半挖半填地質(zhì)條件下水庫庫底防滲方案比選

崔博濤，馬曉霞，王排排，馬蕊

（新疆阜康抽水蓄能有限公司，新疆 烏魯木齊 830011）

抽水蓄能電站是利用電力負(fù)荷低谷時(shí)的剩余電能將水抽至上水庫，在電力負(fù)荷高峰期再下放至下水庫發(fā)電的水工建筑物。抽水蓄能電站多為循環(huán)用水，故對(duì)滲漏量的控制較為嚴(yán)格，尤其是上水庫一般無補(bǔ)水條件，選擇合理的庫盆防滲尤為重要。蒲石河抽水蓄能電站上水庫的裂隙巖體采用土工膜防滲方案；張河灣抽水蓄能電站上水庫基礎(chǔ)巖層中普遍分布軟弱夾層，采用瀝青混凝土面板防滲，防滲效果良好；瑯琊山抽水蓄能電站上水庫處于巖溶區(qū)，采用了帷幕灌漿的方法進(jìn)行防滲；西龍池抽水蓄能電站上水庫庫盆全風(fēng)化巖層環(huán)庫出露，風(fēng)化程度強(qiáng)烈，采用全庫盆瀝青混凝土面板防滲。

抽水蓄能電站的防滲設(shè)計(jì)應(yīng)考慮多方面因素，首先，要適應(yīng)工程區(qū)的地質(zhì)條件，同時(shí)，要考慮項(xiàng)目建設(shè)單位的投資控制，更要考慮電站建成投產(chǎn)后的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文結(jié)合阜康抽水蓄能電站上水庫建設(shè)條件，從工程質(zhì)量、防滲效果、施工難易及工程投資等不同角度對(duì)上水庫庫底處理方式進(jìn)行了比較選擇，提出了合理庫底防滲處理方案。

1 上水庫工程概況

新疆阜康抽水蓄能電站位于新疆昌吉回族自治州阜康市境內(nèi)，電站裝機(jī)容量1200MW，為一等大（1）型工程。電站上水庫利用天然溝谷地形開挖，并在溝口筑壩形成，設(shè)主壩一座，壩高133m，壩頂高程2275m，正常蓄水位1775m，相應(yīng)庫容707×104m3。

上水庫庫區(qū)為兩溝夾一狹窄山梁地形，利用兩條沖溝，挖除中間山梁，庫區(qū)三面環(huán)山，庫盆整體封閉條件較好。上水庫巖層緩傾下（20°～30°），橫向谷，層面較發(fā)育，為庫水向兩岸及下游的滲漏創(chuàng)造了有利條件。同時(shí)，庫區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，多橫切岸坡，存在庫水沿?cái)嗔褞驇焱猱a(chǎn)生較大滲漏的可能。綜合分析，上水庫存在向庫盆東、西、北三個(gè)方向不同程度的滲漏問題。

2 庫底防滲方案擬定

鑒于本工程庫底防滲面積14.29萬m2，防滲面積較大，占庫盆總防滲面積的52.2%，庫底為半挖半填，填方厚度較大，庫底回填料近壩處最大厚度約40m，可能產(chǎn)生不均勻沉降，其防滲效果的優(yōu)劣、施工難易、投資的多少對(duì)整體庫盆防滲方案影響顯著。為了不使上水庫布置方案及占地范圍方案發(fā)生較大變化，本階段在前期確定的水庫特征水位基礎(chǔ)上，保持庫盆挖填平衡為基本原則，以前期確定的庫周采用混凝土面板防滲，針對(duì)庫底防滲結(jié)構(gòu)，擬定了三種防滲方案，開展進(jìn)一步比選工作。

（1）方案1：“鋼筋混凝土面板護(hù)底”防滲方案；

（2）方案2：“土工膜護(hù)底”防滲方案；

（3）方案3：“瀝青混凝土面板護(hù)底”防滲方案。

3 庫底防滲方案綜合比選

3.1 工程應(yīng)用性

從工程應(yīng)用角度分析，混凝土面板防滲應(yīng)用最廣泛，設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行、檢修經(jīng)驗(yàn)最豐富。瀝青混凝土面板防滲近年來應(yīng)用較多，有一定的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)。土工膜防滲目前應(yīng)用較少，尤其是在嚴(yán)寒地區(qū)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較為欠缺。

3.2 材料耐久性

從材料耐久性分析，三種材料從性能上均可滿足阜康抽蓄電站上水庫防滲要求，其中，鋼筋混凝土、瀝青混凝土均有在寒冷地區(qū)已建工程的經(jīng)驗(yàn)，且運(yùn)行良好，土工膜在國(guó)內(nèi)僅在氣候溫和的南方地區(qū)江蘇溧陽，和氣候較冷的北方山東泰安地區(qū)有應(yīng)用，在更加寒冷的地區(qū)還沒有應(yīng)用的實(shí)例。因此，三者材料耐久性均可滿足工程要求，但混凝土與瀝青混凝土在寒冷地區(qū)積攢的經(jīng)驗(yàn)較土工膜更為豐富。

3.3 適應(yīng)基礎(chǔ)變形條件

鋼筋混凝土面板為剛性薄板結(jié)構(gòu)，在均一基礎(chǔ)條件下效果較好，但適應(yīng)地基變形能力較差，對(duì)基礎(chǔ)要求高。土工膜是典型的柔性結(jié)構(gòu)，具有很好的彈性和適應(yīng)變形的能力，其適應(yīng)庫底深厚碾壓回填區(qū)不均勻沉降能力非常強(qiáng)，對(duì)基礎(chǔ)要求、庫底回填料料源及填筑碾壓標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于鋼筋混凝土面板和瀝青混凝土面板均較低。瀝青混凝土面板屬柔性防滲結(jié)構(gòu)，面板變形模量小，不需要設(shè)置接縫，適應(yīng)基礎(chǔ)不均勻沉陷變形能力相對(duì)較強(qiáng)（介于鋼筋混凝土面板和土工膜之間），不易產(chǎn)生裂縫。從適應(yīng)基礎(chǔ)變形角度，土工膜與瀝青混凝土均為柔性結(jié)構(gòu)，但因阜康氣候嚴(yán)寒，采用改性瀝青，瀝青混凝土柔性受到一定的抑制，因此，土工膜結(jié)構(gòu)最適應(yīng)基礎(chǔ)的不均勻變形，瀝青混凝土面板次之，鋼筋混凝土面板最差。

3.4 防滲效果

鋼筋混凝土面板綜合滲透系數(shù)1×10-7cm/s，防滲性能好。根據(jù)規(guī)范DL/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算，庫底混凝土面板滲漏量為1131m3/d（13.1L/s），綜合日滲漏量約占總庫容的0.29‰。土工膜（HDPE）滲透系數(shù)小于5×10-11cm/s，一般可達(dá)5×10-12cm/s，土工膜正常滲漏量和缺陷滲漏量經(jīng)估算總量為804m3/d（9.3L/s），庫盆綜合日滲漏量約占總庫容的0.25‰。瀝青混凝土面板綜合滲透系數(shù)1×10-8cm/s，根據(jù)規(guī)范DL/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》估算，瀝青混凝土面板護(hù)底滲漏量約為453m3/d（5.2L/s），綜合日滲漏量約占總庫容的0.20‰。從防滲性能分析，三種方案庫盆總滲漏量均滿足規(guī)范要求的允許范圍（0.2‰～0.5‰），其庫坡及壩體均采用混凝土面板防滲，防滲性能相當(dāng)，僅在庫底有所區(qū)別，采用瀝青混凝土面板護(hù)底防滲效果最佳，土工膜護(hù)底次之，混凝土面板防滲效果最差。

3.5 工程投資

經(jīng)計(jì)算，鋼筋混凝土面板護(hù)底方案工程投資17796萬元，土工膜護(hù)底方案工程投資10483.3萬元，瀝青混凝土面板護(hù)底方案工程投資15245萬元，從工程投資分析，土工膜護(hù)底方案工程投資最少，瀝青混凝土面板護(hù)底方案次之，鋼筋混凝土面板防滲方案最高。

3.6 比選結(jié)論

通過庫底防滲處理方案比選可知，方案1和方案3在寒冷地區(qū)工程應(yīng)用性和材料耐久性經(jīng)驗(yàn)豐富，從適應(yīng)基礎(chǔ)變形方面看，方案2最適應(yīng)基礎(chǔ)的不均勻變形，方案3次之，方案1最差。滲漏計(jì)算表明，方案3最優(yōu)。從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)看，方案2最優(yōu)，方案3次之。

方案2和方案3相比，方案3適應(yīng)基礎(chǔ)變形能力適中，可滿足運(yùn)用條件，防滲質(zhì)量及防滲效果好，后期管理維護(hù)方便。土工膜自身接縫較多、焊接質(zhì)量不易保證，且質(zhì)量檢查與維修不便，維修周期較長(zhǎng)，后期運(yùn)行管理維護(hù)難度大，管理費(fèi)用較高等不利因素，同時(shí)，在嚴(yán)寒地區(qū)，大型工程應(yīng)用實(shí)例較少。從經(jīng)濟(jì)比較，兩方案相差4761.7萬元，方案2較省，但從整個(gè)防滲系統(tǒng)投資來看，庫底防滲占比不大，因此，在其他條件允許的情況下，采用方案3，有利于提高防滲效果和耐久性。

綜合上述特點(diǎn)和不利因素，考慮到抽水蓄能電站上水庫水資源寶貴，從側(cè)重于保障施工質(zhì)量、防滲效果和檢修維護(hù)管理方便方面考慮，推薦采用“瀝青混凝土面板護(hù)底”防滲方案。

4 結(jié)語

（1）考慮到新疆阜康抽水蓄能電站上水庫水資源寶貴，從側(cè)重于保障施工質(zhì)量、防滲效果和檢修維護(hù)管理方便方面考慮，阜康抽水蓄能電站上水庫推薦采用“庫周混凝土面板+瀝青混凝土面板護(hù)底”防滲方案。

（2）庫底為半挖半填，填方厚度較大，庫底回填料近壩處最大厚度約40m，要加強(qiáng)庫底挖填分界線基礎(chǔ)處理及瀝青混凝土面板施工質(zhì)量，避免產(chǎn)生不均勻沉降。