寶泉抽水蓄能電站上水庫聯合防滲效果分析

渠守尚，潘福營

（1.河南國網寶泉抽水蓄能有限公司，河南省鄭州市 450030；2.國網新源控股有限公司，北京市 100761）

0 引言

寶泉抽水蓄能電站上水庫工程主要包括大壩、庫區防滲、庫底排水、漿砌石副壩、排水洞和上水庫環庫公路及邊坡工程等組成。主壩為瀝青混凝土面板堆石壩，壩頂長度600.37m，上游壩坡1:1.7，下游壩坡1:1.5，最大壩高96m；副壩為漿砌石重力壩，壩頂長度201.05m，最大壩高48m。上水庫正常蓄水位為789.60m，死水位為758.00m，總庫容約776×104m3，上水庫天然來水較少，上水庫水源通過水泵從下水庫抽到上水庫，因此上水庫的防滲很重要，根據地形、地質條件上水庫采用了庫盆黏土鋪蓋護底、瀝青混凝土護岸與瀝青混凝土面板堆石壩加漿砌石重力副壩相結合的全庫盆聯合防滲形式[3]。

寶泉上水庫壩址處為U形河谷，河床高程700m左右，寬約100m，河床縱比降約10%。壩址區河床及兩岸岸坡覆蓋層較厚，最深達40m，一般約20m左右。壩基和兩岸岸坡基巖為寒武系饅頭組，巖性以泥灰巖為主，夾有鈣質頁巖、灰巖、白云巖等。庫盆巖層多為寒武系饅頭組，屬弱至中等透水，庫區地下水位約在670m高程，較庫內水位低100m左右，存在庫水外滲的條件，因此設置全庫盆防滲。該水庫是國內第一個采用瀝青混凝土與黏土鋪蓋相結合的水庫防滲方式[2]，推進了水庫黏土防滲技術在中國的應用。

上水庫庫盆于2007年9月蓄水運行，至今運行情況良好，滲漏量遠遠小于設計允許值。本文就寶泉抽水蓄能電站上水庫設計和監測運行情況進行分析和總結，可以為后續類似工程提供參考。

1 寶泉上水庫防滲設計

1.1 滲漏量控制指標和防滲方案

國內外已建成的無天然徑流補給的抽水蓄能電站，上水庫日滲漏量一般控制在總庫容的0.02%～0.05%以內，寶泉電站上水庫全庫盆設計日滲漏量按不大于總庫容的0.02%控制[4]，相應設計日滲漏量為1565m3。經過對7種防滲方案在造價、滲水量、適應變形能力、施工條件等多方面進行綜合比較后，選擇了瀝青混凝土護岸、黏土護底的防滲方案[2，5]。常規混凝土與瀝青混凝土加黏土聯合防滲設計方案典型剖面見圖1。

圖1 瀝青混凝土加黏土聯合防滲接頭圖Figure 1 Asphalt concrete anti-seepage joint combined with clay

1.2 瀝青混凝土防滲設計

上水庫主壩和庫岸邊坡采用瀝青混凝土面板防滲，庫岸坡度1:1.7，壩坡、庫岸均采用瀝青混凝土面板簡式防滲結構[10]，總厚度為20.2cm（從上至下順序為封閉層0.2cm，防滲層10cm，整平膠結層10cm）。瀝青混凝土防滲面板總防滲面積約16.6萬m2，瀝青混凝土用量約3.4萬m3。庫底采用黏土鋪蓋防滲[3]，厚度4.5m，鋪蓋面積約16萬m2。

庫尾漿砌石重力副壩為雙向擋水建筑物，臨庫側采用1.0m厚鋼筋混凝土面板防滲，面板底部與庫盆瀝青混凝土面板搭接，庫底黏土鋪蓋與副壩前庫盆瀝青混凝土、庫岸瀝青混凝土、進/出水口混凝土板搭接，形成上水庫完整的防滲系統[7]。

1.3 黏土鋪蓋設計

設計黏土鋪蓋厚為4.50m，壓實度不小于98%，滲透系數不大于10-6cm/s[1]，全庫盆黏土填筑量約為65萬m3。

為延長黏土與瀝青混凝土面板的接觸滲徑，黏土鋪蓋沿庫底周邊起坡與瀝青混凝土面板搭接，頂面由749.70m高程升高至752.70m高程，坡比1∶5.0，坡頂寬度3.0m；黏土與瀝青混凝土面板接觸區設0.5m厚高塑性黏土，利用黏土的高塑性適應變形，防止黏土開裂滲水。

1.4 庫盆滲水排水設計

為了及時排泄滲水，防止防滲結構承受反向水壓，并為了監測滲水情況，設計了滲漏排水系統。

（1）庫岸防滲面板下設排水墊層，其下部設100mm、間距3.0m的PVC硬質塑料管通至庫底排水廊道。

（2）庫底黏土下部設反濾層和過渡層，過渡層埋設橫向100mm鋼塑透水管，間距15.0～25.0m，排水管與庫底排水廊道連通。

（3）進出水口前池防滲面板底部設100mm（150mm）PVC硬質塑料花管，管壁每10.0cm鉆一排10mm孔，共6孔，梅花形布置，每米鉆54個孔，花管與庫底排水廊道連通。

（4）主壩壩體滲水通過壩基和堆渣場下部排水帶排至東溝。壩基排水帶厚2.0～5.0m，堆渣場排水帶厚5.0m，底寬47～50m，綜合坡比7%。

（5）副壩壩體、壩基滲水通過壩體（設置一排垂直的D200mm無砂混凝土排水管，間距3.0m）、壩基排水管經壩體廊道排水溝進入集水井后，再通過3根250mm排水鋼管通向庫內的庫底排水廊道。

（6）在壩后排水棱體的下游設置量水堰，量測上水庫滲漏水量。

岸坡瀝青混凝土面板滲水沿排水墊層下滲，墊層底部埋設有100mmPVC排水管，將滲水排至庫底排水廊道，排水廊道穿過主壩通往東溝河道。壩坡滲水沿排水墊層順壩基和壩后堆渣底部的排水帶排至東溝。庫底滲水一部分沿庫底埋設的排水管進入排水廊道，一部分沿庫底過渡層、壩基排水層和保留的覆蓋層經壩后排水棱體排至東溝。

2 上水庫滲流監測成果分析

2.1 上水庫滲流監測設計布置

（1）大壩滲流監測。

壩基滲壓監測：在樁號0+245.86、樁號0+306.00、樁號0+374.20開挖基礎上共計布置滲壓計27支。

壩體滲流監測：在樁號0+245.86（高程740.00m、高程768.00m），樁號0+306.00（基礎上10m、高程743.00m、高程768.00m），樁號0+374.20（高程748.00m、高程768.00m）等部位共計布置滲壓計27支。

（2）庫盆滲流監測。

滲壓滲流監測：為監測瀝青混凝土面板及庫盆基礎防滲層的防滲效果，在庫盆基礎及瀝青混凝土面板下面共布置滲壓計80支，4號沖溝7支，共計87支；在庫盆左右岸排水洞內各布置4座量水堰進行滲流量監測[8]。

上水庫滲流監測系統自2007年開始安裝取得初始值已持續觀測了十年，取得了系統的觀測數據。

2.2 主壩滲流滲壓監測

為監測大壩壩基和壩體滲流情況，在主壩壩基安裝埋設了27支滲壓計、壩體不同高程及瀝青混凝土面板下埋設了27支滲壓計[3]。歷史監測資料顯示（2007～2016年），在上水庫蓄水位至最高水位的情況下，壩體和壩基儀器工作狀態穩定，主壩壩體及壩基滲壓計監測成果表明，除壩體P1-98（9.29m）測點有較小滲壓水頭外，壩體及壩基其余測點滲壓水頭基本為零，總體上壩基和壩體滲壓水頭很小，大壩瀝青混凝土面板防滲效果很好[2]，主要滲流監測點的特征值見表1。

表1 主壩壩基和壩體主要滲流監測點特征值表Table 1 Characteristic value of seepage monitoring points in main dam foundation and dam body

主壩壩體最大滲壓水頭為9.29m（P1-98測點），該點在主壩左邊基礎附近，開挖時發現附近有一泉水，施工時把泉水引到排水廊道進行了處理[1]。從圖2過程線上可以看出P1-98測值與庫水位沒有相關性，而與降雨量相關，總體上看該部位處于穩定狀態。壩基滲壓計P1-98、P1-139監測值過程線見圖2。

圖2 壩基滲壓計P1-98、P1-139監測值過程線Figure 2 Seepage pressure monitoring data of P1-98、 P1-139 in dam foundation

2.3 庫盆滲流監測

上水庫設計運行水位為EL.758m～EL.789.60m，近幾年一般在EL.762m～EL.787m之間運行，日最大水位變化幅度在25m左右。上水庫庫盆共安裝埋設了87支滲壓計、4座庫底廊道量水堰及1座壩后量水堰。從觀測值可以看出大部分滲壓水頭基本為零，總體上水庫盆滲壓水頭很小，庫底黏土和庫盆瀝青混凝土面板防滲效果很好[7]。表2為庫盆主要滲壓測點特征值統計。

表2 庫盆主要滲壓測點特征值統計表（2016年12月）Table 2 Characteristic value of the main seepage pressure monitoring point in the basin

續表

監測資料顯示滲壓計P1-67實測滲壓水頭最大，從過程線中看出P1-67測值主要隨上水庫水位的變化而變化；從目前監測成果看，P1-67等滲壓計測值雖在蓄水期間有所增加，但該變化量遠小于庫水位變化，說明該儀器監測區域沒有出現明顯的庫水滲流通道。蓄水以來壩基滲壓計P1-49、P1-67點監測值過程線見圖3。

圖3 蓄水以來壩基滲壓計P1-49、P1-67點監測值過程線Figure 3 Dam foundation seepage pressure P1-49、 P1-67 monitoring data since water storage

2017年12月庫底廊道量水堰實測滲流總量為1.46L/s， 廊道內各排水孔水質清澈，滲流量變化與庫水位關系較明顯，未見異常現象。WI1-01、WI1-04為庫岸側，WI1-02、WI1-03為庫盆側，右岸量水堰監測的最大值是副壩混凝土面板滲漏，在混凝土面板上涂刷聚脲后不滲漏：左岸量水堰監測的最大值是2011年特大暴雨，瀝青混凝土面板下面山體出水，造成庫盆瀝青混凝土面板局部塌陷，處理后不滲漏。目前庫盆側的滲流量均為進出水口部位（混凝土）排水孔滲流，瀝青混凝土和黏土防滲部位的排水孔均無水流，說明庫底黏土和庫岸瀝青混凝土防滲效果很好。利用上水庫放空檢查的機會，對前池混凝土板接縫進行填充BGB和涂刷聚脲處理，在漿砌石副壩壩面涂刷了聚脲[6]，WI1-02主要監測副壩的滲漏情況，目前沒有滲漏量，說明防滲效果很好。庫底廊道滲流量測點特征值見表3。

表3 庫底廊道滲流量測點特征值統計表（2016年12月）Table 3 Statistic value of seepage in the bottom corridor

2.4 副壩壩體及壩基滲流

在副壩壩體及壩基共埋設了17支滲壓計用于監測壩體與壩基的滲壓水頭，副壩是兩面擋水設計。因副壩壩后消力池內長期有積水，該部位滲壓計的滲壓水頭比其他滲壓計稍大，目前該部位滲壓計讀數穩定，工作狀態正常。監測數據表明副壩壩體及壩基無滲流，防滲效果較好。副壩滲壓計P1-04監測值過程線見圖4。

圖4 副壩滲壓計P1-04監測值過程線Figure 4 Seepage pressure monitoring data of P1-04 in auxiliary dam

2.5 工程總滲漏量分析

寶泉上水庫總滲漏量為主壩滲漏量、庫盆（庫岸面板與庫底）滲漏量之和。該工程監測的為主壩壩后排水溝滲漏量及庫盆滲漏量。

（1）設計計算得出的采用防滲措施后總滲漏量為14.9 L/s，日滲流量1288m3/d。在2008年9月黏土鋪蓋缺陷、2009年9月強降雨導致瀝青混凝土面板塌陷、出現裂縫導致漏水時壩后量水堰測值較大，實測總滲漏量最大為10.27L/s，修復后其余時段量值基本為0。

（2）參照《抽水蓄能電站設計導則》（DL/T 5028—2005）提供的參考值，日滲漏量可控制在不大于1/5000～1/2000的總庫容（782.5萬m3）范圍內，即1565m3/d（18.11L/s）～3912.5m3/d（45.28L/s）之間。2011年上水庫重新蓄水至2017年底平均滲流量1.46L/s，總滲漏量小于該范圍，滲漏量較小。

（3）與國內十三陵、泰安抽水蓄能電站不同防滲方式的上水庫大壩及庫盆總滲漏量比較，寶泉滲漏量較小，滲水量統計見表4。

表4 國內抽水蓄能電站上水庫（大壩及庫盆）總滲漏量統計表Table 4 Total seepage of the upper reservoir（dam and reservoir） of domestic pumped storage power stations

3 結束語

黏土鋪蓋與瀝青混凝土護面聯合防滲體系，在國內寶泉抽水蓄能電站上水庫還是首次采用。這種防滲體系要運用成功，除了要正確設計瀝青混凝土、黏土鋪蓋本身的結構外，還要著重解決各種防滲結構的接頭問題，以及瀝青混凝土面板基礎的不均勻沉降和黏土的滲透破壞問題[8]，更重要的是做好施工質量控制，保證黏土鋪蓋和瀝青混凝土質量。

庫底廊道量水堰監測成果表明目前總滲水量為1.46L/s，遠遠小于設計指標，在副壩面板涂刷聚脲后，基本上沒有滲漏，防滲效果很好。寶泉抽水蓄能電站上水庫防滲體系的成功應用，為今后類似的工程提供了有益的參考。