桐柏蓄能电站上水库主坝坝后坡渗水分析及处理

张士平（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江台州，317000）



桐柏蓄能电站上水库主坝坝后坡渗水分析及处理

张士平
（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江台州，317000）

通过对桐柏蓄能电站上水库主坝坝后坡渗水的分析，找出确切的渗水原因及渗水通道，并对渗水进行了有效处理，解决了坝后坡渗水缺陷，确保了大坝安全。

主坝；坝后坡；渗水分析；处理

1　工程概况

1.1工程简述

桐柏抽水蓄能电站上水库位于浙江省天台县三茅溪支流百丈溪，距天台县城7 km，电站是一座日调节纯抽水蓄能电站，共安装4台立轴单级混流可逆式水泵水轮机组，机组单机容量300 MW，总装机容量为1 200 MW，设计日发电量600万kW·h，年发电量21.18亿kW·h。电网中承担调峰、填谷、调频、调相以及事故备用等任务。

工程等别为一等工程，工程规模属大（1）型。电站枢纽建筑物由上水库、下水库、输水系统、地下洞室群、地面开关站、中控楼等部分组成。

1.2上水库大坝

上水库主、副坝在原均质土坝基础上加固建成。原均质土坝工程于1958年开始兴建，1975年停建，1977年复建，至1980年建成桐柏电站并投入使用。2002年10月主、副坝加固工程开始施工，作为桐柏蓄能电站上水库，2006年6月主、副坝加固工程完工。上水库于2005年5月10日下闸蓄水，2006年5月25日1号机组投产发电。

上库大坝加固后，坝顶高程为400.345 m，主坝及副坝加固处理后连成一体，坝顶总长472.37 m，坝顶宽8.0 m，主坝最大坝高37.49 m，副坝最大坝高10.0 m。主坝上游边坡为1∶3.2～1∶4.0，下游坝坡为1∶2.6，并在386.78 m和373.78 m高程分别设置宽6 m和10 m的马道。主坝上游采用堆石体填筑，堆石体与原均质土坝间设反滤层、过渡层；下游坝坡增设贴坡排水，顶高程为373.78 m，在下游坝脚约40 m处设置M10浆砌石挡墙，挡墙和坝脚之间清除覆盖层后，先填筑厚5 m的透水堆石料，与原均质土坝下游坝脚的排水棱体相连，以保证坝基排水，然后再填筑弃渣料，填筑高程360.00 m。

2　主坝坝后坡渗水状况

2009年8月12日，“莫拉克”台风过后，在巡视检查时发现上水库大坝下游面右岸坝肩附近388 m高程有渗水现象，并有局部塌陷和雨水冲刷痕迹，水质清澈，伴有少量的沙粒，但在天晴时无论水位多高均无渗水。2012年9月30日后，在高水位（超过391.8 m）时也出现渗水现象（见图1）。经观测分析，渗水量与库水位有明显相关性，高水位时最大渗水量约50 mL/s（天晴时）。

图1　桐柏上水库主坝下游面388 m高程渗水情况Fig.1 Seepage on elevation 388 m of downstream face of main dam of upper reservoir of Tongbai station

3　渗水来源及路径分析

3.1主坝坝体渗水分析

大坝渗漏量人工测值从2010年开始略有增大（见图2），首先考虑坝体防渗系统是否变差。2013 年12月对量水堰进行检查发现，堰中有块石堆积，认为是导致坝体总渗水量略有增加的原因。后对量水堰进行清理后，测值回落到2010年前的量值（见图2）。另外对坝体原测压管内水位与库水位变化进行分析，发现两者关系不明显，且孔内水位变化幅度较小，说明测压管附近坝体防渗性较好。从以上坝体渗水总量和坝体原测压管孔内水位变化情况综合分析来看，坝体防渗水系统正常，初步判断388 m高程护坡渗水是由库水直接经坝体渗漏导致的可能性较小。

图2　桐柏上库大坝总渗漏量实测过程线Fig.2 Measured total seepage of the upper reservoir dam of Tongbai station

3.2右岸绕坝渗漏分析

为分析上水库下游面右岸坝肩388 m高程附近护坡的渗水现象，新增了5处水位测孔（数据见表1及图3），在0+053.00 m断面原测压管左侧2 m处对应老测压管位置布置两个测压管（SUPZ1、SUPZ2），渗水点正上方坝顶处设置一个测压管（YUPZ3），右岸坝肩处设置2个绕坝渗流测压孔（YUPZ2、YUPZ3）。原坝体在桩号坝0+053.00 m和坝0+080.00 m各设有一个浸润线观测断面，每个断面设置4～5个测压管，共9个。

表1　新增测压管埋设基本资料一览表Table 1 Basic installation data of new piezometer tubes

经过对新增测孔及原测孔孔内水位观测数据进行分析，有以下结论：

（1）坝体原测压管内水位与库水位变化关系不明显，且变化幅度较小，说明测压管附近坝体防渗性较好。

（2）新增的坝体测压管SUPZ1、SUPZ2水位均高于相邻的坝体原测压管，且新增测压管较原测压管水位变幅明显，说明新设测压管较原测压管透水性好。渗水点正上方测压管YUPZ3与库水位关系更明显，说明绕坝渗流较为明显。

（3）库水位日变幅在6.01～6.71 m时，YUPZ1管内水位日变幅在3.18～3.67 m，YUPZ2管内水位日变幅在0.11～0.16 m之间，说明坝顶测压管YUPZ1坝肩处渗透性明显，坝后测压管YUPZ2坝肩处渗透性相对不明显。

从以上几点可以得出，388 m高程护坡渗水路径为库水经坝肩绕渗至坝后所致的可能性较大。

图3　上水库主坝388 m高程渗水点、新增测孔、原测孔及灌浆处理平面图Fig.3 Seepage point，new measuring hole，original measuring hole and grouting treatment at elevation 388 m of main dam of upper reservoir of Tongbai station

3.3主坝右岸坝体钻孔示踪试验分析

为了进一步证明右岸坝肩存在绕渗现象，于2014年6月对上水库主坝右坝肩YUPZ1、YUPZ3测孔进行简易示踪试验。

试验采用对测压孔灌注颜料水的方法。上水库高水位运行时（保证下游坝坡有渗水现象时进行试验），注水前后分别记录上库水位、测压孔水位以及下游坝坡渗水点渗漏量。为避免肉眼难以识别被地下水稀释后的颜料水，在出水点处放置一块白色棉布条，通过出渗水流中有颜色的墨水颗粒附着在白色棉布条上的现象判断各测压孔底部基岩裂隙与下游坝坡出逸点是否存在连通性。通过对比前后测值，进一步查明右坝肩坝后坡渗水的主要通道。

6月5日，测压孔YUPZ1第一次试验，对YUPZ1孔灌注大量自来水，下游坝坡渗水量有逐渐增加的趋势，随着电站发电，上水库水位下降，下游坝坡渗水量仍有逐渐增加的趋势。表明YUPZ1孔与下游坝坡渗水点的连通性良好。

6月5日，测压孔YUPZ3第一次试验，对YUPZ3孔灌注大量自来水，由于试验时电站发电，水位逐渐下降，对下游坝坡渗水量的影响不明显，在短时间内下游渗水量没有明显的增加，6月6日上午发现置于下游坝坡渗水点处的白布有被红墨水染红的现象。

6月6日对下游测压孔YUPZ1、YUPZ3孔第二次试验，由于试验时电站发电，水位逐渐下降，对YUPZ3孔灌注大量自来水，同样对下游坝坡渗水量影响不明显，在短时间内下游渗水量没有明显的增加，但6月7日上午发现渗水点处周围的土体以及白色棉布条均有被染红的情况出现。

根据以上情况分析，上水库主坝右坝肩存在绕坝渗流，坝肩至下游的渗漏通道连通性较好，可能由于渗径较长，YUPZ1孔中投入的蓝色墨水中的细颗粒大部分被稀释在沿程的土壤中，但在上游水头以及水压的作用下，YUPZ1孔与下游坝坡渗水表现出了良好的连通性，表明存在沿右坝肩向下游连通的渗漏通道。主坝右坝肩下游坝体底部存在渗漏通道，第二次示踪试验对YUPZ3孔投入的红色墨水从下游排水出口析出，表明坝体底部存在渗漏通道，结合现场沿管涌出口开挖的情况来看，渗漏通道位于右坝肩下游坝体底部，不排除坝体渗漏通道与右坝肩裂隙岩体相连通。

3.4综合分析结论

根据地质资料，右坝肩受裂隙发育影响，岩体较破碎，属极强透水。结合上库坝渗流监测分析和示踪试验分析，认为受上水库主坝右坝肩岩体裂隙发育影响，右坝肩存在渗漏通道，绕坝渗流明显；主坝右岸坝体局部可能存在渗透薄弱层，右岸坝长45 m范围坝基可能存在渗漏通道，应进行补强加固处理。根据下游坝脚量水堰观测值分析，渗漏量较小，表明坝体防渗总体上是有效的，主坝其他部位坝体及坝基防渗性较好，右岸局部绕渗尚不影响大坝整体安全。

4　渗水处理

针对上库主坝右岸下游渗水，采用“库岸帷幕灌浆+坝基帷幕灌浆”的处理方案。布置库岸（右岸至进出水口启闭房）帷幕1～2排，沿上库环库公路方向延伸绕过右坝肩山包，向下深入强透水带及相对隔水层（q≤3 Lu）以下5 m；右坝肩基帷幕灌浆向下深入相对隔水层（q≤3 Lu）以下5 m，向上深入坝体0.5 m，孔距1.5 m，单排孔，库岸帷幕灌浆与右坝肩坝基帷幕相接，沿上库环库公路方向延伸绕过右坝肩山包。整个灌浆工程于2014年12月15日完成。

从灌浆情况看，当从库岸远处灌至库岸时，渗水点渗水量才渐渐减小，直至渗水量消失，说明主要渗水通道在坝肩附近。灌浆结束后，主坝原渗水点及附近均不再有渗水情况出现，故在0+000～0+ 045主帷幕前再增加一排帷幕，以加强帷幕效果。

5　结语

（1）对于大坝的安全管理，除采用观测设备进行相关项目监测外，现场巡查工作极为重要，有些大坝缺陷需通过巡查工作才能发现，做到及时发现、及时处理。特别对于土石坝的渗水情况应尤为重视，不少工程实例显示，土石坝失稳破坏都是由于渗流作用引起土颗粒间发生相对运动甚至整体运动，同时造成对水工建筑物稳定不利的渗透压力，也可能引起水工建筑物以及地基的渗透破坏。

（2）对于存在的缺陷应尽可能通过不同的方法进行分析，得出产生缺陷的真正原因，对症下药，起到药到病除的效果。

Title:Seepage analysis and treatment for back-slope of main dam of upper reservoir of Tongbai pumped storage power station//by

ZHANG Shi-ping//East China Tongbai Pumped-Storage Power Generation Co.，Ltd.

The cause and passage of seepage at back-slope of main dam of upper reservoir of Tongbai pumped storage power station were found after detailed analysis.The effect of treatment was proved to be successful which ensured the safety of main dam.

main dam；back-slope of main dam；seepage analysis；treatment

TV698.2

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1671-1092（2016）03-0073-04