通化抽水蓄能电站下水库设计

谭志军,姜 军,傅 迪

(中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林 长春130021)

通化抽水蓄能电站下水库设计

谭志军,姜 军,傅 迪

(中水东北勘测设计研究有限责任公司,吉林 长春130021)

抽水蓄能电站下水库一般均利用已有电站,文中针对龙港水电站作为通化抽水蓄能电站下水库存在的主要问题,提出具体的改造方案,为同类工程设计提供借鉴.

下水库;改造设计;抽水蓄能电站

1 工程概况

通化抽水蓄能电站位于吉林省通化市东南约10 km.上水库位于浑江左岸泉源沟,下水库利用浑江干流已建的龙港电站水库加固改建而成.电站枢纽建筑物主要由上水库、下水库、输水系统和地下厂房等组成.工程初选装机容量为800 MW,上水库总库容1 299X104m3,下水库总库容4 021X 104m3.工程为Ⅱ等工程,工程规模为大⑵型.主要建筑物中的上水库挡水建筑物、上水库进/出水口、引水隧洞、高压管道、尾水隧洞、尾水调压井、下水库进/出水口、地下厂房、主变洞室、尾闸室和地面开关站、下水库挡水建筑物、下水库泄水建筑物为2级建筑物.次要建筑物为3级建筑物.

下水库利用浑江干流上已建的龙港水电站加固改建而成,主要由左岸土石坝、厂房坝段、河床溢流坝和右岸浆砌石重力坝组成.

2 存在的主要问题

通化抽水蓄能利用龙港水电站作为下水库,主要存在以下问题:

1)工程等别(级)低,洪水标准低.通化抽水蓄能电站装机容量800 MW,下水库总库容4 021X 104m3,工程等别为二等,工程规模为大(2)型,主要建筑物级别为2级,设计洪水标准100年一遇,校核洪水标准1 000年一遇,设计洪水位355.50 m,校核洪水位358.70 m,正常蓄水位355.50 m.

2)泄洪设备不满足新洪水标准下的泄流要求.下水库设计洪水位相应的下泄流量为9 755 m3/s,校核洪水位相应的下泄流量为14 474 m3/s,泄洪设备需要增加泄量、加高坝顶.

3)大坝基础基本未做防渗处理.正常蓄水位抬高了5.5 m,库水位经常有水位骤升骤降,而且基岩透水性较强,需要采取有效的措施减少坝基的渗漏量.

4)浆砌石溢流坝结构尺寸和稳定应力不满足要求.浆砌石溢流坝基底长度为16 m,坝基面抗滑稳定及基底应力均不满足规范要求;溢流坝加固改建后工作闸门采用弧形闸门,检修闸门采用门机启闭,根据闸门相关设备和坝顶交通布置要求,闸墩不够长,而且未设检修门库.考虑到改建难度比较大,拆除原浆砌石溢流坝,新建混凝土溢流坝.

5)坝高不够.大坝需要在坝顶加高1.5 m.浆砌石重力坝的抗滑稳定和坝体应力不满足规范要求,还需要对浆砌石重力坝进行加固.

6)进口检修平台高程不够.由于正常蓄水位由原来设计高程350.00 m提高到355.50 m,从而原电站进水口检修平台高程351.50 m,已经不能满足闸门检修要求.

7)厂房坝段稳定及抗浮不满足要求.由于挡水建筑物洪水标准的提高,校核水位由357.36 m(P=0.2%)提高到358.70 m(P=0.1%),原厂房坝段抗滑稳定和抗浮稳定已不满足稳定要求.

3 加固改建措施

该阶段将浆砌石溢流坝拆除重建,左岸土石坝、厂房坝段及右岸浆砌石重力坝加高加固,并增加2个门库坝段,基础进行处理.改建后坝顶高程为359.0 m,坝顶全长484 m,左岸土石坝长度211.48 m,最大坝高19 m,厂房坝段长度35.5 m,河床混凝土溢流坝长度182.20 m,最大坝高25.4 m,右岸浆砌石重力坝长度47 m,最大坝高为20 m.

3.1 混凝土溢流坝

拆除部分浆砌石重力坝和整个浆砌石溢流坝,新建混凝土溢流坝.新建混凝土溢流坝左侧与厂房坝段相接,右侧与浆砌石重力坝相接,建基于花岗片麻岩弱风化带上部,建基高程333.60 m,基底宽24.6 m,坝段总长度182.20 m,分12个坝段,坝段采用堰中分缝,中坝段长度15 m,边坝段长度16 m.

由于右岸的山体影响泄洪,通过加大溢流前缘来增加泄量的方案不可行,考虑到东北地区闸门常用孔口尺寸,初步拟定闸门的宽度为12 m.由于原浆砌石溢流坝堰顶高程与地面高程相差不大,降低堰顶高程导致淹没程度加大,进而影响泄量,经初步比选拟定堰顶高程为343.50 m,比原浆砌石溢流坝堰顶高程344.0 m降低0.5 m,最大下泄流量增加383 m3/s.

混凝土溢流坝采用WES实用堰,共11孔,每孔净宽为12 m,中墩厚度为3 m.溢流坝堰高9.9 m,定型水头11 m,属于低堰.参考龙港水电站浆砌石溢流坝的消能方式,采用面流消能.为了防止溢流坝泄流时淘刷右侧浆砌石重力坝坝脚,在右岸新建50 m长的浆砌石挡墙,墙顶高程为355.20 m,高出下游最高水位0.5 m,顶宽为0.5 m,迎水坡采用直立,背水坡为1∶0.25.由于混凝土溢流坝堰高较低,泄流能力受堰高影响较大,为满足泄流能力的要求,需将进水渠顺水流向开挖49.3 m.下游侧为防止水流淘刷,在溢流坝下游50 m范围内回填块石,块石护底的顶高程为336.85 m,厚度为1 m.

混凝土溢流坝顶设有检修闸门工作桥和交通桥,交通桥布置于下游侧.溢流坝工作闸门为弧形闸门,检修门采用一台单向门机,并且在溢流坝右侧设置2个门库坝段,每个门库坝段长度为18 m,底宽为8.4 m,门库采用钢筋混凝土结构.

3.2 土石坝

拆除土石坝355.9 m高程以上原坝体,采用"U"型钢筋混凝土挡墙增加1.5 m坝高,可以保持龙港大坝坝顶交通的位置不变,避免上、下游坝坡加高及下游坡加高后侵占进厂公路和安装间进厂大门的位置."U"型挡墙建基高程为355.90 m,上游侧墙高4.3 m,高出坝顶1.20 m,下游侧墙高3.3 m,高出坝顶0.2 m,"U"型墙内回填砂砾石料.加高后经稳定复核,原土石坝上、下游坝坡不变.为了防止下水库水位骤升骤降影响上游块石护坡的稳定,拆除上游块石护坡,新建0.3 m厚干砌石护坡.下游355.90 m高程以上新建0.3 m厚块石护坡.改建后坝段总长度211.48 m,坝顶宽度为5.4 m,粘土心墙顶高程为355.90 m,高出正常蓄水位0.4 m.

3.3 浆砌石重力坝

浆砌石重力坝坝高增加1.5 m,经计算坝体抗滑稳定安全系数为2.37,不满足规范要求,为满足坝体应力及基底抗滑稳定的要求,需要下游侧凿毛后贴1.5 m水平宽度的浆砌石.坝体上游侧面板凿毛后增加0.5 m厚混凝土防渗面板,标号为C25W6F300,并用锚杆锚入浆砌石坝体内,以增强防渗效果.改建后右岸浆砌石重力坝总长度为47.0 m,坝顶宽度为7.25 m,坝顶上游侧设有1.2 m高的混凝土防浪墙,上游坡直立,下游坡为1∶0.5,下游折坡点高程为351.50 m,上游混凝土防渗面板351.0 m高程以下厚度为1.3 m,351.0 m高程以上厚度为1.0 m.

3.4 厂房坝段

将原351.50 m检修平台以上拆除重建,原351.50 m以下结构不变.重建后检修平台高程变为坝顶路面高程359.00 m.为满足厂房坝段的抗滑稳定和抗浮稳定以及与其它坝段帷幕灌浆形成整体,该阶段考虑在原厂房检修排水廊道进行帷幕灌浆.灌浆后,经复核厂房坝段抗滑及抗浮稳定均满足规范要求.

3.5 基础处理

由于龙港水电站大坝未进行帷幕灌浆,考虑到龙港水电站作为通化抽水蓄能电站的下水库,为了减少坝基的渗漏量,对大坝进行基础处理.由于现阶段地质资料缺少,故帷幕灌浆深度按0.7倍的水头确定.

1)左岸土石坝(桩号0+330.0～桩号0+474.0)坝基下有粉质粘土和砾石,在此段采用高压灌浆,间距1 m,深度为12 m.

2)混凝土溢流坝段位于河床,建基于弱风化花岗片麻岩上部,中等风化岩体的透水率为0.004～0.298 L/(min.m.m).浆砌石重力坝位于右岸,建基于强风化花岗片麻岩上,强风化岩厚度一般3～5 m.据钻孔压水试验资料,强风化岩体透水率为0.396～1.06 L/(min.m.m),为强～中等透水.因此对桩号0-10.0～桩号0+330.0(部分土石坝、厂房坝段、混凝土溢流坝和右岸浆砌石重力坝)采用单排帷幕灌浆,间距2 m,深度为15～17 m.

3)两岸坝头的帷幕灌浆延伸到正常蓄水位与地下水位相交处,故帷幕灌浆向左岸延伸48.0 m,向右岸延伸28.0 m,以减少绕坝渗漏.混凝土溢流坝采用固结灌浆,上下游侧各两排,间排距均为4 m,深度为6 m.

4 结语

抽水蓄能电站下水库一般均利用已有电站,本文针对龙港水电站作为通化抽水蓄能电站下水库存在的主要问题,提出具体的改造方案,为同类工程设计提供借鉴.

TV62+1 < class="emphasis_bold">[文献标识码]B

B

1002-0624(2017)11-0006-03

2017-01-18