氧化诱导时间大于135min；通过-70℃低温脆化冲击性能，水蒸气渗透系数不大于4.86×10-13 g/（m·s· Pa），耐环境应力开裂能力为2000h无破损。
5.2 做好土工膜与大坝连接板、库岸排水廊道的连接设计
土工膜采用合适的接缝方式，是工程防渗成败的关键。要确保接头及接缝止水的封闭性，保证土工膜与大坝连接板、库岸排水廊道连接可靠。土工膜与面板连接板、库底观测廊道及上水库进/出水口等部位的连接采用连接锁扣连接。连接锁扣连接在大型水电工程中尚是首次采用，连接锁扣与HDPE土工膜同材质。在铺膜端处的混凝土基层上，预埋好连接锁扣，再将HDPE土工膜用单轨挤压焊接在连接锁扣上。
5.3 做好土工膜的上垫层和保护层设计
上垫层采用库底垫层料表面铺设一层2cm砂垫层，其上铺设一层9mm厚三维复合排水网。保护层采用土工膜500g/m2覆盖，并采用混凝土预制块压覆。做好土工膜的上垫层和保护层设计，并采取有效施工措施，避免遭受人为或其他因素破坏而导致产生缺陷漏水。
5.4 设置有效的排水系统
土工膜下面设置有效的排水系统，防止在库水位较低时，因反向水压力顶托土工膜造成不利后果。
5.5 加强对土工膜缺陷及接缝质量检测方法的研究
加强对土工膜缺陷及接缝质量检测方法的研究，完善运行期渗漏监测手段，及时发现和掌握渗漏部位及渗漏量，并预先制定有效的对策和措施。
参考文献
[1] 马洪琪，曹克明.超高面板坝的关键技术问题.见：中国水力发电学会混凝土面板坝专业委员会.2007年学术年会暨高面板坝技术研讨会论文专集.2007.
[2] 苏虹，李岳军，万文功.泰安抽水蓄能电站上水库土工膜防渗设计.水力发电，2001（4）.
[3] 肖贡元，傅方明.江苏宜兴抽水蓄能电站上水库设计特点.水力发电，2009（2）.