洪屏抽水蓄能電站上水庫庫盆防滲設計

朱安龍，馮仕能，李郁春

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州311122)

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洪屏抽水蓄能電站上水庫庫盆防滲設計

朱安龍，馮仕能，李郁春

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州311122)

洪屏抽水蓄能電站上水庫水文地質復雜，不僅存在巖體和斷層的水平滲透問題，也存在斷層垂直滲透風險。通過對水文地質條件的分析，結合本工程滲漏控制要求，提出了主副防滲體系結合的方案，主防滲體系控制滲流量并確保建筑物運行安全，副防滲體系主要針對斷層垂直滲漏，減小廠房排水壓力。在防滲措施上，綜合采用了庫岸混凝土面板、帷幕灌漿、土工膜鋪蓋等多種方式，經防滲處理后，庫盆防滲效果顯著。

水文地質條件；垂直滲漏；水平滲漏；防滲設計；洪屏抽水蓄能電站

1 工程概況

洪屏抽水蓄能電站總裝機容量2 400 MW，分兩期開發，各1 200 MW，為一等大(1)型工程。上水庫位于江西省靖安縣三瓜侖鄉洪屏村，利用天然高山盆地修建，盆地四周環山，為一個直徑約1 800 m的近圓形盆地。上水庫由一座主壩和兩座副壩組成，水庫正常蓄水位733.0 m，死水位716.0 m，總庫容為2 960萬 m3，有效庫容2 031萬 m3。主壩位于獅子口沖溝，采用混凝土重力壩，最大壩高42.5 m；西南副壩位于庫盆西北埡口上游，采用混凝土面板堆石壩，最大壩高37.4 m；西副壩位于庫盆西側沖溝，采用混凝土面板堆石壩，最大壩高57.7 m。上水庫斷層發育，水文地質條件復雜，存在庫盆滲透通道。招標、施工階段在對水文地質條件進一步研究的基礎上，根據庫盆滲透特性、滲漏的危害性進行水文地質分區設計，綜合采用了庫岸面板、帷幕灌漿、庫底土工膜、粘土鋪蓋等多種形式進行聯合防滲。

2 地質條件

2.1 庫盆地形、地質條件概況

上水庫為一個四面環山的溝源天然盆地，集雨面積約6.67 km2。盆底高程690～710 m，庫周山體較雄厚，山頂高程為900～1 119 m，屬中低山區。庫內沖溝發育，走向以北西、北北西和北東東向為主。上水庫庫區第四系大片覆蓋，主要有沖洪層的粘土、粉質粘土、砂(卵)礫石層等，分布厚度不均，除東南庫岸覆蓋層較厚外，其余大部分在3 m以下。基巖巖性為變質含礫中粗砂巖(主要分布于北東側庫岸、東南側庫岸、主壩及西南副壩壩址左側的大片區域)、變質長石石英中細砂巖(北側庫岸經庫盆中部穿過西南副壩右岸的條帶分布)、變質泥質粉砂巖(主要分布于北庫岸到西副壩一帶的大片區域)。

工程區的區域構造位置處于大源～灘下(丁坑口)向斜北翼，距武寧巖～燕山斷裂帶(區域斷層)不足2 km，受其及周圍地質構造影響，庫區內巖層褶皺、斷裂和擠壓破碎帶較發育，并形成一系列劈理帶，局部受牽引扭曲嚴重。上庫區總體為洪屏向斜構造，由NE向SW向傾伏延伸，核部位于西副壩中部至庫盆中部洪屏村。受洪屏向斜的影響，上水庫揭露的31條斷層中，NE向(主要分布在N50°～80°E范圍內)有23條，占74%，與向斜的軸向基本一致，斷層產狀沿向斜的核部對稱分布。

2.1 水文地質條件及水文地質分區設計

(1)水文地質條件。北側庫岸～東南側庫岸山體地形雄厚，地下水位及相對隔水層(q≤1Lu)均高于正常蓄水位，不存在滲漏問題。西北埡口庫岸段、西庫岸段(西副壩與西南副壩之間庫岸)和南庫岸段(主壩與西南副壩之間庫岸)均存在山體地下水位、相對隔水層(q≤1Lu)低于設計正常蓄水位的問題，同時西庫岸～南庫岸的斷層發育，且由庫盆穿過庫岸與庫外的低谷相通，可成為滲漏通道；壩基及壩肩(主壩、西南副壩、西副壩壩基及兩側壩肩)存在滲漏問題，主壩至西南副壩附近庫盆底部可通過斷層，破碎巖體向庫外滲漏。庫盆滲漏問題主要表現為巖體水平滲漏、斷層水平滲漏和斷層垂直滲漏，其中斷層的垂直滲漏是主要問題。根據計算，天然條件下蓄水后庫盆總滲漏量為26 492.1 m3/d，其中斷層垂直滲漏約為20 348.7 m3/d，占總滲漏量的77%。上水庫區揭露的31條斷層中，以北東～北東東向壓扭性斷層最為發育，次為北西向張扭性，多數為中～陡傾角，部分為緩傾角，是上庫區主要集中滲透通道。斷層集中分布在主壩～西南副壩的南庫盆(包括南庫岸和南庫底)、西副壩壩基及壩前庫底，其中西副壩區域的斷層主要由洪屏向斜構造形成。可行性研究階段因地下廠房長探洞開挖，導致南庫岸地下水位驟降至庫底高程以下，形成滲透漏斗。根據南庫岸示蹤試驗，南庫岸斷層與地下洞室群斷層之間存在貫通的滲透網絡。綜合示蹤試驗反演成果和斷層壓水試驗成果，庫區斷層的滲透系數取值為10-2～10-3cm/s。庫區斷層分布情況及南庫岸地下水位滲漏漏斗分別如圖1和圖2所示。

圖2 A1區滲漏網絡

(2)水文地質分區設計。依據上水庫區的滲漏條件，尤其是斷層發育程度和性質，同時綜合考慮地下水位、覆蓋層厚度、地形地貌特征及與地下廠房的距離等與現場相關條件，對上水庫庫盆進行水文地質分區。庫區水文地質總體分區為A、B、C區，并在此基礎上根據滲透特性進一步細分。A區為存在滲漏問題相對較大區，B區為相對弱滲漏問題區，C區為相對微弱或基本無滲漏問題區。各區相對位置詳見圖1，滲透特性見表1。

3 庫盆防滲設計

3.1 防滲體系設計

國內一些抽水蓄能電站由于上庫防滲問題突出而采用全庫盆或者半庫盆全封閉的防滲方案，例如天荒坪[1]、泰安[2]、西龍池[3]、張河灣[4]、溧陽[5]等。本工程上水庫庫盆面積大，正常蓄水位對應水面面積達1.6 km2，庫周地形沖溝發育，采用全庫盆防滲方案在投資上難以承受，而且從水文地質條件來看，存在滲透通道的部位在整個庫盆中所占比例較小，因此需要結合各區的滲透特性及其存在的危害，對防滲的功能、目標進行定位，并以此為基礎進行防滲設計。結合本工程的特點，對水文地質條件進一步分析，可知：

表1 庫區各區滲透特性

分區位置滲透特性A1區主壩～西南副壩庫岸及壩前500m斷層18條,占上水庫斷層總數的58%。主要為庫岸、庫底斷層形成滲漏網絡,經深部水平斷層與地下廠區連通。A2區西副壩及壩前500m范圍的庫底及副壩之間庫岸洪屏向斜所致,斷層12條,占上水庫總數的39%。主要是斷層和巖體通向西副壩下游的水平滲漏以及副壩之間庫岸山體的水平滲透。當發育北東向滲透性好的斷層時存在垂直滲透的風險。A3區西北庫岸發育斷層2條,主要為巖體、斷層水平滲漏問題。B1區近壩區1km庫盆中除A以外部分斷層不發育,主要為A區斷層的延伸。存在斷層垂直滲透風險。B2區庫尾的北庫底距離廠房較遠。斷層不發育,主要為A區斷層的延伸。存在斷層垂直滲透風險。C區庫尾部分庫底、北庫岸和東庫岸山體雄厚,地下水位和相對隔水層高于正常蓄水位,基本無滲透問題。

(1)庫盆滲漏量主要集中在斷層垂直滲漏，占總滲漏量的77%。但垂直滲漏的通道主要為南庫岸和庫底的斷層，其滲漏出口為廠房地下洞室開挖后揭露的斷層。除南庫岸斷層滲漏對進出水口及上平洞存在不利影響外，庫底斷層的滲漏通道對上水庫大壩等建筑物不會造成直接危害，但是可能造成斷層集中滲漏破壞且增加地下廠區排水系統的排水壓力。因此，從滲透危害上分析，南庫岸斷層滲漏對建筑物有直接危害，而庫底斷層垂直滲漏主要為水量損失。

(2)從各區滲透風險上分析，B區雖然存在垂直滲漏風險，但距離廠房較遠，而且從地下水位漏斗的分布范圍來看，滲漏范圍主要限于南庫岸及上游局部庫底。在地下廠房開挖期間也未出現地下水位漏斗進一步向庫尾延伸的情況，故B區實際發生垂直滲漏的風險較低。

(3)從滲漏控制要求上分析，本工程具有一定的匯水面積，庫底沖溝常年流水不斷，月平均天然徑流達到0.07～0.461 m3/s，平均0.213 m3/s，對應每天可補給庫水6 048～39 830 m3，平均18 400 m3。與天荒坪、張河灣、西龍池等上水庫幾乎無天然徑流補給的工程相比，滲漏損失問題并不突出，防滲處理應以保證建筑物運行安全為主要控制目標。

綜合上述對水文地質條件的認識，本工程大壩、進/出水口、庫岸等涉及建筑物安全、庫岸穩定的部位作為主要防滲部位，其防滲功能應以滿足建筑物運行安全、控制滲漏量為主；庫底斷層作為輔助防滲部位，應以控制滲漏量為主。上水庫防滲布置如圖3所示。

圖3 上水庫防滲布置

(1)主防滲體系。該防滲體系由主壩～西副壩基礎(及庫岸)帷幕灌漿、南庫岸面板及西北庫岸帷幕灌漿組成，其中主壩～西副壩防滲體為一整體，西北庫岸帷幕灌漿為一整體，二者之間由于庫岸山體天然地下水位和相對隔水層頂板高于正常蓄水位而未采取防滲措施。

(2)輔助防滲體系。該防滲體系由A1區庫底鋪蓋和A2區庫底鋪蓋組成。A1區防滲鋪蓋的主要作用在于截斷該區斷層垂直滲透通道，減小滲漏對地下廠房的不利影響，降低斷層滲透破壞的風險。A2區斷層為水平滲透，通過西副壩趾板帷幕進行防滲，但是考慮到庫底斷層發育，采用庫盆開挖料進行回填，可以進一步減小斷層滲漏量，對西副壩的安全運行也具有積極意義。

3.2 防滲結構設計

(1)南庫岸防滲設計。南庫岸防滲結構包括防滲面板、趾板、排水墊層、排水廊道及排水洞。防滲面板采用35 cm等厚C25鋼筋混凝土面板，抗滲等級W8，抗凍等級F100。面板標準段每12 m設置一道結構縫，結構縫設2道止水封閉。面板下部設置厚30～80 cm的C10無砂混凝土排水墊層。為減小無砂混凝土與防滲面板之間的約束，在無砂混凝土表面噴涂不小于厚2 mm的乳化瀝青+砂。防滲面板底部設置寬5 m的C25鋼筋混凝土趾板，抗滲等級W8，抗凍等級F100。通過趾板與基礎灌漿銜接形成表面防滲與基礎防滲的封閉。面板、趾板分別于主壩、進/出水口、西南副壩通過結構縫連接，形成封閉的防滲體。為了排除面板滲水以及降雨期間山體反向滲水，在趾板下游側設置排水廊道，并通過南庫岸排水兼交通洞將匯水排入主壩下游。

(2)帷幕灌漿設計。主壩、南庫岸、西南副壩地礎以及西南副壩～西副壩庫岸、西北庫岸均設置帷幕灌漿防滲，防滲標準為1.0 Lu。一般條件下采用單排帷幕，孔距2.0 m，孔深至相對隔水層頂板(q≤1.0 Lu)下部5 m。特殊部位設計方案為：① 南庫岸巖石風化程度以弱風化為主，但斷層發育，該區域帷幕灌漿的深度以截斷主要斷層水平滲透通道為主，兼顧垂直滲透的目的，防滲深度為50 m。②西副壩中下部斷層集中發育，在斷層集中發育的區域(約705.0 m高程以下)設置雙排帷幕，主帷幕深度50 m，副帷幕深度30 m。③ 其他部位的斷層采用雙排帷幕灌漿進行加強處理。

(3)南庫底防滲鋪蓋設計。由于庫盆的東庫岸分布有粘土料源，位于非滲漏區，從節省投資上考慮，部分鋪蓋采用庫內粘土填筑。A1區庫底水平鋪蓋區域總面積約9.7萬m2，其中土工膜區域7萬m2，粘土鋪蓋區域2.7萬m2。土工膜防滲鋪蓋自下而上依次為開挖后的庫底、厚50～100 cm的粘土支持層、土工布、土工膜、土工布、沙袋壓覆。土工膜周邊設置C20混凝土齒墻，考慮到齒墻基礎開挖后表層受爆破振動影響較大，且表層的透水性較強，為減小繞滲采用固結灌漿處理。布置雙排固結灌漿，深8.0 m，孔距2.0 m。斷層部位加深至12.0 m。土工膜鋪蓋下部不設置排水系統。土工膜與周邊齒墻以及南庫岸趾板、西南副壩趾板、進出水口前池等采用螺栓、角鋼等進行機械錨固。粘土鋪蓋防滲自下而上依次為開挖后的庫底、厚300 cm的粘土鋪蓋、厚1 m的石渣保護層。

(4)西庫底鋪蓋。庫底相對平坦的區域鋪設厚2～3 m的土石混合料。其主要目的是通過土石混合料中的細顆粒對斷層滲透通道進行淤堵，以提高斷層的抗滲性能。鋪蓋本身也具有一定的防滲能力，可以起到增加滲徑，減小斷層滲透壓力，防止滲透破壞的效果。

4 結 語

洪屏抽水蓄能電站的上水庫水文地質條件復雜，且由于庫盆較大，從經濟性上考慮難以采用全庫盆防滲。招標、技施階段，在對各區滲透特性和風險評價的基礎上提出主副防滲體系結合的方案，并針對各區不同的滲透特性分別采取了庫岸混凝土面板、帷幕灌漿、庫底鋪蓋等防滲措施，防滲方案和防滲措施的選擇更具針對性，在滿足工程安全運行的前提下，達到技術與經濟的統一協調，方案設計合理。經防滲處理后，庫盆滲漏總量為5 681.6 m3/d，與防滲處理前比較，處理后減少滲漏量20 810 m3/d，防滲效果顯著。日滲漏總量約占總庫容(2 960萬 m3)的0.019%，達到全庫盆防滲所要求的日滲漏量不超過0.05%的滲漏控制標準。

[1]李金榮. 天荒坪抽水蓄能電站上水庫設計[J]. 水力發電， 2013， 39(3)： 35- 37．

[2]何世海， 吳毅瑾， 李洪林. 土工膜防滲技術在泰安抽水蓄能電站上水庫的應用[J]. 水利水電科技進展， 2009， 29(6)： 78- 82．

[3]何春雷， 戈文武. 西龍池抽水蓄能電站上庫盆瀝青混凝土面板施工[J]. 水利水電技術， 2008， 39(11)： 58- 61．

[4]張向前. 張河灣抽水蓄能電站上水庫瀝青混凝土面板防滲結構[J]. 水力發電， 2011， 37(4)： 39- 42．

[5]寧永升， 李國權， 孫念祖. 溧陽抽水蓄能電站上水庫庫底防滲設計[J]. 水力發電， 2001(6)： 22- 24．

(責任編輯 王 琪)

Anti-seepage Design of Upper Reservoir Basin in Hongping Pumped-storage Power Station

ZHU Anlong, FENG Shineng, LI Yuchun

(PowerChina Huadong Engineering Corporation Limited, Hangzhou 311122, Zhejiang, China)

Because the complex hydrological and geological conditions of upper reservoir in Hongping Pumped-storage Power Station, there not only exist horizontal leakage channels in rock mass and faults, but also the vertical leakage channels in faults. Based on the analysis of hydrogeological conditions and combining with the requirements of project anti-seepage control, a combining scheme of main and auxiliary anti-seepage systems is put forward. The main anti-seepage system will control the seepage flow volume and ensure the operation safety of hydraulic structures. The auxiliary anti-seepage system mainly treats the vertical leakage of faults and reduces the drainage of underground powerhouse. The seepage control measures include reservoir bank concrete panel, curtain grouting, geomembrane blanket and others. After anti-seepage treatment, the anti-seepage effect of reservoir basin is remarkable．

hydrogeological condition; vertical leakage; horizontal leakage; anti-seepage design; Hongping Pumped-storage Power Station

2016- 06- 08

朱安龍(1980—)，男，江蘇江寧人，高級工程師，碩士，研究方向為水工建筑物設計．

TV640.31；TV743(256)

B

0559- 9342(2016)08- 0030- 04