山西西龙池抽水蓄能电站下水库渗漏分析及缺陷处理

马 宇，肖维宝，李 军，赵 磊，孙志恒，方文时

（1.中国水利水电科学研究院 北京中水科海利工程技术有限公司，北京 100038；2.山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司， 山西 五台 035503）

山西西龙池抽水蓄能电站下水库渗漏分析及缺陷处理

马 宇1，肖维宝2，李 军2，赵 磊2，孙志恒1，方文时1

（1.中国水利水电科学研究院 北京中水科海利工程技术有限公司，北京 100038；2.山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司， 山西 五台 035503）

山西西龙池抽水蓄能电站下水库混凝土在运行中存在较严重的渗漏问题，是工程主要的安全隐患。本文对渗漏原因、渗漏对工程安全运行的影响等进行了分析，提出了810m水位以上面板缺陷处理方案及施工工艺，对面板存在主要渗漏部位进行了处理。经过蓄水检验，处理后下水库渗漏量有明显的减少，效果明显，其处理技术对类似工程具有良好的借鉴意义。

混凝土面板；渗漏；缺陷处理

1 工程概况

山西西龙池抽水蓄能电站位于山西省五台县神西乡西河村滹沱河畔，电站装机容量为1200MW（4×300 MW），采用可逆式水泵水轮机发电机组，年发电量为18.05亿kW·h。西龙池抽水蓄能电站由上水库、输水系统、地下厂房系统、下水库、地面开关站等建筑物组成，工程等级为Ⅰ等。下水库位于神西乡西河村，水库采用开挖、拦沟成库，由一座主坝、一座副坝及岩坡库岸围库而成。下水库正常蓄水位838 m，死水位798 m。下水库防渗采用混合衬砌方案，库岸岩坡为混凝土面板衬护，主坝及库底为沥青混凝土面板衬护［1-2］。

混凝土面板沿库岸轴线方向累计长约1 055.3 m，自右岸向左岸共分为12个区，见图1所示。YPQ1-YPQ3、YPQ5-YPQ8、YPQ10-YPQ11区的面板坡面坡比为1∶0.75，YPQ12区的面板坡面的坡度由1∶2过渡至1∶0.75，为扭面面板；YPQ4区的面板坡度为1∶1.2；YPQ9区的面板坡度为1∶0.8。YPQ3、YPQ4区的部分坡段面板坡度调整为1∶1.053，其余均为扭面。

混凝土面板采用厚度为40cm的等厚面板，只设垂直缝，不设水平缝。混凝土设计控制指标：强度C25，抗渗等级W8，抗冻等级F300［3］。

下水库混凝土面板经过运行后发现，部分裂缝在施工期进行化学灌浆处理造成混凝土胀裂破坏、混凝土面板表面防护层（聚氨酯涂层+玻璃丝布）存在普遍的老化脱落现象、面板存在裂缝、面板接缝部分表层止水渗漏［4］。为此运行管理单位联合中国水利水电科学研究院对混凝土面板渗漏问题进行了全面的检查和论证分析，制定了有效的缺陷处理方案，并对面板缺陷进行了修复处理，解决了长期遗留的工程安全隐患。

2 下水库渗漏分析

2.1水库渗漏量及渗漏部位分析为了对下水库渗流量进行监测和分析，2008年5月21日下水库蓄水到最低高程797.0 m，2008年10月20日蓄水至高程823.87 m，此后，蓄水位随4#机组调试运行，在高程823.87 m以下区域上下变动。2009年5月28日，下水库开始放空检查，至2009年6月5日完全放空。放空检查后，对面板的接缝止水进行了处理，2009年7月5日开始继续蓄水。2011年11月10日至27日下水库水位进行变幅试验，最高水位达到837.58 m，2012年4月5日，达到正常蓄水位838 m。

图1 下水库库岸混凝土面板布置

图2 下库放空检查前渗流量与库水位关系曲线

从图2中库水位、渗流量观测结果可以看出：从高程797 m到800 m，渗流量从2 L/s增大到6 L/s左右，从800 m到蓄水位823 m渗流量明显增大，从6 L/s增长到大于21 L/s。此后，随着库水位上下变动，渗流量也随着增加或减小。以上监测结果表明渗流量与库水位升降关系明显：水位上升，渗流量增大；水位降低，渗流量减小。

在2009年6月对下水库接缝止水进行处理后，直至2012年9月25日对下水库的渗漏情况进行了连续的监测，情况分析如下：

库底廊道的总渗流量与下库水位关系曲线见下图3。渗流量与库水位呈正相关，渗流量随库水位升高而增大，随库水位降低而减小，渗流量的大小主要受库水位影响为主。

下水库水位变幅试验期2011年11月10日至27日、2012年4月5日至8日，下库水位达到838 m正常蓄水位，在库水位超过825 m以后，库底廊道渗流总量超量程15.46 L/s，实测大于28.60 L/s。

图3 下库库底廊道渗流量与库水位关系曲线

从量水堰及排水孔观测情况看，渗漏较大的部位位于混凝土面板YPQ3、YPQ8、YPQ9、YPQ10区和连接廊道处，主坝周边检查廊道及混凝土面板YPQ1、YPQ2、YPQ11、YPQ12区较小，沥青面板区基本无渗流。

根据库水位与渗漏量的关系、量水堰观测成果及分区渗流量等分析，并结合现场检查结果，得出如下结论。

（1）主坝沥青混凝土面板区没有渗水。

（2）混凝土面板分区渗流量较大的区包括YPQ3、YPQ5、YPQ6、YPQ8、YPQ9、YPQ10区及进出水口连接廊道，其它分区渗流量较小。

（3）观测成果表明量水堰渗流量大小与蓄水水位密切有关，下库廊道内渗流量在蓄水到811m、814 m、820 m高程以后均有一个明显的增长，因此，混凝土面板在811 m、814 m及820 m高程附近有导致渗流量增大的缺陷。

（4）下库放空检查时，库底渗流量基本为零，这说明库底渗流量来自库内蓄水，岸坡地下水的影响较小。

（5）2011年11月以后，下库水位815 m时，J006排水孔渗流量在3.12 L/s附近；下库水位在825 m附近时，J006排水孔渗流量7.8 L/s，YPQ3区排水孔渗流量1.42 L/s；下库水位大于830m时，J006排水孔渗流量9 L/s附近，混凝土YPQ3区排水孔渗流量8L/s附近。

下库水位在815～825 m之间，最大渗流量15.94L/s，连接廊道排水孔渗流量占渗流总量50%以上，说明在此高程区间进出水口有明显的集中渗流通道。

下库水位在825～838 m之间，连接廊道排水孔渗流量增大不明显，其渗流量约占渗流总量的40%；而YPQ3区渗流量明显增大，说明在825 m～838 m之间YPQ3区有明显的渗流区，混凝土面板分区的总渗流量约占渗流总量的60%。

（6）混凝土面板与趾板缝的渗压计观测值较大的区域在YPQ3、YPQ4、YPQ5、YPQ6及YPQ7区，与库水位直接相关。

2.2影响渗漏的主要因素分析

2.2.1 混凝土面板裂缝 下水库混凝土面板是国内坡度最陡的混凝土面板之一，坡度为1∶0.75，最长面板110 m，面板下面为无砂混凝土垫层，为了保证面板的稳定，采用排距为2 m×2 m的锚杆将面板锚固在岩基上，且底部设置有趾板廊道，加大了面板的约束，限制了面板的自由变形，因此，在混凝土内易产生过大的拉应力而出现裂缝。

高陡混凝土面板的施工条件比常规混凝土面板更加困难。混凝土施工采用的是滑模工艺，面板混凝土脱模后受重力作用必然有向下滑坠趋势，由于脱模后混凝土还处于塑性状态，受混凝土附着力的影响，向上滑行的滑模对还未完全凝结的面板混凝土有较大的摩擦力，易将混凝土表面拉伤。另外，在如此陡的边坡采用滑模施工，混凝土的施工质量也不易保证，容易出现振捣不密实及面板表面起伏差大等问题。面板为典型的薄壁长板结构，当面板受约束产生拉应力时，全断面受拉，易形成贯穿性裂缝。

2007年9月，现场对库岸122块面板裂缝进行了普查，结果共查出裂缝569条，总长4 994 m，其中宽度小于0.2 mm的裂缝162条，长1 507 m，占裂缝总数的28.5%；宽度为0.2～0.3 mm的裂缝333条，长2 842 m，占裂缝总数的58.5%；宽度大于0.3 mm的裂缝74条，长644 m，占裂缝总数的13%［5］。面板裂缝基本上横穿整个板块宽度，多分布在板的中、下部位，对部分面板裂缝取芯检查，发现大多数芯样的裂缝深度已贯穿面板。

西龙池下水库年内气温变幅很大，气候干燥。对面板防裂不利，这不仅会在面板施工期产生较多的裂缝，在运行期亦会产生新的裂缝。新裂缝包括两部分，一部分为新出现的裂缝，另一部分为原有裂缝的继续发展。面板运行期的裂缝需予以关注，裂缝不仅影响耐久性，而且，随着裂缝的发展就会引起渗漏。

2.2.2 接缝止水 面板接缝有周边缝、受拉缝、受压缝、池顶缝（顶部与防浪墙接缝）四种型式。针对面板各种结构接缝的性质，止水结构采用不同的结构型式，四种接缝均设两道止水(表面柔性填料和底部紫铜片）。岩坡面板与库底趾板廊道衔接处均设置周边缝，YPQ1-YPQ2、YPQ5-YPQ12区的面板接缝均为受拉缝。除周边缝和受拉缝以外的其它面板接缝为受压缝。受压缝与受拉缝在结构上基本相同，只是顶部填料体积不同，YPQ3～YPQ4区的面板接缝均为受压缝。

下水库面板坡面较陡，且面板体形复杂，存在变坡、扭曲面及各区间面板的连接等，对面板接缝施工质量要求较高。面板止水施工质量虽总体合格，但在YPQ3区等局部止水T型接头处表层止水施工质量欠佳，止水表面钢压条与混凝土存在脱开等现象，导致面板间结构缝处存在渗漏，如YPQ3区7#—8#面板的接缝在808.2～817.8 m间存在10多处渗漏点。

面板顶部与防浪墙的水平接缝一般位于水库正常蓄水位以上，但西龙池下库YPQ1-YPQ3区面板顶部与防浪墙底部水平接缝的高程均在838 m以下，尤其是在YPQ3区，该水平接缝的高程位于830 m附近，这条水平接缝处的止水破坏后易产生渗漏。

2.3下水库渗漏对工程安全及运行的影响分析抽水蓄能电站的允许渗漏量宜根据抽水蓄能电站工程具体特点，综合考虑水库库容大小、有无径流补给、渗透稳定要求以及水库防渗形式等因素，采用合适的水库渗流控制标准，库盆日渗漏量不应超过总库容的1/2000。西龙池下库的库容为502×104m3，为纯抽水蓄能电站，需补充地下水，水库渗漏将造成经济上的很大损失，因此，水库的渗漏应采用较严格的标准进行控制。西龙池下水库库岸混凝土防渗面板的垫层为30 cm厚的无砂混凝土，库水渗漏水引起无砂混凝土的溶蚀，随着无砂混凝土溶蚀的发展，混凝土的强度将大幅度降低，甚至出现疏松破坏。一旦出现这种情况，对坡度很陡的库岸边坡的面板的稳定将造成极其不利的影响，因此，应设法减小或控制下水库的渗漏，减小渗漏对无砂混凝土溶蚀的影响。

3 下水库面板810 m水位以上区域缺陷部位处理

3.1面板裂缝的处理对于缝宽大于0.2 mm的裂缝，主要采用对裂缝内部进行灌浆，表面防渗封闭的方案［6］。主要施工工艺为：沿裂缝两侧铲除覆盖的聚氨酯涂层，表面打磨后清洗裂缝至干净，沿混凝土裂缝两侧打斜孔与缝面相交，用高压气吹净孔内的粉尘，安装灌浆嘴，用环氧腻子对裂缝表面进行临时封闭，采用高压灌浆工艺进行化学灌浆。待灌浆结束后，裂缝表面涂刮专用底涂界面剂，待界面剂指干后，涂刮聚脲并复合胎基布对裂缝进行表面封闭。

对于缝宽小于0.2 mm的裂缝，仅采用表面涂刷SK手刮聚脲对裂缝表面封闭。

3.2面板纵向接缝处理下水库面板坡面较陡，存在变坡、扭曲面及各区间面板的连接等，对面板接缝施工质量要求较高，针对存在渗漏风险较大的纵向接缝进行防渗处理，主要的施工工艺为：铲除面板纵向接缝两侧覆盖的聚氨酯涂层，然后对接缝两侧露出的混凝土、压条和铁盖板表面进行打磨，去除表面附着物和铁锈，表面清洗干净后修复两侧钢压条，在接缝表面涂刷底涂专用界面剂，待界面剂指干后，涂刷SK手刮聚脲材料。

3.3面板横向伸缩缝处理并除覆盖在横缝两侧的聚氨酯涂层材料面板横向伸缩缝位于YPQ3区高程830 m附近，长178 m，这条水平接缝处的局部止水T型接头处表层止水施工质量欠佳，止水表面钢压条与混凝土存在脱开等现象，易产生渗漏。主要的施工工艺为：打开压在原伸缩缝表层三元乙丙盖板，检查盖板下面的GB填料是否填充密实，如果盖板下面的GB填料缺失，用新GB填料填充密实，重新安装三元乙丙盖板两侧的压条，压紧表面盖板，并对盖板和两侧混凝土表面以及压条表面的污物进行打磨，打磨后对横向伸缩缝表面进行冲洗至干净。混凝土表面涂刷专用界面剂，三元乙丙盖板表面涂刷BU界面剂，待界面剂指干直接涂刮SK手刮聚脲达到设计厚度要求。

3.4聚氨酯涂层脱落的修复下水库混凝土面板原采用聚氨酯复合玻璃丝布涂层覆盖，由于涂层老化，表面出现大面积脱落的情况，先对面板上脱落的聚氨酯涂层进行铲除，打磨并清除混凝土表面的附着物，然后清洗混凝土至干净，再涂刮SK手刮聚脲材料进行修复。

3.5混凝土面板胀裂破坏的修复下水库混凝土面板在施工期出现的裂缝，经过灌浆处理后，由于内部聚氨酯灌浆材料遇水膨胀而造成混凝土的胀裂破坏问题。主要处理工艺为：凿除破损混凝土，把周边松动的混凝土颗粒清除，打磨混凝土面板表面，并用水冲洗凿除的破损表面，冲净内部的混凝土颗粒。在待修补的混凝土周边涂刷聚合物界面剂后，槽内回填拌制好的聚合物水泥砂浆，表面涂刮专用界面剂，并涂刷SK手刮聚脲材料进行封闭。

4 面板缺陷处理效果

为了检验下水库渗漏分析及处理效果，西龙池电站运行管理单位于2014年10月30日00时将水位升至835 m，2014年10月31日22时稳压结束。2014年10月31日09时、15时、17时、21时分别对下水库总量水堰进行了观测，观测结果见表1。

从表1所列的数据可知，下水库混凝土面板缺陷处理后观测835 m高程量水堰总渗漏量为17.11 L/s，比同期同高程水位渗漏量降低51.41%；下水库总渗漏量有明显下降，处理效果良好，方案制定可行有效；根据835 m水位下对应的水库库容，按日渗漏量不应超过总库容的1/2000计算，对应的允许控制标准为26.62 L/s，处理后的渗漏量小于允许的渗漏控制标准。

表1 下水库量水堰渗流量与历史同期渗流量对比观测成果［7］

5 结语

本工程在充分研究论证西龙池抽水蓄能电站下水库混凝土渗漏成因的基础上，针对下水库混凝土重点渗漏区域和病害缺陷采用化学灌浆、涂刷SK手刮聚脲等技术进行处理，从运行的情况来看，下水库的防渗性能得到了提高，运行性态得到了改善，达到了缺陷修复处理的预期效果。这种混凝土缺陷修复方案，可以有效的提高混凝土防渗性能，值得总结和推广。

［1］ 王一超，王敦厚.西龙池抽水蓄能电站工程建设管理综述［J］.抽水蓄能发展规划与建设管理，2011（9）：57-60.

［2］ 严匡柠.西龙池抽水蓄能电站下水库施工技术［J］.水利水电技术，2006（7）：40-44.

［3］ 李雷，王松波，陈剑华.西龙池抽水蓄能电站下水库堆石坝填筑施工［J］.人民长江，2009（12）：17-18.

［4］ 中国水利水电科学研究院.西龙池抽水蓄能电站下水库渗漏分析及缺陷修补方案咨询研究报告［R］. 2013.

［5］ 杨涛，唐经华.西龙池电站混凝土面板裂缝成因及防控措施［J］.施工技术，2010（6）：24-26.

［6］ 孙志恒，等.水工混凝土建筑物的检测、评估与缺陷修补工程应用［M］.北京：中国水利水电出版社，2004.

［7］ 中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司西龙池监测项目部.西龙池抽水蓄能电站下水库水位至835m渗流量检测成果［R］.2014.

Analysis on the leakage and defect treatment for the lower reservoir of Xilongchi Pumped Storage Power Station in Shanxi Province

MA Yu1，XIAO Weibao2，LI Jun2，ZHAO Lei2，SUN Zhiheng1，FANG Wenshi1
（1.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2.ShanXi XiLongChi Pump Storage Power Station Co.，Ltd，Shanxi 035503，China）

There exists leakage problem in the concrete of Xilongchi Pumped Storage Power Station in Shanxi Province after long-term operation，which is the main potential safety hazard in the project.In this paper，the reason for the leakage and the influence of leakage on operation is analyzed and the defect treat⁃ment scheme and construction technology for the panels with the water level above 810 m are proposed. The centralized treatments on the main leakage part of the panel are carried out.After the water storage test，the leakage amount after the treatment decreases significantly with the obvious effect.The processing technology has good significance for the similar projects reference.

concrete panel；leakage；defect treatment

TV223.4

：Adoi：10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.01.009

1672-3031（2015）03-0206-05

（责任编辑：李福田）

2015-01-16