洪屏抽水蓄能電站上水庫庫盆防滲設(shè)計(jì)

朱安龍，馮仕能，李郁春

(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

朱安龍，馮仕能，李郁春

(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)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(zhì)復(fù)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(fēng)險(xiǎn)。通過對水文地質(zhì)條件的分析，結(jié)合本工程滲漏控制要求，提出了主副防滲體系結(jié)合的方案，主防滲體系控制滲流量并確保建筑物運(yùn)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(jīng)防滲處理后，庫盆防滲效果顯著。

水文地質(zhì)條件；垂直滲漏；水平滲漏；防滲設(shè)計(jì)；洪屏抽水蓄能電站

1 工程概況

洪屏抽水蓄能電站總裝機(jī)容量2 400 MW，分兩期開發(fā)，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(xiāng)洪屏村，利用天然高山盆地修建，盆地四周環(huán)山，為一個(gè)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(cè)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(fā)育，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，存在庫盆滲透通道。招標(biāo)、施工階段在對水文地質(zhì)條件進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)庫盆滲透特性、滲漏的危害性進(jìn)行水文地質(zhì)分區(qū)設(shè)計(jì)，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(jìn)行聯(lián)合防滲。

2 地質(zhì)條件

2.1 庫盆地形、地質(zhì)條件概況

上水庫為一個(gè)四面環(huán)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(qū)。庫內(nèi)沖溝發(fā)育，走向以北西、北北西和北東東向?yàn)橹?。上水庫庫區(qū)第四系大片覆蓋，主要有沖洪層的粘土、粉質(zhì)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?；鶐r巖性為變質(zhì)含礫中粗砂巖(主要分布于北東側(cè)庫岸、東南側(cè)庫岸、主壩及西南副壩壩址左側(cè)的大片區(qū)域)、變質(zhì)長石石英中細(xì)砂巖(北側(cè)庫岸經(jīng)庫盆中部穿過西南副壩右岸的條帶分布)、變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖(主要分布于北庫岸到西副壩一帶的大片區(qū)域)。

工程區(qū)的區(qū)域構(gòu)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(qū)域斷層)不足2 km，受其及周圍地質(zhì)構(gòu)造影響，庫區(qū)內(nèi)巖層褶皺、斷裂和擠壓破碎帶較發(fā)育，并形成一系列劈理帶，局部受牽引扭曲嚴(yán)重。上庫區(qū)總體為洪屏向斜構(gòu)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(nèi))有23條，占74%，與向斜的軸向基本一致，斷層產(chǎn)狀沿向斜的核部對稱分布。

2.1 水文地質(zhì)條件及水文地質(zhì)分區(qū)設(shè)計(jì)

(1)水文地質(zhì)條件。北側(cè)庫岸～東南側(cè)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(shè)計(jì)正常蓄水位的問題，同時(shí)西庫岸～南庫岸的斷層發(fā)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(cè)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(xiàn)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(jù)計(jì)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(qū)揭露的31條斷層中，以北東～北東東向壓扭性斷層最為發(fā)育，次為北西向張扭性，多數(shù)為中～陡傾角，部分為緩傾角，是上庫區(qū)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(qū)域的斷層主要由洪屏向斜構(gòu)造形成?？尚行匝芯侩A段因地下廠房長探洞開挖，導(dǎo)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(jù)南庫岸示蹤試驗(yàn)，南庫岸斷層與地下洞室群斷層之間存在貫通的滲透網(wǎng)絡(luò)。綜合示蹤試驗(yàn)反演成果和斷層壓水試驗(yàn)成果，庫區(qū)斷層的滲透系數(shù)取值為10-2～10-3cm/s。庫區(qū)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(qū)滲漏網(wǎng)絡(luò)

(2)水文地質(zhì)分區(qū)設(shè)計(jì)。依據(jù)上水庫區(qū)的滲漏條件，尤其是斷層發(fā)育程度和性質(zhì)，同時(shí)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(xiàn)場相關(guān)條件，對上水庫庫盆進(jìn)行水文地質(zhì)分區(qū)。庫區(qū)水文地質(zhì)總體分區(qū)為A、B、C區(qū)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)滲透特性進(jìn)一步細(xì)分。A區(qū)為存在滲漏問題相對較大區(qū)，B區(qū)為相對弱滲漏問題區(qū)，C區(qū)為相對微弱或基本無滲漏問題區(qū)。各區(qū)相對位置詳見圖1，滲透特性見表1。

3 庫盆防滲設(shè)計(jì)

3.1 防滲體系設(shè)計(jì)

國內(nèi)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(yīng)水面面積達(dá)1.6 km2，庫周地形沖溝發(fā)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(zhì)條件來看，存在滲透通道的部位在整個(gè)庫盆中所占比例較小，因此需要結(jié)合各區(qū)的滲透特性及其存在的危害，對防滲的功能、目標(biāo)進(jìn)行定位，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)。結(jié)合本工程的特點(diǎn)，對水文地質(zhì)條件進(jìn)一步分析，可知：

表1 庫區(qū)各區(qū)滲透特性

分區(qū)位置滲透特性A1區(qū)主壩～西南副壩庫岸及壩前500m斷層18條,占上水庫斷層總數(shù)的58%。主要為庫岸、庫底斷層形成滲漏網(wǎng)絡(luò),經(jīng)深部水平斷層與地下廠區(qū)連通。A2區(qū)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(shù)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(dāng)發(fā)育北東向滲透性好的斷層時(shí)存在垂直滲透的風(fēng)險(xiǎn)。A3區(qū)西北庫岸發(fā)育斷層2條,主要為巖體、斷層水平滲漏問題。B1區(qū)近壩區(qū)1km庫盆中除A以外部分?jǐn)鄬硬话l(fā)育,主要為A區(qū)斷層的延伸。存在斷層垂直滲透風(fēng)險(xiǎn)。B2區(qū)庫尾的北庫底距離廠房較遠(yuǎn)。斷層不發(fā)育,主要為A區(qū)斷層的延伸。存在斷層垂直滲透風(fēng)險(xiǎn)。C區(qū)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(jìn)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(qū)排水系統(tǒng)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(qū)滲透風(fēng)險(xiǎn)上分析，B區(qū)雖然存在垂直滲漏風(fēng)險(xiǎn)，但距離廠房較遠(yuǎn)，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(xiàn)地下水位漏斗進(jìn)一步向庫尾延伸的情況，故B區(qū)實(shí)際發(fā)生垂直滲漏的風(fēng)險(xiǎn)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(dá)到0.07～0.461 m3/s，平均0.213 m3/s，對應(yīng)每天可補(bǔ)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(bǔ)給的工程相比，滲漏損失問題并不突出，防滲處理應(yīng)以保證建筑物運(yùn)行安全為主要控制目標(biāo)。

綜合上述對水文地質(zhì)條件的認(rèn)識，本工程大壩、進(jìn)/出水口、庫岸等涉及建筑物安全、庫岸穩(wěn)定的部位作為主要防滲部位，其防滲功能應(yīng)以滿足建筑物運(yùn)行安全、控制滲漏量為主；庫底斷層作為輔助防滲部位，應(yīng)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(chǔ)(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(qū)庫底鋪蓋和A2區(qū)庫底鋪蓋組成。A1區(qū)防滲鋪蓋的主要作用在于截?cái)嘣搮^(qū)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(fēng)險(xiǎn)。A2區(qū)斷層為水平滲透，通過西副壩趾板帷幕進(jìn)行防滲，但是考慮到庫底斷層發(fā)育，采用庫盆開挖料進(jìn)行回填，可以進(jìn)一步減小斷層滲漏量，對西副壩的安全運(yùn)行也具有積極意義。

3.2 防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)南庫岸防滲設(shè)計(jì)。南庫岸防滲結(jié)構(gòu)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?jié)B等級W8，抗凍等級F100。面板標(biāo)準(zhǔn)段每12 m設(shè)置一道結(jié)構(gòu)縫，結(jié)構(gòu)縫設(shè)2道止水封閉。面板下部設(shè)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(shè)置寬5 m的C25鋼筋混凝土趾板，抗?jié)B等級W8，抗凍等級F100。通過趾板與基礎(chǔ)灌漿銜接形成表面防滲與基礎(chǔ)防滲的封閉。面板、趾板分別于主壩、進(jìn)/出水口、西南副壩通過結(jié)構(gòu)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(cè)設(shè)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(shè)計(jì)。主壩、南庫岸、西南副壩地礎(chǔ)以及西南副壩～西副壩庫岸、西北庫岸均設(shè)置帷幕灌漿防滲，防滲標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)方案為：① 南庫岸巖石風(fēng)化程度以弱風(fēng)化為主，但斷層發(fā)育，該區(qū)域帷幕灌漿的深度以截?cái)嘀饕獢鄬铀綕B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(fā)育，在斷層集中發(fā)育的區(qū)域(約705.0 m高程以下)設(shè)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(jìn)行加強(qiáng)處理。

(3)南庫底防滲鋪蓋設(shè)計(jì)。由于庫盆的東庫岸分布有粘土料源，位于非滲漏區(qū)，從節(jié)省投資上考慮，部分鋪蓋采用庫內(nèi)粘土填筑。A1區(qū)庫底水平鋪蓋區(qū)域總面積約9.7萬m2，其中土工膜區(qū)域7萬m2，粘土鋪蓋區(qū)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(shè)置C20混凝土齒墻，考慮到齒墻基礎(chǔ)開挖后表層受爆破振動影響較大，且表層的透水性較強(qiáng)，為減小繞滲采用固結(jié)灌漿處理。布置雙排固結(jié)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(shè)置排水系統(tǒng)。土工膜與周邊齒墻以及南庫岸趾板、西南副壩趾板、進(jìn)出水口前池等采用螺栓、角鋼等進(jìn)行機(jī)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(hù)層。

(4)西庫底鋪蓋。庫底相對平坦的區(qū)域鋪設(shè)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(xì)顆粒對斷層滲透通道進(jìn)行淤堵，以提高斷層的抗?jié)B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?jié)B透破壞的效果。

4 結(jié) 語

洪屏抽水蓄能電站的上水庫水文地質(zhì)條件復(fù)雜，且由于庫盆較大，從經(jīng)濟(jì)性上考慮難以采用全庫盆防滲。招標(biāo)、技施階段，在對各區(qū)滲透特性和風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的基礎(chǔ)上提出主副防滲體系結(jié)合的方案，并針對各區(qū)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(yùn)行的前提下，達(dá)到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，方案設(shè)計(jì)合理。經(jīng)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)。

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

[2]何世海， 吳毅瑾， 李洪林. 土工膜防滲技術(shù)在泰安抽水蓄能電站上水庫的應(yīng)用[J]. 水利水電科技進(jìn)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(shù)， 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(jié)構(gòu)[J]. 水力發(fā)電， 2011， 37(4)： 39- 42．

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

(責(zé)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?yàn)樗そㄖ镌O(shè)計(jì)．

TV640.31；TV743(256)

B

0559- 9342(2016)08- 0030- 04