1.1 充水保压埋设方式

充水保压埋设方式是在钢蜗壳安装好后，在蜗壳进口焊接上闷头以及在座环内侧装上密封环，使蜗壳成为一个密封的压力容器，充水加压使蜗壳产生一定变形后，在维持一定内水压力的情况下浇筑外围混凝土，并对未填实的部分进行灌浆。外围混凝土凝固后，即可卸压放空钢蜗壳，并拆除闷头、密封环等装置。卸压后钢蜗壳与混凝土之间将产生间隙。

如果仅考虑内水压力的作用，保压埋设方式可能出现3种工作状态。

第1种工作状态：当运行水头低于保压值时，钢蜗壳的自由变形值小于保压浇筑混凝土时蜗壳的膨胀值，蜗壳与外围混凝土结构之间存在间隙，蜗壳基本不受外围混凝土约束，内水压力由钢蜗壳独立承担，因而处于独立工作状态。

第2种工作状态：当运行水头达到或略高于保压值时，钢蜗壳产生一定的自由变形后，大部分与混凝土结构接触，并开始向混凝土结构传递内水压力，蜗壳的变形开始受到混凝土结构的约束，结构刚度有较大提高。

第3种工作状态：当运行水头超过保压值较多时，蜗壳产生一定的自由变形后，进入与外围混凝土联合受力的工作状态，钢蜗壳与混凝土贴紧，超过保压值的那一部分水头由钢蜗壳和外围混凝土共同承担。

保压水头的选取与机组运行水头有密切的关系。对于库水位变幅较大或设计水头与初期运行水头相差较大的机组，选择合适的保压水头十分重要。如果保压水头太大，则在低水头运行时，钢蜗壳与混凝土之间可能存在较大间隙，虽然混凝土结构几乎不承担内水压力，可充分发挥钢蜗壳的承载能力，但整体结构的抗震性能差；如果保压水头太小，则在高水头运行时，混凝土结构分担的内水压力大，需要配置较多钢筋，既不能充分发挥钢蜗壳的作用，还给混凝土浇筑带来不便。以上3种工作状态，第1种和第2种工作状态都是应当尽力避免的，第3种工作状态是比较理想的，但仍需要考虑发挥蜗壳的承载能力，减小混凝土承载比，使混凝土配筋合理，施工方便，节约工程造价。目前钢蜗壳是按承受最大内水压力设计的，在保压埋设方式中即使提高保压水头，增加了钢蜗壳的承载比，也有足够的安全裕度。从这个意义上而言，保压埋设方式更适用于运行水头变幅较小的机组。

除内水压力外，温度也是不可忽视的影响因素。运行期相对于混凝土浇筑期间的温差引起的混凝土和钢蜗壳的温度变形也会影响两者间的相互作用，两者分担的内水压力是随季节变化的，并与浇筑季节和保压水温有关，因此选择合适的浇筑季节和保压水温也同样重要。此外，在运行期没有闷头和座环密封圈，蜗壳的边界条件与保压浇筑混凝土时相比发生了改变，即使运行水头等于保压水头，钢蜗壳与外围混凝土之间也不可能正好既无间隙又不传力。若再考虑施工过程及混凝土弹模、徐变和水泥水化热随时间变化的影响，两者的相互作用实际上是十分复杂的，只有通过模拟施工过程的仿真计算才能分析清楚。

采用充水保压埋设方式，钢蜗壳与外围混凝土结构的受力界面清楚，结构受力相对均匀，蜗壳与混凝土完全接触，可减小机组振动，机组稳定性好，但也存在以下缺点^［1］：

（1）增加了设备费用。在保压浇筑过程中，需增加闷头、密封环等设备，如果不同季节运行水温变化大，施工时还需增加温度或压力补偿等辅助设施。

（2）增加了设计难度。在工程设计中，需要考虑布置闷头的位置和需要的吊装设施，需增加厂房尺寸，并且结构相对复杂（特别是地下厂房）。

（3）增加了施工难度及工期。在施工过程中，需安装和拆除闷头、密封环，蜗壳需充水、泄水和进行压力温度控制，施工程序相对复杂、工期较长。

鉴于上述情况，是否采用保压埋设方式，主要取决于蜗壳的尺寸和运行水头、增加辅助设施的费用和施工要求等因素。在施工程序复杂程度可接受的情况下，保压埋设方式较适合在运行水头变幅不大的机组中采用；对运行水头较高、蜗壳尺寸较小、外围混凝土方量不大，可采用调节蜗壳内压方式进行温度补偿的机组，或只要浇筑季节选择适当，可不考虑浇筑时温度补偿的机组，采用保压埋设方式较好。抽水蓄能电站一般蜗壳尺寸小、水头高，基本上都采用保压埋设方式，对地下厂房而言，还可利用岩体的约束作用，有利于机组的安全稳定运行。