張河灣抽水蓄能電站上水庫(kù)滲流觀測(cè)

張利軍，劉占海，劉鳳成，胡五星

（中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京，100024）

張河灣抽水蓄能電站上水庫(kù)滲流觀測(cè)

張利軍，劉占海，劉鳳成，胡五星

（中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京，100024）

主要對(duì)張河灣抽水蓄能電站上水庫(kù)瀝青混凝土面板堆石壩和上水庫(kù)進(jìn)出水口的滲流觀測(cè)資料進(jìn)行分析，并結(jié)合上水庫(kù)大壩的運(yùn)行工況及其他相關(guān)觀測(cè)資料分析整個(gè)上水庫(kù)的滲流情況。

張河灣抽水蓄能電站；上水庫(kù)；滲流觀測(cè)

1 工程概況

張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣測(cè)魚(yú)鎮(zhèn)附近的甘陶河干流上。上水庫(kù)位于下水庫(kù)左岸的老爺廟山頂，采用開(kāi)挖筑壩圍庫(kù)而成。水庫(kù)壩頂高程812 m，庫(kù)頂壩軸線長(zhǎng)2 846.088 m，壩頂寬8.0～10.0 m，上游壩坡1∶1.75，下游壩坡1∶1.5，最大壩高（壩軸線處）57 m，正常蓄水位為810 m，死水位為779 m，工作水深31 m，總庫(kù)容789.0萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容717.5萬(wàn)m3。庫(kù)盆采用瀝青混凝土面板全庫(kù)盆防滲，總防滲面積34.5萬(wàn)m2。目前工程已進(jìn)入運(yùn)行階段。上水庫(kù)滲流觀測(cè)主要包括：滲透水壓力觀測(cè)、滲流量觀測(cè)和測(cè)壓管水位觀測(cè)三部分。到目前為止，大部分觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行正常。

2 滲流監(jiān)測(cè)設(shè)施布置

上水庫(kù)共布置59支滲壓計(jì)，其中壩基布置12支、面板基礎(chǔ)布置40支、進(jìn)出水口布置7支；壩基和庫(kù)岸邊坡布置17根測(cè)壓管；庫(kù)底排水廊道內(nèi)布置了22座量水堰。上水庫(kù)監(jiān)測(cè)平面布置見(jiàn)圖1。

3 滲流監(jiān)測(cè)資料分析

3.1 滲透水壓力觀測(cè)

上水庫(kù)共布置59支滲壓計(jì)。其中12支安裝于壩基基巖上，主要監(jiān)測(cè)壩基浸潤(rùn)線；40支安裝于瀝青混凝土面板基礎(chǔ)碎石墊層料內(nèi)，主要監(jiān)測(cè)面板排水及滲漏情況；7支安裝于上水庫(kù)進(jìn)出水口周邊結(jié)構(gòu)縫，主要監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)縫滲漏和排水情況。

（1）上水庫(kù)壩基滲壓計(jì)主要埋設(shè)于3個(gè)斷面，分別位于樁號(hào)2+835、2+285和1+560。從壩基滲壓計(jì)水壓力典型過(guò)程線（圖2）可以看出，從壩基滲壓計(jì)安裝到目前為止，滲透水壓力變化很小，與庫(kù)水位沒(méi)有明顯相關(guān)關(guān)系。從庫(kù)盆瀝青混凝土面板防滲區(qū)滲流量觀測(cè)結(jié)果看，上水庫(kù)從2007年8月蓄水至2016年12月，面板滲流量基本為0，以上觀測(cè)成果表明壩基沒(méi)有庫(kù)盆水滲入。

（2）瀝青混凝土面板基礎(chǔ)滲壓計(jì)主要埋設(shè)于7個(gè)斷面及庫(kù)底，7個(gè)斷面分別是2+835、2+640、2+835、0+342、0+815、1+260和1+560。從上水庫(kù)瀝青混凝土面板基礎(chǔ)滲壓計(jì)壓力過(guò)程線（圖3，其他水壓力過(guò)程線與其相似）可以看出，安裝于面板基礎(chǔ)的滲壓計(jì)測(cè)值與庫(kù)水位沒(méi)有明顯相關(guān)關(guān)系，且測(cè)值相對(duì)平穩(wěn)，受降雨影響較小，表明上水庫(kù)瀝青混凝土面板排水層排水性能良好，工作性態(tài)正常。

圖1 張河灣抽水蓄能電站上水庫(kù)監(jiān)測(cè)平面布置圖Fig.1 Monitoring items for upper reservoir of Zhanghewan pumped storage power station

圖2 壩基滲壓計(jì)壓力過(guò)程線Fig.2 Graph of seepage pressure at dam foundation

圖3 防滲面板基礎(chǔ)滲壓計(jì)壓力過(guò)程線Fig.3 Graph of seepage pressure at the foundation of impervious face slab

（3）進(jìn)出水口地質(zhì)條件差，混凝土結(jié)構(gòu)縫較多，為監(jiān)測(cè)可能產(chǎn)生較大滲流的部位，在基巖與混凝土界面處、混凝土結(jié)構(gòu)縫處埋設(shè)滲壓計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)滲水壓力。觀測(cè)結(jié)果和水壓力過(guò)程曲線表明，降雨和1號(hào)壓力管道充放水對(duì)1號(hào)、2號(hào)閘門井井座底板滲壓計(jì)測(cè)值影響明顯。其中安裝于1號(hào)閘門井底板的滲壓計(jì)（P1、P2）受降雨的影響比較明顯，在2006年8月和2007年7月大雨過(guò)后測(cè)值產(chǎn)生突變，最大值為31.08 kPa（P2，2007年7月20日），此后測(cè)值逐漸減小。2007年12月22日，1號(hào)壓力管道充水后，安裝于1號(hào)閘門井底板的2支滲壓計(jì)（P1和P2）測(cè)值與充水前相比明顯增大，壓力值分別增加到48.62 kPa和58.98 kPa（庫(kù)水位為781 m），此后隨庫(kù)水位上升和壓力管道運(yùn)行逐漸增大。2008年2月19日，1號(hào)壓力管道放空，測(cè)值逐漸回落至20 kPa。2008年4月26日，1號(hào)壓力管道二次充水，水壓力逐漸增大，當(dāng)庫(kù)水位上升到810.2 m時(shí)，壓力值達(dá)到111 kPa。隨著水庫(kù)的運(yùn)行，壓力值隨庫(kù)水位升降和季節(jié)變化而上下波動(dòng)。分析認(rèn)為，上水庫(kù)1號(hào)進(jìn)出水口閘門井后漸變段與壓力管道上平段鋼襯之間可能產(chǎn)生內(nèi)水外滲，壓力過(guò)程線見(jiàn)圖4。

（4）2008年8月份起，安裝于進(jìn)出水口前沉砂池底板滲壓計(jì)的測(cè)值開(kāi)始增加，2008年9月28日庫(kù)水位達(dá)到810.2 m時(shí)，壓力達(dá)到最大值290 kPa，此后隨庫(kù)水位升降而上下波動(dòng)。進(jìn)出水口周邊廊道巡視檢查發(fā)現(xiàn)，P4-11、P4-12附近的廊道排水溝底板有壓力水射出。據(jù)施工方反映，此位置混凝土屬于冬季施工，施工縫沒(méi)有處理妥當(dāng)。分析認(rèn)為壓力水主要是由于前池結(jié)構(gòu)縫存在滲漏，隨庫(kù)水位升高，水壓力增大，從而洞穿沒(méi)有處理好的施工縫。目前壓力值隨庫(kù)水位和季節(jié)變化呈周期性變化，滲壓計(jì)水壓力過(guò)程線見(jiàn)圖5。

3.2 滲流量觀測(cè)資料分析

張河灣抽水蓄能電站上水庫(kù)從2007年8月28日開(kāi)始蓄水，2008年9月28日蓄至正常蓄水位810.2 m，隨著庫(kù)水位的上升，滲漏量逐漸增大。2008年9月28日上水庫(kù)水位蓄至810.2 m時(shí)，滲流量達(dá)到蓄水以來(lái)的最大值5.64 L/s，且受庫(kù)水位升降影響明顯。進(jìn)入2008年11月份，受氣溫降低的影響，滲漏量呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，最大值達(dá)到10.45 L/s左右（2009年2月13日，庫(kù)水位為805.7 m）。從現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)與巡視看，滲漏主要產(chǎn)生于進(jìn)出水口周邊廊道和外排廊道。進(jìn)出水口周邊廊道排水溝底板局部有壓力水射出，這與進(jìn)出水口前池滲壓計(jì)P4-12測(cè)值在蓄水后測(cè)值增大相符?，F(xiàn)場(chǎng)巡視和觀測(cè)結(jié)果表明，目前防滲面板沒(méi)有滲漏的跡象。滲漏量主要受季節(jié)溫度變化影響上下波動(dòng)，且波動(dòng)幅度相對(duì)穩(wěn)定。隨著庫(kù)盆的運(yùn)行，受進(jìn)出水口前沉砂池淤積的影響，目前滲流量有減小的趨勢(shì)，尤其受2016年7.19大洪水影響明顯，這與同類工程滲流量變化規(guī)律相同。由于抽水蓄能電站庫(kù)水位變化頻繁，在觀測(cè)過(guò)程中可能存在滯后，但從觀測(cè)結(jié)果看，滲流變化量與庫(kù)水位變化密切相關(guān)。從滲流量過(guò)程線可以看出，滲漏主要發(fā)生在進(jìn)出水口前池和外排廊道，其他防滲面板區(qū)域未發(fā)生滲漏。滲流量變化過(guò)程線和各年份最大滲漏量柱狀圖見(jiàn)圖6和圖7。

圖4 進(jìn)出水口底板滲壓計(jì)壓力過(guò)程線Fig.4 Graph of seepage pressure at the bottom plate of inlet and outlet

圖5 進(jìn)出口前池滲壓計(jì)壓力過(guò)程線Fig.5 Graph of seepage pressure at the forebay of inlet and outlet

圖6 量水堰滲流量過(guò)程線Fig.6 Seepage measured by measurement weir

圖7 歷年最大滲漏量柱狀圖Fig.7 The maximum seepage of previous years

3.3 地下水位觀測(cè)

為觀測(cè)張河灣抽水蓄能電站上水庫(kù)大壩及庫(kù)盆周邊蓄水后地下水位變化情況，分析地下水位變化可能對(duì)上水庫(kù)水工建筑物產(chǎn)生的不利影響，在上水庫(kù)9個(gè)斷面設(shè)計(jì)安裝測(cè)壓管17根，測(cè)壓管水位過(guò)程線見(jiàn)圖8，圖中沒(méi)有體現(xiàn)的測(cè)壓管一直處于無(wú)水狀態(tài)。

從觀測(cè)結(jié)果可以看出，UP5-1受降雨影響最為明顯。該測(cè)壓管安裝埋設(shè)于D區(qū)混凝土副壩下游，該處地勢(shì)屬于凹形，測(cè)壓管是在該凹形地段回填后才進(jìn)行鉆孔安裝，因此在汛期地表水很容易通過(guò)回填碎碴滲入測(cè)壓管，導(dǎo)致UP5-1水位升高。雨季過(guò)后測(cè)壓管水位下降，與庫(kù)水位升降沒(méi)有明顯相關(guān)性。測(cè)壓管UP3-2、UP6-1和UPb-3分別安裝于C區(qū)擋墻下游、庫(kù)岸邊坡坡腳和基礎(chǔ)處理A區(qū)，觀測(cè)結(jié)果表明這3根測(cè)壓管水位變化受氣溫影響明顯，水位隨季節(jié)呈周期性變化。壩基和面板基礎(chǔ)滲壓計(jì)目前基本處于零壓狀態(tài)，庫(kù)盆滲漏主要集中于上水庫(kù)進(jìn)出水口周邊結(jié)構(gòu)縫，這與測(cè)壓管觀測(cè)結(jié)果相一致，表明上水庫(kù)蓄水及運(yùn)行對(duì)上水庫(kù)地下水位變

圖8 測(cè)壓管水位過(guò)程線Fig.8 Water level measured by piezometric tube

化影響較小。

4 結(jié)語(yǔ)

從張河灣抽水蓄能電站上水庫(kù)滲流觀測(cè)成果看，上水庫(kù)工程滲流狀況良好：（1）上水庫(kù)壩基孔隙水壓力很小，與庫(kù)水位沒(méi)有明顯相關(guān)性，壩基的安全性沒(méi)有受到滲漏的影響；（2）埋設(shè)于面板基礎(chǔ)的滲壓計(jì)水壓力很小，且與庫(kù)水位沒(méi)有明顯相關(guān)性，表明防滲面板排水層排水性能良好；（3）滲漏主要集中于上水庫(kù)進(jìn)出水口周邊結(jié)構(gòu)縫，滲漏量與庫(kù)水位相關(guān)密切，隨著工程的持續(xù)運(yùn)行、沉砂池的不斷淤積，滲漏量有減小的趨勢(shì)，與同類工程變化規(guī)律相同；（4）巡視檢查結(jié)果表明，目前上水庫(kù)防滲面板沒(méi)有滲漏跡象，面板工作正常；（5）上水庫(kù)大部分測(cè)壓管處于無(wú)水狀態(tài)，有4根測(cè)壓管水位受降雨和氣溫影響明顯，與庫(kù)水位變化沒(méi)有相關(guān)關(guān)系，上水庫(kù)蓄水對(duì)上水庫(kù)地下水位變化影響較小。

2017-05-16

張利軍（1973-），男，山西忻州人，高級(jí)工程師，主要從事安全監(jiān)測(cè)及項(xiàng)目管理工作。

作者郵箱：46955190@qq.com

Seepage monitoring of upper reservoir of Zhanghewan pumped storage power station

ZHANG Li-jun,LIU Zhan-hai,LIU Feng-cheng and HU Wu-xing

PowerChina Beijing Engineering Corpora?tion Limited

Seepage monitoring of asphalt concrete faced rockfill dam and the inlet/outlet of upper reser?voir is carried out.And the monitoring data is analyzed.Combined with dam operation and other monitor?ing data,the seepage of upper reservoir is evaluated.

Zhanghewan pumped storage power station;upper reservoir;seepage monitoring

TV698.1

B

1671-1092（2017）05-0035-04