泰安抽水蓄能電站上庫右岸面板水下檢查及處理效果分析

郭玉嶸，朱錦杰，吳 偉

（國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014）

1 工程概況

泰安抽水蓄能電站位于山東省泰安市西郊的泰山西南麓，距泰安市5 km，為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，工程規(guī)模為一等大（Ⅰ）型工程，由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房、下水庫、地面開關(guān)站等建筑物組成。

上水庫位于泰山南麓橫嶺北側(cè)的櫻桃園溝內(nèi)，由混凝土面板堆石壩、右岸面板、上水庫進(jìn)/出水口、庫盆及其防滲措施等組成，水庫正常蓄水位410.00 m，死水位386.00 m，工作深度24 m，水庫總庫容1 168萬m3?；炷撩姘宥咽瘔巫畲髩胃?9.8 m，壩頂長540.46 m，壩頂高程413.80 m，上下游壩坡比分別為1∶1.4和1∶1.5。大壩右岸橫嶺距壩軸線818 m范圍的岸坡設(shè)置鋼筋混凝土面板，面板坡度為1∶1.5，厚0.3 m，岸坡面板下游側(cè)與堆石壩防滲面板相接，其間布置了上水庫進(jìn)/出水口。庫盆防滲形式采用鋼筋混凝土面板與庫底土工膜及垂直防滲帷幕相結(jié)合。庫底回填石渣區(qū)采用土工膜水平防滲，土工膜與大壩面板及右岸岸坡面板相接；在左岸及庫尾將土工膜埋入庫底觀測廊道的側(cè)墻頂部混凝土中，廊道基礎(chǔ)設(shè)鎖邊帷幕。

泰安抽水蓄能電站于2001年7月開工建設(shè)，上水庫于2005年5月31日開始蓄水，2005年9月28日蓄至死水位386.00 m，2006年2月4日蓄至391.20 m，2007年4月10日首次蓄至正常蓄水位410.00 m。

2 右岸面板防滲與排水設(shè)計(jì)

右岸面板承受最大水頭約35 m，采用0.30 m等厚度。面板下鋪80 cm厚的碎石墊層，墊層料按排水料設(shè)計(jì)，最大粒徑80 mm，滲透系數(shù)要求5×10-3cm/s。右岸趾板與面板、連接板與面板之間設(shè)周邊縫；面板設(shè)垂直伸縮縫，不設(shè)水平伸縮縫及施工縫。垂直伸縮縫間距采用12 m，按張性縫設(shè)計(jì)。右岸面板（不含進(jìn)/出水口部位）共分為59塊，進(jìn)水口上游側(cè)有32塊，下游側(cè)有27塊。

在進(jìn)/出水口上下游側(cè)的面板底部，趾板基礎(chǔ)高程通長設(shè)置?150 mm土工管，并每隔10 m在趾板底部墊層混凝土內(nèi)設(shè)一橫向?100 mm土工管（見圖1），連通趾板面板底部的土工管與庫盆墊層料內(nèi)的土工管，在趾板與庫底廊道相接處土工管通入廊道內(nèi)，增加其排水效果，土工管均外包100 g/m2土工布。為排出右岸面板下的滲水，兼作觀測用，在右岸面板下橫嶺山體內(nèi)設(shè)一排水觀測洞（見圖2）。排水觀測洞總長120 m，在排水觀測洞拱肩處設(shè)置13個(gè)?110@10 m排水孔，與該段對應(yīng)的右岸面板趾板后部的縱向排水土工管相連。在排水觀測洞口的排水溝內(nèi)設(shè)置一個(gè)三角形量水堰，觀測運(yùn)行期該段面板的滲水情況。

3 右岸面板滲漏量分析

庫盆采用鋼筋混凝土面板與庫底土工膜及垂直防滲帷幕相結(jié)合的防滲方式。為監(jiān)測庫盆滲漏量，在庫底廊道和右岸排水洞布置量水堰，分別監(jiān)測庫底土工膜和右岸面板滲漏量。

庫底土工膜滲漏量受氣溫影響明顯，扣除庫水位變化等其他影響，冬季滲漏量明顯大于夏季。流量從2008年開始逐年降低，2011～2013年測值穩(wěn)定，無趨勢性變化。

2006年4月7日右岸面板開始滲水，但量值較小，未觀測滲漏量。2008年1月觀測至今，滲漏量呈逐年增大的趨勢，年最大滲漏量從2008年0.37 L/s增至2013年3.22 L/s，年平均滲漏量從2008年0.21 L/s增至2013年2.03 L/s（見圖3），與面板墊層滲壓計(jì)Pa5、Pa6水頭（見圖4）存在明顯相關(guān)性。Pa5、Pa6水頭分別在2010年底和2007年底開始出現(xiàn)趨勢性變化，總體受溫度變化影響，高溫季節(jié)滲漏量減小，低溫季節(jié)滲漏量增大，2013年底最大水頭分別為4.24 m和9.59 m。據(jù)此可認(rèn)為：（1）右岸面板滲漏量2007年底出現(xiàn)與溫度相關(guān)的趨勢性增加，說明右岸面板防滲體系局部出現(xiàn)破壞，可能是面板接縫止水破壞或者面板出現(xiàn)裂縫；（2）面板后墊層料內(nèi)滲壓計(jì)Pa5、Pa6水頭存在與庫水位相關(guān)的趨勢性增加，說明滲漏通道在Pa5、Pa6附近（即右岸面板與進(jìn)/出水口連接處，見圖5）。

圖1 右岸面板趾板底部排水水工管結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of drainage pipeline at right bank concrete face plinth

圖2 右岸面板排水洞布置圖Fig.2 Distribution of drainage holes under right bank concrete face

圖3 防滲體系滲漏量過程線Fig.3 Process line of measured seepage

圖4 右岸面板墊層滲壓計(jì)測值過程線Fig.4 Process line of measured water level by osmometers at right bank concrete face cushion zone

綜上所述，庫底土工膜滲漏量較小且穩(wěn)定，防滲效果總體較好。右岸面板與進(jìn)/出水口連接處可能存在面板裂縫或者接縫止水破壞而出現(xiàn)滲漏，雖然現(xiàn)階段上述防滲體系局部破壞引起的滲漏量量值不大，水質(zhì)清澈，但是出現(xiàn)逐年增大的趨勢，為防止出現(xiàn)更大的滲透破壞，應(yīng)進(jìn)行水下檢查，查清破壞狀況，以便采取工程措施。

圖5 滲壓計(jì)Pa5、Pa6測點(diǎn)位置Fig.5 Distribution of osmometers Pa5 and Pa6

4 水下檢查及處理效果分析

2014年8月下旬進(jìn)行了上庫水下檢查，主要是上庫進(jìn)/出水口周邊面板及其結(jié)構(gòu)縫水下檢查。檢查時(shí)采用近觀目視和墨汁法相結(jié)合的方法，主要檢查面板混凝土有無破損、滲漏，周邊縫是否存在變形、錯(cuò)臺及滲漏。

檢查結(jié)果表明：（1）右岸面板結(jié)構(gòu)縫共存在21處滲漏點(diǎn)（見圖6a），其中：26號面板結(jié)構(gòu)縫止水蓋片左右側(cè)共有12處明顯滲漏點(diǎn)，1處輕微滲漏點(diǎn)，滲漏點(diǎn)位置主要集中在395 m高程以下；25號面板結(jié)構(gòu)縫止水蓋片左側(cè)有3處滲漏點(diǎn)；24號面板結(jié)構(gòu)縫止水蓋片右側(cè)有1處滲漏；23號面板結(jié)構(gòu)縫止水蓋片左側(cè)和交接處各有1處滲漏點(diǎn)。（2）進(jìn)/出水口區(qū)域面板及結(jié)構(gòu)縫發(fā)現(xiàn)7處破損滲漏，其中3處大量滲漏，3處明顯滲漏，1處輕微滲漏。破損最明顯的部位為進(jìn)/出水口右側(cè)導(dǎo)墻與面板夾角處（見圖6b），夾角處結(jié)構(gòu)縫止水膠皮脫落，結(jié)構(gòu)縫右側(cè)面板局部斷裂，斷裂嚴(yán)重部位長度約為1.2 m，向右繼續(xù)有錯(cuò)綜交叉的裂縫，裂縫最大寬度不超過1 cm，最長的一條已經(jīng)貫穿一整塊面板到達(dá)相鄰結(jié)構(gòu)縫，裂縫上下斷裂形成錯(cuò)層，錯(cuò)層間距最大為12 cm，其他5～10 cm不等，此處滲漏量較大。同時(shí)進(jìn)/出水口6號面板結(jié)構(gòu)縫止水蓋片斷裂，有明顯滲漏。

在進(jìn)/出水口區(qū)域面板及結(jié)構(gòu)縫水下檢查發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)時(shí)，即采用棉絮、布條和SXM等止水材料對其進(jìn)行臨時(shí)封堵，具體方法是：先將棉絮用布條綁扎成條狀結(jié)構(gòu)，對裂縫進(jìn)行臨時(shí)堵漏，然后將拌制好的SXM止水材料（固化快并具有較高的強(qiáng)度）對裂縫進(jìn)行封堵。

圖6 水下檢查發(fā)現(xiàn)主要滲漏點(diǎn)Fig.6 The main seepage found by underwater inspection

右岸面板滲漏點(diǎn)臨時(shí)封堵后，滲漏量由處理前1.63 L/s降至0.34 L/s，至2015年1月份最大滲漏量為2.38 L/s，略小于去年同期的3.31 L/s。滲壓計(jì)Pa5、Pa6水頭分別由封堵前的1.82 m、6.14 m降至無壓，但隨著氣溫降低，Pa5、Pa6水頭出現(xiàn)增加，至2015年1月最大滲壓水頭分別為4.25 m和8.96 m，相比去年4.24 m和9.59 m無明顯減小。臨時(shí)處理后，面板后滲漏量及滲壓計(jì)水頭均出現(xiàn)大幅度降低，可見臨時(shí)處理效果明顯，基本封堵了主要滲漏通道，但隨著溫度降低，面板結(jié)構(gòu)縫止水及面板裂縫張開，棉絮、布條等臨時(shí)封堵材料隨水流流失、破壞，滲漏通道重新出現(xiàn)，具體表現(xiàn)為滲壓計(jì)水頭、滲漏量與去年基本相當(dāng)。

水下檢查結(jié)果與觀測資料分析結(jié)果共同證明：進(jìn)/出水口右側(cè)導(dǎo)墻與面板夾角處滲漏引起Pa5、Pa6處壓力水頭增大，夾角處結(jié)構(gòu)縫止水膠皮脫落，面板出現(xiàn)1.2m斷裂和多條裂縫，此處為主要滲漏通道。

綜上，臨時(shí)處理對檢驗(yàn)滲漏通道位置有一定作用，但未能永久封堵滲漏通道，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，滲漏通道的滲壓水頭、滲漏量恢復(fù)原樣。

5 防滲體系安全性分析及建議

右岸面板主要滲漏通道位于進(jìn)/出水口右側(cè)導(dǎo)墻與面板夾角部位。進(jìn)/出水口右側(cè)導(dǎo)墻與面板夾角部位正對1號進(jìn)/出水口邊墻結(jié)構(gòu)縫，2號進(jìn)/出水口墻外超挖部分超過20 cm的回填了C15混凝土，1號進(jìn)/出水口墻外超挖部分未回填混凝土，直接回填墊層料。由于空間狹小，采用人工夯實(shí)難以達(dá)到機(jī)械碾壓的密實(shí)度，而且超挖部位回填墊層料厚，壓縮后形成的空腔大于其他部位。開始面板裂縫少量漏水將墊層料細(xì)粒帶走，形成較大的脫空范圍，進(jìn)而造成面板斷裂。此外，斷裂部位正對進(jìn)/出水口邊墻結(jié)構(gòu)縫，可能也起了誘導(dǎo)作用。

面板破壞是局部的，斷裂部位形成錯(cuò)層，下部面板下沉。滲漏主要原因是面板下部的小區(qū)料、墊層料沉降變形或是流失，導(dǎo)致面板與止水的拉裂，滲水進(jìn)一步搬運(yùn)細(xì)顆粒，形成一定的脫空。小區(qū)料、墊層料未流失，僅是局部分布不均勻，且滲漏量值較小，水質(zhì)清澈，因而整個(gè)防滲體系目前是可靠的。但應(yīng)采取措施限制其發(fā)展，并建議對右岸排水廊道、右岸水位觀測孔KUP4及KUP10、壩后量水堰等加強(qiáng)觀測，注意上庫低水位（死水位386.0 m）時(shí)對該部位面板的巡視，及時(shí)對上水庫滲漏部位進(jìn)行修復(fù)處理。

6 結(jié)語

泰安抽水蓄能電站上庫滲漏量總體不大且量值穩(wěn)定，整體防滲體系可靠。右岸面板存在逐年增大的趨勢性滲漏，檢查發(fā)現(xiàn)為面板及結(jié)構(gòu)縫破損，處理后滲漏量減小，但一段時(shí)間后滲漏量及滲壓值均恢復(fù)至處理前狀態(tài)，建議對右岸面板及結(jié)構(gòu)縫進(jìn)行重新處理，徹底解決滲漏問題。

[1]李濤,吳偉,呂高峰,等.泰安抽水蓄能電站大壩安全首次定期檢查材料[R].杭州:國家能源局大壩安全監(jiān)察中心,2014.