白蓮河抽水蓄能電站上水庫防滲工程設計與實踐

夏越誼

（中國水電顧問集團中南勘測設計研究院，湖南 長沙 410014）

白蓮河抽水蓄能電站位于湖北省黃岡市羅田縣白蓮河鄉(xiāng)境內(nèi)，是一座日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站，電站總裝機容量1 200 MW。樞紐工程主要由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群和地面中控樓開關(guān)站等組成。

上水庫位于白蓮河水庫右壩頭上游側(cè)的山頭凹地，庫盆由葉家沖與月山?jīng)_兩條溪溝組成，集雨面積2.71 km2。電站包含1座主壩，3座副壩，主壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高62.50 m，壩頂長291.913 m；3座副壩均為塑性混凝土心墻土石壩，最大壩高為12.00 m，主、副壩壩頂高程均為312.50 m。

利用已建的白蓮河水利樞紐工程水庫作為下水庫。

1 上水庫滲漏分析

上水庫庫盆基巖主要為燕山期中細粒花崗巖，局部有少量片麻巖分布，巖性較為單一，庫周山體較雄厚，絕大部分地段具備天然防滲條件。庫周分水嶺的滲漏主要根據(jù)地下水位、泉水出露情況、巖石透水性等進行綜合分析，其中地下水位是否高于水庫正常蓄水位是判斷分水嶺是否具備滲漏條件的最重要也是最直接的依據(jù)。

主壩右岸單薄分水嶺山體走向NE，兩側(cè)山坡較陡峻，山體單薄，ZK20孔往ZK21孔方向90 m范圍內(nèi)地下水位低于庫水位308.00m，為可能滲漏地段。

主壩左岸低緩分水嶺長約556 m。F2和F12斷層穿越分水嶺南段，地表殘坡積物厚1～3 m，全風化下限埋深6～13 m，最低地下水位約為300 m，低于上水庫正常蓄水位，是上水庫滲漏的主要部位。

3號副壩埡口及其兩岸壩肩長約257 m。相對隔水層頂板低于地表約15～30 m，絕大多數(shù)需處理地段的強風化巖帶深7～20 m，蓄水后將存在滲漏問題。

水庫蓄水后，壩體防滲及低緩分水嶺的滲漏處理是上水庫防滲工程的主要內(nèi)容。

2 防滲工程設計

2.1 滲流控制設計標準

抽水蓄能電站上水庫滲漏將造成電能損失，白蓮河抽水蓄能電站以透水率q＜1 Lu為防滲設計標準。DL/T 5028—2005《抽水蓄能電站設計導則》8.2.3條指出：對于鋼筋混凝土面板防滲控制每天滲漏量在總庫容的0.03%～0.05%以下的，技術(shù)上可行，工程上也是安全的。根據(jù)上述要求，上水庫日滲漏量應控制在7 488～12 480 m3/d。

2.2 防滲設計范圍

上水庫防滲工程范圍包括主壩右岸單薄分水嶺、主壩壩體及趾板地基、主壩左岸低緩分水嶺地段（包括1、2號副壩壩基及壩體），3號副壩壩體、壩基及壩肩。

2.3 主壩壩體、趾板地基及右岸單薄分水嶺防滲設計

2.3.1 主壩壩體

主壩壩體防滲系統(tǒng)由面板、趾板和接縫止水組成。

主壩最大壩高62.50 m，面板最大水頭不超過58.00 m。面板厚度應使其承受的水力梯度不超過200，且應盡量采用較薄的面板以提高其柔性，節(jié)省工程量，便于施工。經(jīng)過綜合考慮，面板設計為0.4 m等厚面板，最大水力梯度145。

趾板位于強風化下限、弱風化上限之間基巖上，趾板寬度根據(jù)地基容許水力梯度確定，厚度根據(jù)工程類比和面板厚度確定。巖基容許水力梯度可達10～20，結(jié)合雙排防滲帷幕布置要求，趾板寬度設計為 4.5～6.0 m， 厚0.5 m。

周邊縫設兩道止水，底部止水為F型止水銅片，頂部止水為縫口φ50 mmPVC支撐棒+SR柔性止水材料+6 mm厚半徑140 mm的三元乙丙橡膠增強型SR防滲蓋片。壓性、張性垂直縫也設兩道止水，底部采用W1型銅止水，頂部采用SR柔性填料止水加SR防滲蓋片。

2.3.2 趾板地基及右岸單薄分水嶺

趾板地基及右岸單薄分水嶺基巖均為中細粒二長花崗巖，巖石堅硬，建基面巖體以弱風化為主。采用水泥防滲帷幕防滲。右岸單薄分水嶺帷幕灌漿孔單排布置，孔距為1.5 m。趾板地基帷幕孔的布置為：右岸273.874 m高程以下、左岸272.446 m高程以下設兩排帷幕孔，排距1.5 m，孔距2 m；其余部位布置1排帷幕灌漿孔，孔距2 m；帷幕孔設計深度以深入相對不透水層 （q≤1 Lu）頂板線以下5 m控制。

2.4 副壩壩體、壩基及左岸低緩分水嶺 （3號副壩兩岸壩肩）防滲設計

2.4.1 副壩壩體

1、2、3號副壩壩體填筑料均為風化土料，填筑土料滲透系數(shù)約為5×10-4cm/s，不能滿足工程滲流控制要求，故需在壩體內(nèi)設置防滲體。

副壩壩體防滲體與壩基、庫岸防滲系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。通過從施工技術(shù)特點、壩體對地層的要求、施工質(zhì)量檢查方法等方面進行技術(shù)、經(jīng)濟綜合比較，決定防滲體采用與土體變形模量相近，適用變形能力強的塑性混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)。

塑性混凝土薄防滲墻布置于壩體中部，其墻厚0.4 m，墻頂高程312.250 m，與壩基全風化層塑性混凝土防滲墻一次形成。

2.4.2 左岸低緩分水嶺、3號副壩壩基及其兩岸壩肩

針對主壩左岸低緩分水嶺 （包括1、2號副壩壩基）、3號副壩壩基及其兩岸壩肩地質(zhì)條件特點 （全風化花崗巖，最大深度約20 m），該范圍采用防滲墻與防滲帷幕組合的防滲方案。

全風化下限以下基巖設置單排水泥防滲帷幕，孔距1.5 m （左岸低緩分水嶺F2、F12斷層分布區(qū)為帷幕加強區(qū)，孔距為1.0 m），深入相對不透水層頂板線以下5.0 m。

全風化下限以上的全風化層采用塑性混凝土防滲墻，墻頂高程309.00 m（副壩處高程為312.25 m），墻厚0.4 m，深入強風化基巖0.5 m。塑性混凝土防滲墻與壩體防滲墻一次形成，見圖1。

3 防滲措施實施效果

2007年7月17日上水庫開始預蓄水，2008年底首臺機調(diào)試運行，截至目前上水庫已蓄水運行4年多。根據(jù)監(jiān)測資料反饋分析，運行期無論是大壩的變形、應力、滲流等均已趨于穩(wěn)定，表明大壩處于正常工作狀態(tài)。

主壩壩后設1座量水堰用來監(jiān)測主壩滲漏量。監(jiān)測成果表明，目前實測最大滲流量為1.56 L/s（2009年8月），與同類型面板堆石壩相比，總滲漏量很小。此外，實測滲流量還并非完全為水庫滲漏水所致。據(jù)查施工資料，主壩填筑期間即發(fā)現(xiàn)壩基（靠近下游側(cè)）處有一滲水點，采用容積法測得其滲流量約為0.6 L/s。另外，從止水帷幕后兩岸山體出滲的滲流量約為0.3～0.5 L/s，因此主壩的實際滲漏量約為 0.3～0.5 L/s。

圖1 副壩壩體及壩基防滲設計典型剖面 （單位：高程m，尺寸mm）

3座副壩測壓管的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，防滲心墻后的測壓管以及坡腳測壓管的管水位變化較小，變化幅度為1～2 m，根據(jù)觀察，這與降雨存在一定的相關(guān)性，當降雨發(fā)生時，管水位略有增加，而當降雨停止后，管水位慢慢恢復至降雨前的水位，因此與庫水位相關(guān)性不大。防滲心墻后測壓管的管水位變化規(guī)律說明，防滲心墻具有很好的防滲效果，庫水未經(jīng)防滲心墻流入墻后壩體內(nèi)?，F(xiàn)場巡視檢查及滲漏量監(jiān)測的結(jié)果也說明了副壩具有很好的防滲效果。

3號副壩壩后設1座量水堰，平均測值約0.05 L/s，平均滲漏量小于0.02 L/s，3號副壩的總滲漏量非常小。

4 結(jié) 語

白蓮河抽水蓄能電站上水庫防滲實踐表明，防滲線路布置、綜合防滲措施連接的合理設計是上水庫達到高滲流控制要求的必要條件。

主壩壩基防滲帷幕與右壩頭防滲帷幕、左擋墻及刺墻帷幕、左岸低緩分水嶺防滲帷幕聯(lián)成整體，形成完整防滲系統(tǒng)。副壩壩體防滲體與壩基塑性混凝土防滲墻一次形成，采取無接頭設計；防滲墻內(nèi)預埋灌漿孔位管，使防滲墻與帷幕灌漿準確搭接。兩項垂直防滲體連接措施使得防滲處理工程的施工難度降低，確保了工程質(zhì)量。監(jiān)測結(jié)果表明，主、副壩滲漏量均較小，上水庫防滲設計是成功的。

［1］ 中南勘測設計研究院.湖北白蓮河抽水蓄能電站竣工安全鑒定設計自檢報告工程地質(zhì)篇［R］.長沙：中南勘測設計研究院，2011.

［2］ 白水年，等.中國堤壩防滲加固新技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2001.

［3］ 蔣國澄，傅志安，鳳家驥.混凝土面板壩工程［M］.武漢：湖北科學技術(shù)出版社，1997.