淺談周寧抽水蓄能電站上水庫副壩壩址區(qū)防滲設(shè)計(jì)

張 健，陳冬冬，淦浩華

（1.華電福新周寧抽水蓄能有限公司，福建 寧德，352000；2.華東勘測(cè)設(shè)計(jì)院（福建）有限公司，福建 福州，350003）

1 工程概況

周寧抽水蓄能電站位于福建省寧德市，裝機(jī)容量1 200 MW，為一等大（1）型工程。電站樞紐主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、地面開關(guān)站及下水庫等建筑物組成。

周寧抽水蓄能電站上水庫副壩位于上水庫庫盆南岸。因上水庫為一近東西向狹長(zhǎng)的溝源谷地，除庫盆東側(cè)需修建大壩外，庫盆南岸地形上存在一低矮埡口，山脊最低高程低于正常蓄水位，需布置一副壩（碾壓混凝土重力壩，最大壩高37.5 m，壩頂長(zhǎng)度380.93 m）。該副壩壩址區(qū)地下水位及相對(duì)隔水層埋深較大，壩基滲漏及繞壩滲漏問題較突出，壩址區(qū)防滲設(shè)計(jì)尤為重要。

2 工程地質(zhì)條件

副壩兩岸山體較單薄。山頂高程732～740 m，埡口處中心地面高程713 m左右（水庫正常蓄水位高程716 m）。壩址內(nèi)側(cè)山坡發(fā)育多條切割較深的沖溝，庫外側(cè)山坡坡度較陡，一般為36°～40°，造成地形單薄，右壩肩正常蓄水位時(shí)山體的水平最薄厚度僅72 m（含水庫內(nèi)外側(cè)覆蓋層及全風(fēng)化層水平深度在內(nèi)）。

壩址區(qū)覆蓋層分布廣、厚度大，主要為含碎石黏土，下伏流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖，并伴有數(shù)條輝綠巖脈侵入。壩址區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，區(qū)域構(gòu)造F10-1斷層從壩基埡口穿過，通向庫外并繼續(xù)向副壩右壩頭壩后山體延伸，寬約2～6 m，斷層影響帶寬度約5～10 m，為Ⅱ級(jí)結(jié)構(gòu)面，斷層帶內(nèi)為碎裂巖。還發(fā)育有數(shù)條小斷層，斷層寬度一般在0.03～0.40 m，斷層帶內(nèi)多為碎裂巖、碎粉巖，斷層影響帶巖體破碎。

根據(jù)壩址區(qū)布置的勘探鉆孔資料，壩址區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水位及相對(duì)隔水層埋深較大，一般都低于水庫正常蓄水位。壩基開挖后，仍存在一定深度的弱透水性（1 Lu≤q＜10 Lu）巖層，壩基巖體以弱透水性為主，且厚度較大，一般厚22～48 m。左、右岸壩肩也分布一定寬度的弱透水性巖層，地下水位及相對(duì)隔水層埋深均較大，大都低于上水庫正常蓄水位，壩基滲漏及繞壩滲漏問題較突出。

3 防滲設(shè)計(jì)

壩址區(qū)滲漏是大壩建設(shè)過程中需重點(diǎn)關(guān)注的問題，按其發(fā)生的滲漏部位可分為壩基滲漏和繞壩滲漏兩種類型。壩基滲漏指通過壩基覆蓋層及透水巖體向下游發(fā)生滲漏。壩基滲漏主要發(fā)生在大壩壩基范圍內(nèi)，在壩基防滲設(shè)計(jì)中，其防滲范圍基本比較明確，一般為全壩段，其防滲深度的選取需根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件確定。繞壩滲漏指繞過兩岸壩肩向下游發(fā)生滲漏。繞壩滲漏發(fā)生在兩岸壩肩及以外部位，繞滲范圍與壩基防滲范圍不同，并無直觀數(shù)據(jù)可依，其防滲范圍要根據(jù)壩址區(qū)實(shí)際地形地質(zhì)條件而定。

周寧抽水蓄能電站上水庫布置見圖1，主壩右岸緊連上庫進(jìn)/出水口，隨后接上水庫副壩左岸，工程布置上呈折角連線。上水庫庫周地形封閉性整體較好，水庫蓄水后主要考慮主壩壩基、主壩～副壩庫岸（副壩左壩肩）、副壩壩基以及副壩右岸單薄山體段（副壩右壩肩）的滲漏問題。經(jīng)計(jì)算，若上水庫未進(jìn)行防滲處理，其日滲漏總量超過總庫容的10?，超出了DL/T 5208-2005《抽水蓄能電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則》建議的2?～5?的范圍，因此進(jìn)行副壩壩址區(qū)防滲處理是必要的，其防滲設(shè)計(jì)主要包括壩基防滲設(shè)計(jì)與壩肩防滲設(shè)計(jì)。

3.1 壩基防滲設(shè)計(jì)

壩基水位及相對(duì)隔水層埋深大，低于水庫正常蓄水位，壩基按要求開挖至建基面后，全壩基仍存在一定的弱透水層，存在壩基滲漏問題。大壩基礎(chǔ)進(jìn)行全線帷幕灌漿處理。

根據(jù)不同壩高對(duì)相對(duì)隔水層透水率（q）標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)防滲帷幕嵌入深度設(shè)計(jì)有不同要求：對(duì)混凝土重力壩，一般壩高小于50 m，可以q＜5 Lu為相對(duì)隔水層；對(duì)抽水蓄能電站，根據(jù)水庫條件，一般可將1 Lu或3 Lu 巖層作為相對(duì)隔水層。根據(jù)周寧抽水蓄能電站上水庫滲漏計(jì)算情況，副壩區(qū)帷幕灌漿深度按達(dá)到基礎(chǔ)相對(duì)隔水層（q≤1 Lu）以下5 m 設(shè)計(jì)，以截?cái)嗫赡艿臐B流通道為原則（見圖2）。

圖2 壩基防滲設(shè)計(jì)Fig.2 Design of foundation seepage control of the auxiliary dam

3.2 左壩肩防滲設(shè)計(jì)

左壩肩緊接上水庫進(jìn)/出水口、上水庫主壩，左壩肩防滲處理范圍與主壩防滲設(shè)計(jì)連為一體，形成一道連續(xù)的防滲帷幕，有利于上水庫的整體防滲（見圖1）。

圖1 周寧抽水蓄能電站上水庫布置Fig.1 Upper reservoir dam of Zhouning pumped storage hydropower station

左壩肩防滲深度標(biāo)準(zhǔn)同壩基防滲標(biāo)準(zhǔn)，即按達(dá)到基礎(chǔ)相對(duì)隔水層（q≤1 Lu）以下5 m設(shè)計(jì)。

3.3 右壩肩防滲設(shè)計(jì)

右壩肩庫岸尤為單薄，該段正常蓄水位高于地下水位及相對(duì)隔水層，繞壩滲漏問題較突出。為了減少壩址繞壩滲流，降低兩岸孔隙水壓力，保證岸邊壩塊及山體的穩(wěn)定，灌漿帷幕需要沿軸線向兩端延伸一定距離，其延伸長(zhǎng)度根據(jù)地質(zhì)條件確定，考慮如下原則：（1）帷幕延伸至水庫正常高水位與相對(duì)隔水巖層標(biāo)準(zhǔn)范圍線在兩岸的相交處；（2）帷幕延伸至水庫正常高水位與水庫蓄水前兩岸的地下水位線相交處。

3.3.1 相對(duì)隔水層判定

右壩肩相對(duì)隔水層埋深較大，一般在高程700 m以下（見圖3），遠(yuǎn)低于正常蓄水位716 m。若按帷幕延伸至水庫正常蓄水位與相對(duì)隔水巖層標(biāo)準(zhǔn)范圍線在兩岸的相交處，則延伸長(zhǎng)度將很大。

圖3 右岸水文地質(zhì)條件示意剖面Fig.3 Schematic profile of hydro-geological condition at the right bank of auxiliary dam

3.3.2 水庫蓄水前的地下水位線判定

根據(jù)地質(zhì)勘探成果，右壩肩往山體方向很長(zhǎng)一段范圍內(nèi)，蓄水前的地下水位在正常蓄水位附近，且存在波動(dòng)情況（見圖3）。ZKS57～ZKS11 之間山體的地下水位存在不確定因素，具體影響因素有：

（1）ZKS57 孔地下水位714 m（低于正常蓄水位），ZKS11孔地下水位在728～730 m（高于正常蓄水位），考慮到2 個(gè)鉆孔間距約170 m，鉆孔之間的水位變化情況存在一定變數(shù)。

（2）副壩右岸山體較矮、較單薄，且沖溝發(fā)育，正常蓄水位高程時(shí)，山體的水平最薄厚度僅72 m?？紤]到山體巖體風(fēng)化較深，覆蓋層及全風(fēng)化的水平向深度一般達(dá)10 m以上，庫外邊坡側(cè)陡，單薄山體的地下水位具有陡降特性，因此ZKS57～ZKS11 之間山體的地下水位具有陡降的可能。

（3）鉆孔ZKS11 巖芯顯示巖體完整性差（見圖4），巖芯破碎，RQD一般小于50，大部分為11～32，甚至小于10。巖體完整性差會(huì)進(jìn)一步影響地下水位，使ZKS57～ZKS11 之間山體的地下水位具有不確定性。

圖4 右岸鉆孔巖芯照片F(xiàn)ig.4 Pictures of the drilling cores from the right bank of auxil?iary dam

（4）ZKS11孔為長(zhǎng)觀孔，近年來地下水位比較穩(wěn)定。自長(zhǎng)期觀測(cè)以來，地下水位基本在728～730 m，一直高于正常蓄水位。

（5）工程開挖后，山體地下水位將進(jìn)一步下降，下降幅度不大，但右岸山體將可能有更多部位的地下水位低于正常蓄水位。

綜上所述，采用上水庫蓄水前的地下水位線進(jìn)行判定，因ZKS57～ZKS11 之間山體地下水位具有不確定因素，但ZKS11孔為長(zhǎng)觀孔，水位穩(wěn)定，且最低水位高于正常蓄水位，最終帷幕長(zhǎng)度延伸至ZKS11孔附近（見圖5）。

圖5 右岸防滲設(shè)計(jì)Fig.5 Design of seepage control of the right bank of auxiliary dam

4 結(jié)語

水利工程建設(shè)過程中，水庫防滲效果不僅直接關(guān)系到水利工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，還影響著大壩的安全穩(wěn)定運(yùn)行。以周寧抽水蓄能電站上水庫副壩為例，通過工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件分析，對(duì)壩址區(qū)防滲設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，為該工程的防滲設(shè)計(jì)提供了參考，也是對(duì)防滲設(shè)計(jì)原則的合理應(yīng)用，值得推廣實(shí)踐。