浅谈仙居抽水蓄能电站上水库防渗设计

李磊磊

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 三门峡 472000）

我国许多水库存在使用年限长、施工质量低和人员组成不合理等问题，导致水库在运行过程中出现一些质量问题，其中水库坝基渗漏最为严重。因此，如何提高水库防渗能力，确保水库长期安全运行，已成为目前工程设计的首要工作。

1 工程概况

仙居抽水蓄能电站位于浙江省台州市仙居县永安溪上游，电站主要由上水库、下水库、抽水系统、地下机房等系统组成。上水库位于永安溪支流茶园沟支沟，上库主、副坝为混凝土面板堆石坝，主坝高86.7 m，坝顶长255 m；副坝高59.7 m，坝顶长度220 m。上库正常蓄水675 m，库容1238 万m3。共安装4台37.5 万kW 可逆混流式抽水蓄能发电机组，机组总容量150万kW,为目前国内单机容量最大的抽水蓄能发电站。

2 上水库防渗设计目标

综合国内外抽水蓄能电站上库日渗水量标准，日渗水量普遍控制在总库容量的0.02%～0.05%之内，确定仙居电站上水库全库盆设计日渗水总量小于全库容的0.02%，设计日渗水量856 mm3。

3 上水库防渗结构设计

3.1 沥青混凝土防渗面板设计

防渗体的主要组成部分是沥青混凝土，采用高密集性沥青混凝土，不仅要具备优良的防渗性、稳定性，且应具有良好的柔软性，以适应基础沉降、形变。防渗层碾压后的技术要求见表1。密闭沥青混凝土防渗层材料采用沥青玛蹄脂，施工中应加强防渗层表面密度，避免阳光直射防渗层，减少防渗层直接与外界环境接触，减缓老化，以提高防渗性能。设计要求库边坡连续36 小时高温（70℃）不液化、低温（-30℃）不冻裂。防渗层厚度按以下计算公式：

式中：Wmin为防渗层所需最小厚度，cm；H 为防水层承受的最大水头，m；C 为常数，该系数主要要取决于骨料的质量与配级，通常情况下取7 cm[3]。

仙居电站上水库沥青混凝土面板承载最大水头4057 m，需要的防渗层最低厚度8.62 cm，设计厚度10 cm。应铺设10 cm以上的沥青混凝土防渗层，库区总渗水量1288 m3/d，小于设计控制的渗水量（1565 m3）。

表1 防渗层技术指标

仙居抽水蓄能电站的主坝反弧段底部、主坝与库段相结合部位等应力变化较密集区域，在其整平结合层与防渗层之间铺设高分子防裂网，增填5 cm 厚沥青混凝土防渗加厚层，从而提高面板对基础不均匀沉降适应性[2]。防渗层的支撑面是整平胶结层，在防渗层和排水层之间起过渡作用，为防渗提供均匀、平整、有粘结性的基础。整平胶结层为开级配沥青混凝土，该层碾压后技术标准见表2。

表2 整平胶结层技术指标

3.2 粘土铺盖

仙居电站上水库粘土铺盖厚度t 根据下列公式计算：

式中：Δh 为铺盖任意点的水头差值，m；in为铺盖允许水力坡降。在正常蓄水水位时，粘土承受的水头为39.9m。根据上水库粘土铺设具体情况，铺盖允许水力坡降按照《碾压式土石坝设计规范》取in=10。算出t≥3.99 m，按粘土铺盖厚4.50 m 设计，压实度不低于98%，渗透系数小于10-6cm/s，全库粘土填筑量约60 万m3[3]。粘土铺盖完成后粘土铺盖上层铺设30 mm 厚碎石土保护层，预防寒冬季节因低温冻融破坏粘土层，也便于施工机械、作业人员通行。

根据不同防渗部位具体特点，充分利用库区周边现有自然资源，经粘土原位渗透实验研究，分别将铺盖区划分为3 个区，并将不同区域制定相对应的填筑控制标准：1 区为沥青混凝土与粘土层胶结带，整个断面填筑50 cm 厚的高粘结性粘土；2 区645 m～648 m 高程，厚3.0 m；3 区为648～662 高程，厚1.5 m。各区粘土填充控制指标见表3。

表3 粘土填筑控制指标

3.3 库盆渗水排水设计

为及时排泄渗水，以防渗结构承受反向水压，且为检测渗水情况，本工程设计了渗水排水系统。

（1）上水库库岸防渗面板下铺盖疏水垫层，该层下部设直径100 mm、间距3 m 的PVC 塑料管引至库底排水沟槽。

（2）库底粘土底部铺设反滤层和过渡层，过渡层预埋Φ100 mm钢水管，间距15 m～20 m，排水管与库底排水沟槽连通。

（3）进出水口前防渗面板底部埋设直径150 mmPVC 硬质管，管壁间隔10 cm 钻一排直径10 mm 圆孔，共6 孔，每米56孔，PVC 硬质管与库底排水沟槽连通。

（4）坝基渗水通过坝体（桩号坝0+003.075 m设置一排垂直的Φ200mm无砂混凝土排水管道，间距3m）坝基疏水管经坝体沟槽进入集水井后，通过3 根Φ250mm钢塑排水管通至库底排水沟槽[1]。

4 结论

仙居抽水蓄能电站上水库防渗设计，采用较为独特的结构设计和新颖的铺筑方式，如在较深的透水覆盖层上铺设粘土铺盖，粘土与沥青混凝土胶结，沥青混凝土与常规混凝土滑动拼接等，并通过不断的模拟实验和现场试验，高质量地完成了仙居水电站的防渗工程，提高了仙居抽水蓄能电站的经济效益，保障了周边环境的安全。