某抽水蓄能電站上庫滲漏量突增原因分析及處理措施

(1.國網(wǎng)新源控股有限公司 技術(shù)中心，北京 100161； 2.山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000)

由于水位變幅頻繁，抽水蓄能電站對(duì)大壩和防滲體系的要求較高[1]。土石壩滲漏問題最為普遍，根據(jù)我國潰壩事故統(tǒng)計(jì)資料，在中小型土石壩失事的案例中，有29.1%是滲漏原因?qū)е聺?。為了電站長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須及時(shí)對(duì)其健康狀況進(jìn)行診斷和評(píng)估，提供有效的防護(hù)和修補(bǔ)措施。針對(duì)某抽水蓄能電站上庫滲漏量突然增大現(xiàn)象，采取理論研究與現(xiàn)場(chǎng)檢查等方式對(duì)滲漏原因及部位進(jìn)行了分析，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)加固。

1 工程概況

某抽水蓄能電站由上庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)和下庫等建筑物組成。上庫正常蓄水位410.00 m，相應(yīng)庫容1 096.93萬m3；下庫正常蓄水位165.00 m，相應(yīng)庫容2 234.72萬m3，為不完全年調(diào)節(jié)水庫。地下廠房布置4臺(tái)單機(jī)容量為250 MW的單級(jí)混流可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1 000 MW。

上庫由混凝土面板堆石壩、進(jìn)/出水口、庫盆及其防滲設(shè)施等組成，正常蓄水位410.00 m，設(shè)計(jì)洪水位411.08 m(P=0.5%)，校核洪水位411.46 m(P=0.1%)，死水位386.00 m，水庫工作深度24 m。總庫容1 168.1萬m3，發(fā)電有效庫容895.11萬m3。擋水壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程413.80 m，壩頂長(zhǎng)540.46 m，最大壩高99.80 m，壩頂寬10.00 m。庫岸基巖邊坡開挖坡比為1 ∶0.7，防滲面板坡比為1 ∶1.5。庫盆防滲采用鋼筋混凝土面板與庫底高密度聚乙烯土工膜及垂直防滲帷幕相結(jié)合的綜合防滲方案。

電站上庫2017年1月1～30日壩后滲漏量緩慢增大，1月30日壩后滲漏量達(dá)到23.81 L/s，1月31日14：00滲漏量突然增大至27.62 L/s，2月1日7：00增大到30.71 L/s，2月2日壩后滲漏量增到34.75 L/s，2月3日7：00壩后滲漏量35.52 L/s?？刂扑贿\(yùn)行后至2月22日壩后滲漏量最大值達(dá)到36.30 L/s。

右岸滲漏量由1月1日1.04 L/s至1月30日緩慢增大至1.88 L/s，1月31日14：00突然增大至4.54 L/s，2月1日7：00達(dá)5.88 L/s，8：00達(dá)6.28 L/s，至2月2日右岸滲漏量增大到7.28 L/s，控制水位運(yùn)行后至2月22日右岸滲漏量最大值為7.43 L/s。在對(duì)右岸廊道觀測(cè)孔進(jìn)行巡視時(shí)，發(fā)現(xiàn)觀測(cè)水孔有輕微顆粒物帶出。

進(jìn)/出水口兩側(cè)滲壓計(jì)Pa5、Pa6，進(jìn)/出水口擴(kuò)散段底板滲壓計(jì)Pj2、Pj3、Pj4測(cè)值大幅度增大。

2 滲漏原因分析

為了查明滲漏部位和滲漏原因，對(duì)上庫進(jìn)水口面板、右岸面板等部位進(jìn)行了水下檢查[2-3]。檢查發(fā)現(xiàn)，上庫進(jìn)/出水口平臺(tái)頂部水平縫、上部面板結(jié)構(gòu)縫及右岸面板結(jié)構(gòu)縫等都存在不同程度的破壞，滲漏現(xiàn)象明顯。

上庫進(jìn)/出水口平臺(tái)頂部水平縫是此次發(fā)現(xiàn)的主要滲漏點(diǎn)。進(jìn)/出水口上部1～6號(hào)面板水平縫都存在不同程度的破壞，水平縫附近均出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，錯(cuò)臺(tái)高度最大達(dá)3 cm，存在明顯滲漏。4號(hào)結(jié)構(gòu)縫和水平縫交接處止水蓋片嚴(yán)重破損，混凝土發(fā)生擠壓破壞，4號(hào)面板高于3號(hào)和5號(hào)面板，最大起翹高度為20 cm，存在大量滲漏。進(jìn)/出水口右側(cè)9～10號(hào)面板之間發(fā)現(xiàn)橫向貫穿錯(cuò)臺(tái)，錯(cuò)臺(tái)最大高度為10 cm，混凝土破壞嚴(yán)重，10～11號(hào)結(jié)構(gòu)縫止水蓋片也存在破壞現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)縫附近發(fā)現(xiàn)裂縫。

將上庫水位排放至382.00 m，放空庫盆進(jìn)行檢查，對(duì)庫盆混凝土面板及土工膜缺陷進(jìn)行檢查及修復(fù)。上庫右岸面板滲漏位置主要集中在右岸面板0～2號(hào)結(jié)構(gòu)縫與水平縫交接處、右岸面板0～2號(hào)和0～1號(hào)結(jié)構(gòu)縫之間的底部斜向結(jié)構(gòu)縫上，混凝土錯(cuò)臺(tái)存在破壞現(xiàn)象，均沿著結(jié)構(gòu)縫滲漏。上庫右岸面板滲漏檢查結(jié)果如圖1所示。

通過檢查面板發(fā)現(xiàn)，進(jìn)/出水口392.00 m高程以下1～5號(hào)面板存在著大量的裂縫，面板呈破碎狀，進(jìn)/出水口左右側(cè)面板也存在不同程度的裂縫缺陷，缺陷面板垂直縫及水平縫止水破壞嚴(yán)重，止水內(nèi)的填充物流失明顯，如圖2～4所示。

上庫一旦出現(xiàn)滲水，可通過排水盲管排入庫底堆石體，在壩后量水堰能監(jiān)測(cè)到。目前壩后量水堰滲漏量增加13 L/s左右。此外，滲水還有可能向右岸面板下的墊層料內(nèi)、右岸排水廊道內(nèi)滲漏。據(jù)觀測(cè)，右岸排水監(jiān)測(cè)廊道內(nèi)的滲漏量由原來的1.04 L/s增大至7.43 L/s，滲水匯入壩后量水堰。因此，壩后量水堰增加的滲漏量一半來自于右岸排水廊道匯水。

圖1 某抽水蓄能電站上庫進(jìn)/出水口及右岸面板主要滲漏位置示意

圖2 進(jìn)出水口上部面板缺陷狀況

圖3 3～4號(hào)面板水平縫缺陷狀況

圖4 1～5號(hào)面板水平縫變形及填充物流失狀況

當(dāng)水位放至382.00 m時(shí)，右岸排水廊道滲漏量為0.54 L/s，壩后量水堰滲漏量為14.34 L/s，而當(dāng)回充水時(shí)，滲漏量呈明顯增大的趨勢(shì)，表明上庫滲漏缺陷主要集中于進(jìn)/出水口上部面板區(qū)域。

滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)庫水位為397.50 m時(shí)，Pj2～Pj4、Pa5、Pa6滲壓計(jì)的水位高程分別為383.56，393.12，389.42，381.25，387.44 m，滲壓計(jì)測(cè)值與水位的相關(guān)性明顯。進(jìn)/出水口底板Pj3壓力計(jì)測(cè)值最大，基本上接近于水頭壓力的大小，遠(yuǎn)大于進(jìn)/出水口左右兩側(cè)的滲壓計(jì)壓力，說明進(jìn)/出水口底板存在局部破壞的可能。

根據(jù)進(jìn)/出水口兩側(cè)滲壓計(jì)壓力與庫水位壓力結(jié)果分析，隨著庫水位的下降和上升，滲壓計(jì)的壓力始終小于庫水位的壓力，表明進(jìn)/出水口兩側(cè)面板存在反向滲壓的可能性比較小，但是不排除進(jìn)/出水口上部中間面板存在反向壓力的可能。放水檢查結(jié)果表明，在放水過程中1～4號(hào)面板水平縫部位都存在一定程度的破壞，內(nèi)水外涌。進(jìn)/出水口在庫水位下降過程中水平向排水盲管難于及時(shí)排掉滲漏水，造成面板底部?jī)?nèi)側(cè)水位下降緩于庫水位，形成反向水壓，造成面板頂托破壞。

通過以上分析得出，較大滲漏量均出現(xiàn)在上庫進(jìn)/出水口附近部位面板，而大壩及右?guī)彀睹姘逦窗l(fā)現(xiàn)明顯破壞現(xiàn)象。初步分析原因如下。

由于進(jìn)洞施工要求，進(jìn)/出水口邊坡開挖至1 ∶0.7坡比，而面板結(jié)構(gòu)坡比為1 ∶1.5，面板下部形成較大的三角區(qū)域，此區(qū)域采用過渡料、墊層料填筑。由于空間狹小，施工較困難，局部夯實(shí)不密實(shí)，運(yùn)行期產(chǎn)生不均勻沉降，面板結(jié)構(gòu)縫及水平縫止水脫開。開始時(shí)，面板裂縫出現(xiàn)的少量漏水會(huì)將墊層料細(xì)粒帶走，形成較大的脫空范圍，進(jìn)而面板不均勻沉降加大，造成面板錯(cuò)臺(tái)，形成大量滲漏。

根據(jù)放水至382.00 m高程面板混凝土的破壞情況分析，面板下部存在長(zhǎng)期反向水壓的可能。面板由于不均勻沉降產(chǎn)生局部破壞后，庫水滲入進(jìn)/出水口上部面板下三角填筑區(qū)域，雖然填筑區(qū)域內(nèi)設(shè)置了5根縱向排水盲管，通過2根橫向排水盲管匯入進(jìn)/出水口側(cè)墻的盲管內(nèi)，沿進(jìn)/出水口底板盲溝排入庫內(nèi)，但是不排除排水盲管堵塞的可能。當(dāng)庫水位上升時(shí)，面板受壓，庫水滲漏至面板底部堆石料內(nèi)；當(dāng)庫水位下降時(shí)，面板后排水不暢，對(duì)面板產(chǎn)生反推力，面板下部的水從缺陷部位滲出，同時(shí)伴隨著填筑料的帶出。加上2016年度該抽水蓄能電站長(zhǎng)期高強(qiáng)度運(yùn)行，面板正反向反復(fù)受力，填筑料頻繁掏蝕，使面板產(chǎn)生破碎性破壞。

由以上分析得出，上庫大壩面板、進(jìn)水口部位的面板及防滲系統(tǒng)整體是安全的，但如任其發(fā)展，可能會(huì)給大壩的安全運(yùn)行帶來隱患，并對(duì)電站的運(yùn)行效益產(chǎn)生較大影響，因此需盡快對(duì)上庫滲水點(diǎn)進(jìn)行處理。

3 處理方案

上庫水下及放水檢查出的缺陷主要集中在進(jìn)出水口面板及結(jié)構(gòu)縫破壞，進(jìn)出水口頂部平臺(tái)面板破壞尤為嚴(yán)重。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，土工膜破壞的可能性較小。放水檢查發(fā)現(xiàn)，進(jìn)/出水口上部5塊面板392.00 m處都存在嚴(yán)重的破碎現(xiàn)象，需鑿除重新澆筑處理，進(jìn)/出水口左右兩側(cè)面板也存在大量的裂縫，需按裂縫的寬度及貫穿性進(jìn)行針對(duì)性的處理；水下檢查發(fā)現(xiàn)，進(jìn)出水口兩側(cè)面板372.40 m高程周邊縫附近也存在不同程度的缺陷，需要修復(fù)處理。考慮工期、汛期及電網(wǎng)安全等因素，采取庫盆放水至381.00 m高程，對(duì)該高程以上混凝土面板及其下方墊層、部分過渡層缺陷進(jìn)行干地施工修復(fù)。

3.1 混凝土面板缺陷檢查

在水庫放水過程中，對(duì)381.00 m高程以上整個(gè)庫盆混凝土面板進(jìn)行缺陷普查。面板應(yīng)力集中及結(jié)構(gòu)縫部位易出現(xiàn)缺陷現(xiàn)象，需重點(diǎn)關(guān)注，尤其需對(duì)進(jìn)/出水口附近混凝土面板缺陷進(jìn)行詳細(xì)檢查。采用探地雷達(dá)對(duì)混凝土面板掏空程度進(jìn)行檢查，對(duì)表面裂縫和止水結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面普查。

3.2 混凝土面板缺陷處理

根據(jù)目前對(duì)缺陷的檢查情況，進(jìn)出水口上部1～5號(hào)面板392.00 m高程以下破壞嚴(yán)重，呈破碎狀。此次混凝土面板處理原則及總體方案為：①面板下部增加排水設(shè)施，便于下滲水及時(shí)排出；②修復(fù)面板缺陷，保證缺陷部位不再滲漏；③面板上部涂刷聚脲封閉，利用聚脲與混凝土的高度適應(yīng)性，對(duì)面板混凝土進(jìn)行保護(hù)；④對(duì)上庫進(jìn)/出水口高程382.50 m平臺(tái)存在的較多裂縫采用固結(jié)灌漿和表面缺陷修復(fù)的方式進(jìn)行處理。

3.2.1 面板下部增加排水設(shè)施

考慮到進(jìn)/出水口上部面板排水盲管存在排水不暢問題，在面板下部橫向增設(shè)4根PE排水花管，花管外包土工布。為進(jìn)一步增強(qiáng)面板下部排水能力及降低邊坡內(nèi)水頭壓力，在右岸排水廊道最端部朝進(jìn)/出水口方向及面板方向打排水孔，增設(shè)不少于8個(gè)Φ90 mm排水孔，長(zhǎng)度約30 m；同時(shí)從進(jìn)/出水口1號(hào)面板下部側(cè)向打2個(gè)Φ110 mm排水孔至右岸排水廊道。

3.2.2 面板缺陷修復(fù)

放水檢查結(jié)果表明：面板缺陷有裂縫、結(jié)構(gòu)縫止水破壞、面板局部破損、面板底部填筑料掏空、面板嚴(yán)重破碎及錯(cuò)臺(tái)、進(jìn)/出水口上部結(jié)構(gòu)縫裂縫等。對(duì)382.50～392.00 m高程1～5號(hào)面板進(jìn)行鑿除再澆筑混凝土處理。面板鑿除以后，根據(jù)墊層料的沖蝕情況，確定墊層料的開挖深度和范圍，若發(fā)現(xiàn)過渡料有被沖蝕的跡象，將過渡料表層1.0 m挖除，再按原設(shè)計(jì)級(jí)配要求進(jìn)行回填。新澆的1，3，5號(hào)面板中部水平縫后增設(shè)滲壓計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，滲壓計(jì)電纜穿鍍鋅鋼管埋入墊層料內(nèi)，從混凝土面板側(cè)邊銅止水上部穿出，埋入垂直縫中，就近牽引至相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)站內(nèi)。

3.2.3 面板表層封閉處理

為增加混凝土表面抗?jié)B性能，確保工程的長(zhǎng)期安全運(yùn)行，對(duì)面板缺陷部位及新澆筑的面板混凝土表面涂刷4 mm厚聚脲進(jìn)行封閉，涂刷范圍超出混凝土修補(bǔ)邊緣1.0 m，需要跨結(jié)構(gòu)縫，可選擇覆蓋原(新)止水結(jié)構(gòu)跨縫涂刷。

3.2.4 進(jìn)/出水口高程382.5 m平臺(tái)處理

上庫進(jìn)/出水口高程382.5 m平臺(tái)存在較多的裂縫處理痕跡，且工程開挖期間揭露的兩個(gè)進(jìn)/出水口之間的巖臺(tái)部位巖體較為破碎，存在形成滲漏通道的風(fēng)險(xiǎn)。為防止該部位出現(xiàn)滲漏情況，采用固結(jié)灌漿和表面缺陷修復(fù)的組合處理方式。

3.3 混凝土面板缺陷處理方案

3.3.1 混凝土裂縫處理方案

(1)對(duì)Ⅰ類裂縫采用裂縫表面遮蓋封閉處理措施，可涂刷聚脲涂料對(duì)裂縫表面進(jìn)行封閉。

(2)對(duì)Ⅱ類裂縫采用縫內(nèi)灌注低粘度改性環(huán)氧化學(xué)材料填充補(bǔ)強(qiáng)混凝土裂縫，裂縫表面涂刷聚脲涂料封閉。

(3)對(duì)Ⅲ類裂縫采用縫內(nèi)灌注無溶劑環(huán)氧化學(xué)灌漿材料(寬縫選用)或低粘度改性環(huán)氧化學(xué)材料填充封堵混凝土裂縫，裂縫表面涂刷聚脲涂料封閉。

3.3.2 表層止水破壞處理方案

對(duì)因面板擠壓、張拉裂開破壞的表層止水及原水下修復(fù)直接覆蓋的止水，均將原表層止水進(jìn)行清除，并重新修復(fù)止水。處理程序：基面處理→嵌填SR止水材料→粘貼SR柔性蓋片。

如遇結(jié)構(gòu)縫混凝土較大范圍破損，影響蓋片等表面結(jié)構(gòu)固定密封，則以氯丁砂漿先行修補(bǔ)，恢復(fù)原結(jié)構(gòu)縫溝槽形狀，隨后再恢復(fù)結(jié)構(gòu)縫表面止水結(jié)構(gòu)(見圖5)。

圖5 結(jié)構(gòu)縫混凝土較大破損處理示意

3.3.3 面板局部破損處理方案

混凝土面板受擠壓破壞或局部受損，需對(duì)破壞混凝土進(jìn)行修補(bǔ)。處理程序：鑿除破碎面板→回填混凝土→表層涂刮聚脲→止水修復(fù)。

3.3.4 面板墊層掏空處理方案

通過探地雷達(dá)對(duì)面板進(jìn)行掏空檢查，面板下層存在掏空時(shí)，采用回填及灌漿進(jìn)行處理?；靥?、灌漿處理程序：鉆孔埋設(shè)灌漿嘴→無壓或低壓灌注充填中粗砂→無壓或低壓灌注水泥漿。

3.3.5 面板嚴(yán)重破碎、錯(cuò)臺(tái)處理方案

面板嚴(yán)重破碎、錯(cuò)臺(tái)時(shí)，其底部墊層會(huì)伴有掏空現(xiàn)象，銅止水及表層止水也基本上受損。放水檢查時(shí)進(jìn)/出水口上部4號(hào)面板就存在嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，4號(hào)面板高于3號(hào)和5號(hào)面板，最大起翹高度為20 cm，結(jié)構(gòu)縫和水平縫交接處止水蓋片嚴(yán)重破損，混凝土發(fā)生擠壓破壞，滲漏嚴(yán)重；進(jìn)/出水口上部392.00 m高程以下1～5號(hào)面板嚴(yán)重破碎。因此對(duì)于破碎、錯(cuò)臺(tái)較嚴(yán)重的面板，需對(duì)面板進(jìn)行鑿除，回填填筑料，重新澆筑面板處理。處理程序：面板鑿除→填筑料回填→面板澆筑→表面涂刷聚脲涂層[4-6]。

3.3.6 進(jìn)/出水口高程382.5 m平臺(tái)處理方案

上庫進(jìn)/出水口高程382.5 m平臺(tái)存在較多的裂縫處理痕跡，且工程開挖期間揭露的兩個(gè)進(jìn)/出水口之間的巖臺(tái)部位巖體較為破碎，存在形成滲漏通道的風(fēng)險(xiǎn)。為防止該部位出現(xiàn)滲漏情況，采用固結(jié)灌漿和表面缺陷修復(fù)的組合處理方式。

3.3.7 表層修復(fù)處理方案

考慮到此次水庫放水機(jī)會(huì)難得，為提高工程長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性，對(duì)面板表層噴涂一道聚脲涂層進(jìn)行保護(hù)，以提高面板混凝土的耐久性能，特別是抗凍融性能。對(duì)混凝土基面進(jìn)行清理，如有孔洞、裂縫等缺陷應(yīng)按照之前提到的裂縫處理，沖洗晾干后，涂刷兩道環(huán)氧底漆，表干后，整體涂刷聚脲涂層，涂層厚度2 mm為宜。

3.4 處理效果

經(jīng)過上述處理后，9月1日至11月6日壩后滲漏量平均值為12.42 L/s，右岸滲漏量平均值為1.27 L/s。與治理前壩后滲漏平均值31.70 L/s和右岸滲漏平均值5.23 L/s相比分別減小60.8%和75.7%，治理效果明顯，達(dá)到了預(yù)期目的。

4 結(jié) 語

根據(jù)滲流量、滲壓計(jì)等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，以及通過采取水下檢查和水庫放空等措施，查明了水庫滲漏的原因，根據(jù)缺陷部位，分區(qū)域通過采取面板修復(fù)、對(duì)進(jìn)/出水口平臺(tái)灌漿等措施，上庫滲漏突增情況得到有效處理。

今后在電站運(yùn)行過程中，應(yīng)密切關(guān)注新布置的滲壓計(jì)滲壓水頭變化情況，重點(diǎn)關(guān)注3個(gè)新增排水孔的滲水變化情況以及進(jìn)出水口兩側(cè)及進(jìn)出水口內(nèi)部滲壓計(jì)的滲壓水頭變化情況，對(duì)于趨勢(shì)性變化應(yīng)及時(shí)跟蹤處理，避免再次因面板后反向水壓力造成面板破壞?？傊?，進(jìn)出水口部位結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行過程中難免會(huì)出現(xiàn)各種缺陷，造成滲漏量增大，應(yīng)定期對(duì)進(jìn)出水口部位進(jìn)行水下檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)處理，避免缺陷擴(kuò)大造成更大的隱患。