抽水蓄能電站水庫防滲技術(shù)分析

魯恩龍

黑龍江牡丹江抽水蓄能有限公司 黑龍江牡丹江 157000

抽水蓄能電站水庫滲漏問題會給電站自身的運行帶來極大的影響，從而使得電站的經(jīng)濟效益受到影響，嚴重的滲漏會造成區(qū)域破壞，從而影響水庫自身的穩(wěn)定性和水庫的使用效果，更嚴重還會導致區(qū)域山體崩塌或是建筑物失穩(wěn)等問題，形成較為嚴重的災(zāi)害。為此，需要結(jié)合水庫的實際情況做好防滲工作，從而減少其他的問題出現(xiàn)。根據(jù)當前相應(yīng)的原則，日調(diào)節(jié)水庫每晝夜的漏水量不能超過總庫容的0.05%。因此，一般情況下需要做好防滲處理和細節(jié)改善，從技術(shù)和經(jīng)濟兩個方面做好調(diào)整，同時還要結(jié)合地區(qū)情況選擇對應(yīng)的防滲工作，以此達到相應(yīng)的效果。

1 抽水蓄能電站水庫滲漏特點分析

1.1 滲漏水頭高

抽水蓄能電站位置常選在地形較高的區(qū)域，上下庫的位置間隔一般會超過300m之上，甚至部分地區(qū)已經(jīng)超過1000m，一般情況下上庫的建設(shè)位置都比較極端，其地勢比較特殊。因為這種區(qū)域一般空間比較大，但它們普遍都存在一些特殊現(xiàn)象，部分區(qū)域會有較大的斷層，而且自身還會存在裂隙密集帶，在透水性方面比較強，同時地下水位也比較低。當向庫中蓄水后，水庫的自身會形成較大的水位差，地下水的滲流速度和滲透壓力也會不斷增大，從而使得一些不同的區(qū)域會出現(xiàn)滲漏，嚴重則會向鄰谷滲漏。由于自身的水頭高，庫水滲漏則會造成較大的損失。

1.2 庫水位大幅度急劇變化

由于電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的需求，抽水蓄能電站水位變化比較頻繁，一些電站可以達到每日近30次，當電站機組滿發(fā)電或滿載抽水時，水位的變化幅度相對比較大，而且自身的變化幅度比較明顯，水位的變化可能會在每小時5m之上，甚至可能達到每小時10m，所以一天水位的變化在30米－50米之間也是比較常見的現(xiàn)象。造成這種現(xiàn)象會對水庫周圍的建筑或是地形造成巨大的影響，因為水位的大幅度變化會給周邊破帶來較強的壓力，長期的情況下很容易出現(xiàn)一些問題，從而形成細微的裂縫等，水庫的滲透壓力具有一定的周期性變化，長期的情況下即便是較好的防滲材料出現(xiàn)“干”和“濕”兩種狀態(tài)交換也會出現(xiàn)質(zhì)量的問題，再加之每天承受水庫防水和沖水的作用力，很容易出現(xiàn)一些其他的問題，從而給水庫自身的周邊破形成破壞，甚至還會導致庫岸出現(xiàn)其他的問題與現(xiàn)象[1]。

1.3 垂直滲漏

為了能夠在短距離內(nèi)獲得較高的水頭差，抽水蓄能電站往往追求上下庫進出的距離，上下庫之間的地下水往往會影響水力自身的情況，廠房一般會建設(shè)在深林之中，如果采用首部式布置或是中部式布置，則水庫上端的距離并不會很遠。一般情況下排水系統(tǒng)都會安置在地下通道之中，這也使得周邊的水位受到一定的影響，山體的地下水位會高于水庫的水位，水庫中的水會通過一些部位的細小裂痕向外滲漏，從而形成垂直滲漏的形式。一旦形成滲漏的通道則會導致長期的水流溶蝕和沖刷，這樣會使得滲漏通道不斷加大，水庫的耗損量也在不斷增加，同時還可能造成較大的集中滲流，對水庫自身形成一定的破壞，嚴重危及周邊的坡體以及壩體等工程安全。

1.4 防滲結(jié)構(gòu)的自身滲透穩(wěn)定問題

由于一些特殊的原因造成防滲結(jié)構(gòu)的破損，從而引起漏水的原因，這會造成防滲護面后的庫岸或壩體相對比較高。在水庫驟降時，浸潤線不會很快降低，在這樣的情況下自身很可能會受到其他方面的影響，從而造成損壞，進而還會影響滲透的一些問題，從而造成周邊土體的受損，以此帶來一定的破壞影響。因此，防滲結(jié)構(gòu)需要安排可靠的排水系統(tǒng)，同時還要降低浸潤線，從而消除存在的壓力問題，保障自身的安全性。排水系統(tǒng)的收集可以通過滲漏水和地下水回補給水庫。

另外，當表面防滲結(jié)構(gòu)細微裂縫存水時，在一些寒冷的季節(jié)很容易出現(xiàn)凍結(jié)的問題，而且當氣溫有所回升時候又會融化，這種反復(fù)的凍結(jié)和融化會使得一些裂縫更加嚴重，從而出現(xiàn)凍脹破壞等問題，針對此類問題需要及時采取有效的方法做好改善，并采取有效的保護措施。

2 水庫防滲技術(shù)分析

2.1 壩體防滲

從工程經(jīng)濟性的整體作出考慮，抽水蓄能電站上庫大壩的一般會建在比較特殊的地形上，壩基因為在建設(shè)的時候條件比較苛刻，通常都會采取一些措施或是材料進行彌補。在具體解決土石方挖填平衡的問題時，大多數(shù)項目工程都選擇了建設(shè)土石壩，這種建設(shè)工作在具體的開展過程中需要考慮到水位的問題，從而確保自身的整體穩(wěn)定性。如果地形和條件比較理想，可以采用混凝土重力壩和拱壩等形式，這種形式具有較好的優(yōu)勢，能夠適應(yīng)一般的水位變化。如果土壩在平均1.1m/d的水位下降條件下很容易造成一些其他的問題，因為土壩很難適應(yīng)這種速度的水位下降，除非利用一些混合建設(shè)進行搭配，不過混合建設(shè)自身具有一定的復(fù)雜性，而且在經(jīng)濟方面需要付出的比較多。

水位變幅大的土石壩防滲技術(shù)方面多采用鋼筋混凝土面板和瀝青混凝土面板以及石心墻等進行銜接。這種結(jié)構(gòu)的防滲結(jié)構(gòu)自身強度比較高，但是在結(jié)構(gòu)上存在多處接縫，接縫的存在很可能會使得一些其他問題的出現(xiàn)，長期的使用情況下很可能會因為不均勻沉陷造成面板出現(xiàn)裂縫或是接縫防滲效果失效，而且混凝土的防滲效果不如瀝青混凝土。隨著當前我國相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，堆石沉陷量已經(jīng)能夠得到一定幅度的改善，從而使得面板得到全面的調(diào)整。同時，通過采取多種不同的手段使得混凝土的抗裂性不斷提高，這種防滲形式在國內(nèi)抽水蓄能電站得到較好的普及以及運用[2]。

瀝青混凝土面板有較好的塑性和柔性，適應(yīng)變形的能力比較強，而且應(yīng)變數(shù)值可以達到2%-5%，在庫水壓力的作用下，他們可以作為支撐的堆石體使用，從而減少不均勻沉降的問題，該面板能夠很好的適應(yīng)變形等問題，而且不會輕易的形成裂縫，在具體的選擇過程中需要根據(jù)工程需求做好材料的篩選，結(jié)合區(qū)域地形結(jié)構(gòu)以及其后做好調(diào)整，以此保障瀝青混合料能夠適應(yīng)區(qū)域的條件。一般情況下瀝青混凝土的滲透系數(shù)會在1×10-8cm/s以下，其自身的防滲性能比較理想，同時還不存在其他的破壞問題。瀝青混凝土的自身結(jié)構(gòu)比較簡單，而且在施工的過程中比較快，不會出現(xiàn)一些其他的問題，在這樣的情況下可以防止一些裂縫以及其他問題，從當前整體的測試來看，在240m水頭下不會出現(xiàn)透水，而且經(jīng)歷長期的使用其自身仍然具備較好的防水性能，由于斜面板自身需要做好修補工作，其老化問題及其他問題比較容易解決，這也使得瀝青混凝土使用范圍比心墻更加廣泛，這種手段在當前歐洲的一些蓄能電站中采用的比較多，該項技術(shù)的在具體的使用過程中需要重視其局部的不均勻沉陷問題，不均勻沉陷會形成一定的張力，從而出現(xiàn)裂縫和滲漏的問題[3]。

2.2 巖石地基防滲

當巖石地基由于一些其他的因素造成透水性比較大的問題時，地基內(nèi)部的滲流可能融入壩體之中，這樣不但會使得壩體浸潤線會升高，還會導致壩體自身會受到?jīng)_刷。因此需要結(jié)合實際情況做好相關(guān)的細節(jié)工作，通過有效的方法做好改善。一般情況下都會進行灌漿，通過有效的方式加固巖石，將原本滲漏的道路進行封堵。通過長期的試驗發(fā)現(xiàn)，帷幕底部深入到不透水層會導致兩端延伸至水庫蓄水位之中，從而形成不透水層的相交問題，并與防滲的帷幕相接。帷幕灌漿的方向與巖體自身形成相交，并采用傾斜的方式形成垂直帷幕。

在巖溶的地區(qū)，帷幕灌漿不一定會起到作用，在一些國外的特殊區(qū)域，有相應(yīng)的專家進行了測試，大壩的高度為77m，右岸夾層中灰?guī)r，巖溶和斷層的發(fā)育，并修建了60m深度和200m長度的灌漿帷幕，在進行后續(xù)的操作方面出現(xiàn)了一些其他的問題，形成了泉眼，并采取了多種不同的形式進行彌補，其中主要以帷幕灌漿形式進行修補，雖然泉眼的流量實現(xiàn)了短暫控制，但是隨著時間的推移，泉眼還會不斷擴張，從而出現(xiàn)較為嚴重的滲漏問題，這也使得滲漏問題沒有得到全面解決。

針對上述的問題，可以采用基巖建造混凝土防滲墻的手段。針對沒有修復(fù)成功的滲漏問題，可以采用對應(yīng)的設(shè)備進行開槽，然后在其中建設(shè)一個55m深，面積75000m2的基巖混凝土防滲墻，這樣能夠解決當前存在的問題，而且利用這種手段所使用的資金為帷幕灌漿的三分之二，但是在防滲效果卻比帷幕灌漿更加理想。

2.3 覆蓋層地基防滲

垂直防滲技術(shù)的運用目前已經(jīng)在地基處理中實現(xiàn)普及，一般在厚度0.6-1.2m的墻段之間實現(xiàn)結(jié)合緊密，可以較好的徹底截斷滲透水流，從而達到完全止水的效果，而且該項技術(shù)可以適應(yīng)不同地質(zhì)的區(qū)域，在施工方面也比較理想，有利于更好的進行機械化操作。在材料的選擇方面，一般會選擇普通的混凝土、鋼筋混凝土、塑性混凝土等多種進行結(jié)合，在具體的選擇上需要根據(jù)地層情況以及區(qū)域條件進行篩選，從而形成一定厚度和深度的防滲墻。

在松散透水的地基中使用較為普遍的是混凝土防滲墻，因為其自身的施工比較快，而且費用也比較低，能夠適應(yīng)的地形也比較多，大部分復(fù)雜的水文地質(zhì)以及施工條件其都能夠較好的適應(yīng)。但是它自身也存在一定的弊端，在造價方面上比黏土要高出1倍左右，在具體的施工中由于一些因素的干擾，可能會使得工程變得比較繁瑣，而且在抗裂方面并不是很理想，如果接縫方面沒有處理好，很可能會造成質(zhì)量方面的安全問題，并在后續(xù)使用的短暫幾年內(nèi)會出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，一旦被破壞就需要對整個水庫進行加固，這樣會形成大量的損失。

在抽水蓄能電站中，壩基覆蓋層一般會采用上游鋪蓋的形式，一般會采用不同的形式進行連接，并采用不透水的黏土進行結(jié)合，并在重點部位進行鋪設(shè)，從而達到防滲的效果。鋪蓋與壩體防滲互相結(jié)合，并結(jié)合實際情況延伸一段距離，延伸的水滲流比較理想，從而減少水力自身的對比，從而達到減少流量的目的。不過如果只是單獨使用這種防滲技術(shù)效果并不理想，由于自身的透水性比較大，在一些基礎(chǔ)比較弱的地基建設(shè)時會形成不均勻沉陷的問題，從而使得自身受到較大的破壞，所以這種技術(shù)一般都會采用在比較小的地基建設(shè)中，而且需要土的厚度達到一定的需求，才能有效使用[4]。

2.4 局部通道防滲

當水庫自身周邊封閉條件比較理想時，相關(guān)人員只需要做好局部的防滲工作即可。在電站長期的運作過程中避免不了會出現(xiàn)貫穿性的縫隙，一些區(qū)域甚至會因為縫隙形成滲漏通道。在具體的工作中比較容易出現(xiàn)的問題是某種滲漏通道雖然延伸不遠，不會直接貫穿到盆庫之中，但是他們與庫盆自身會形成一定的裂縫，透水巖體互相連接，從而形成一種特殊的滲漏效果。針對上述這種情況可以采取以下幾種方式：①對于規(guī)模比較大而且填充物比較多的滲漏通道應(yīng)該首選灌漿的形式進行封堵，而且通過鉆孔與其不同的形式實現(xiàn)施工工藝的結(jié)合。滲漏通道的地表可以利用0.5-1.0m的混凝土進行覆蓋，從而避免水流來回沖刷。②對于庫周邊的淺部普遍都會采用裂隙密集帶，并采用表面防滲的形式進行鋪蓋，通過0.5m左右的混凝土或是鋼筋混凝土進行改善，從而覆蓋裂隙，達到穩(wěn)固的效果[5]。

3 結(jié)語

綜上所述，抽水蓄能電站防滲工作是當前的重點，需要給予一定的重視，同時相關(guān)的技術(shù)人員還需要根據(jù)滲漏的特征以及區(qū)域情況做好總結(jié)工作，以建筑物部位的水文地質(zhì)條件和工程地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，分析其滲漏特征和滲漏穩(wěn)定性，并從防滲效果、施工工藝、投資費用、可靠性、易修復(fù)性等方面對各種可能的防滲措施進行綜合比較，并采取有效的方法做好防滲基礎(chǔ)，以此確保抽水蓄能電站的穩(wěn)定運行。