宝泉抽水蓄能电站上水库联合防渗效果分析

渠守尚，潘福营

（1.河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南省郑州市 450030；2.国网新源控股有限公司，北京市 100761）

0 引言

宝泉抽水蓄能电站上水库工程主要包括大坝、库区防渗、库底排水、浆砌石副坝、排水洞和上水库环库公路及边坡工程等组成。主坝为沥青混凝土面板堆石坝，坝顶长度600.37m，上游坝坡1:1.7，下游坝坡1:1.5，最大坝高96m；副坝为浆砌石重力坝，坝顶长度201.05m，最大坝高48m。上水库正常蓄水位为789.60m，死水位为758.00m，总库容约776×104m3，上水库天然来水较少，上水库水源通过水泵从下水库抽到上水库，因此上水库的防渗很重要，根据地形、地质条件上水库采用了库盆黏土铺盖护底、沥青混凝土护岸与沥青混凝土面板堆石坝加浆砌石重力副坝相结合的全库盆联合防渗形式[3]。

宝泉上水库坝址处为U形河谷，河床高程700m左右，宽约100m，河床纵比降约10%。坝址区河床及两岸岸坡覆盖层较厚，最深达40m，一般约20m左右。坝基和两岸岸坡基岩为寒武系馒头组，岩性以泥灰岩为主，夹有钙质页岩、灰岩、白云岩等。库盆岩层多为寒武系馒头组，属弱至中等透水，库区地下水位约在670m高程，较库内水位低100m左右，存在库水外渗的条件，因此设置全库盆防渗。该水库是国内第一个采用沥青混凝土与黏土铺盖相结合的水库防渗方式[2]，推进了水库黏土防渗技术在中国的应用。

上水库库盆于2007年9月蓄水运行，至今运行情况良好，渗漏量远远小于设计允许值。本文就宝泉抽水蓄能电站上水库设计和监测运行情况进行分析和总结，可以为后续类似工程提供参考。

1 宝泉上水库防渗设计

1.1 渗漏量控制指标和防渗方案

国内外已建成的无天然径流补给的抽水蓄能电站，上水库日渗漏量一般控制在总库容的0.02%～0.05%以内，宝泉电站上水库全库盆设计日渗漏量按不大于总库容的0.02%控制[4]，相应设计日渗漏量为1565m3。经过对7种防渗方案在造价、渗水量、适应变形能力、施工条件等多方面进行综合比较后，选择了沥青混凝土护岸、黏土护底的防渗方案[2，5]。常规混凝土与沥青混凝土加黏土联合防渗设计方案典型剖面见图1。

图1 沥青混凝土加黏土联合防渗接头图Figure 1 Asphalt concrete anti-seepage joint combined with clay

1.2 沥青混凝土防渗设计

上水库主坝和库岸边坡采用沥青混凝土面板防渗，库岸坡度1:1.7，坝坡、库岸均采用沥青混凝土面板简式防渗结构[10]，总厚度为20.2cm（从上至下顺序为封闭层0.2cm，防渗层10cm，整平胶结层10cm）。沥青混凝土防渗面板总防渗面积约16.6万m2，沥青混凝土用量约3.4万m3。库底采用黏土铺盖防渗[3]，厚度4.5m，铺盖面积约16万m2。

库尾浆砌石重力副坝为双向挡水建筑物，临库侧采用1.0m厚钢筋混凝土面板防渗，面板底部与库盆沥青混凝土面板搭接，库底黏土铺盖与副坝前库盆沥青混凝土、库岸沥青混凝土、进/出水口混凝土板搭接，形成上水库完整的防渗系统[7]。

1.3 黏土铺盖设计

设计黏土铺盖厚为4.50m，压实度不小于98%，渗透系数不大于10-6cm/s[1]，全库盆黏土填筑量约为65万m3。

为延长黏土与沥青混凝土面板的接触渗径，黏土铺盖沿库底周边起坡与沥青混凝土面板搭接，顶面由749.70m高程升高至752.70m高程，坡比1∶5.0，坡顶宽度3.0m；黏土与沥青混凝土面板接触区设0.5m厚高塑性黏土，利用黏土的高塑性适应变形，防止黏土开裂渗水。

1.4 库盆渗水排水设计

为了及时排泄渗水，防止防渗结构承受反向水压，并为了监测渗水情况，设计了渗漏排水系统。

（1）库岸防渗面板下设排水垫层，其下部设100mm、间距3.0m的PVC硬质塑料管通至库底排水廊道。

（2）库底黏土下部设反滤层和过渡层，过渡层埋设横向100mm钢塑透水管，间距15.0～25.0m，排水管与库底排水廊道连通。

（3）进出水口前池防渗面板底部设100mm（150mm）PVC硬质塑料花管，管壁每10.0cm钻一排10mm孔，共6孔，梅花形布置，每米钻54个孔，花管与库底排水廊道连通。

（4）主坝坝体渗水通过坝基和堆渣场下部排水带排至东沟。坝基排水带厚2.0～5.0m，堆渣场排水带厚5.0m，底宽47～50m，综合坡比7%。

（5）副坝坝体、坝基渗水通过坝体（设置一排垂直的D200mm无砂混凝土排水管，间距3.0m）、坝基排水管经坝体廊道排水沟进入集水井后，再通过3根250mm排水钢管通向库内的库底排水廊道。

（6）在坝后排水棱体的下游设置量水堰，量测上水库渗漏水量。

岸坡沥青混凝土面板渗水沿排水垫层下渗，垫层底部埋设有100mmPVC排水管，将渗水排至库底排水廊道，排水廊道穿过主坝通往东沟河道。坝坡渗水沿排水垫层顺坝基和坝后堆渣底部的排水带排至东沟。库底渗水一部分沿库底埋设的排水管进入排水廊道，一部分沿库底过渡层、坝基排水层和保留的覆盖层经坝后排水棱体排至东沟。

2 上水库渗流监测成果分析

2.1 上水库渗流监测设计布置

（1）大坝渗流监测。

坝基渗压监测：在桩号0+245.86、桩号0+306.00、桩号0+374.20开挖基础上共计布置渗压计27支。

坝体渗流监测：在桩号0+245.86（高程740.00m、高程768.00m），桩号0+306.00（基础上10m、高程743.00m、高程768.00m），桩号0+374.20（高程748.00m、高程768.00m）等部位共计布置渗压计27支。

（2）库盆渗流监测。

渗压渗流监测：为监测沥青混凝土面板及库盆基础防渗层的防渗效果，在库盆基础及沥青混凝土面板下面共布置渗压计80支，4号冲沟7支，共计87支；在库盆左右岸排水洞内各布置4座量水堰进行渗流量监测[8]。

上水库渗流监测系统自2007年开始安装取得初始值已持续观测了十年，取得了系统的观测数据。

2.2 主坝渗流渗压监测

为监测大坝坝基和坝体渗流情况，在主坝坝基安装埋设了27支渗压计、坝体不同高程及沥青混凝土面板下埋设了27支渗压计[3]。历史监测资料显示（2007～2016年），在上水库蓄水位至最高水位的情况下，坝体和坝基仪器工作状态稳定，主坝坝体及坝基渗压计监测成果表明，除坝体P1-98（9.29m）测点有较小渗压水头外，坝体及坝基其余测点渗压水头基本为零，总体上坝基和坝体渗压水头很小，大坝沥青混凝土面板防渗效果很好[2]，主要渗流监测点的特征值见表1。

表1 主坝坝基和坝体主要渗流监测点特征值表Table 1 Characteristic value of seepage monitoring points in main dam foundation and dam body

主坝坝体最大渗压水头为9.29m（P1-98测点），该点在主坝左边基础附近，开挖时发现附近有一泉水，施工时把泉水引到排水廊道进行了处理[1]。从图2过程线上可以看出P1-98测值与库水位没有相关性，而与降雨量相关，总体上看该部位处于稳定状态。坝基渗压计P1-98、P1-139监测值过程线见图2。

图2 坝基渗压计P1-98、P1-139监测值过程线Figure 2 Seepage pressure monitoring data of P1-98、 P1-139 in dam foundation

2.3 库盆渗流监测

上水库设计运行水位为EL.758m～EL.789.60m，近几年一般在EL.762m～EL.787m之间运行，日最大水位变化幅度在25m左右。上水库库盆共安装埋设了87支渗压计、4座库底廊道量水堰及1座坝后量水堰。从观测值可以看出大部分渗压水头基本为零，总体上水库盆渗压水头很小，库底黏土和库盆沥青混凝土面板防渗效果很好[7]。表2为库盆主要渗压测点特征值统计。

表2 库盆主要渗压测点特征值统计表（2016年12月）Table 2 Characteristic value of the main seepage pressure monitoring point in the basin

续表

监测资料显示渗压计P1-67实测渗压水头最大，从过程线中看出P1-67测值主要随上水库水位的变化而变化；从目前监测成果看，P1-67等渗压计测值虽在蓄水期间有所增加，但该变化量远小于库水位变化，说明该仪器监测区域没有出现明显的库水渗流通道。蓄水以来坝基渗压计P1-49、P1-67点监测值过程线见图3。

图3 蓄水以来坝基渗压计P1-49、P1-67点监测值过程线Figure 3 Dam foundation seepage pressure P1-49、 P1-67 monitoring data since water storage

2017年12月库底廊道量水堰实测渗流总量为1.46L/s， 廊道内各排水孔水质清澈，渗流量变化与库水位关系较明显，未见异常现象。WI1-01、WI1-04为库岸侧，WI1-02、WI1-03为库盆侧，右岸量水堰监测的最大值是副坝混凝土面板渗漏，在混凝土面板上涂刷聚脲后不渗漏：左岸量水堰监测的最大值是2011年特大暴雨，沥青混凝土面板下面山体出水，造成库盆沥青混凝土面板局部塌陷，处理后不渗漏。目前库盆侧的渗流量均为进出水口部位（混凝土）排水孔渗流，沥青混凝土和黏土防渗部位的排水孔均无水流，说明库底黏土和库岸沥青混凝土防渗效果很好。利用上水库放空检查的机会，对前池混凝土板接缝进行填充BGB和涂刷聚脲处理，在浆砌石副坝坝面涂刷了聚脲[6]，WI1-02主要监测副坝的渗漏情况，目前没有渗漏量，说明防渗效果很好。库底廊道渗流量测点特征值见表3。

表3 库底廊道渗流量测点特征值统计表（2016年12月）Table 3 Statistic value of seepage in the bottom corridor

2.4 副坝坝体及坝基渗流

在副坝坝体及坝基共埋设了17支渗压计用于监测坝体与坝基的渗压水头，副坝是两面挡水设计。因副坝坝后消力池内长期有积水，该部位渗压计的渗压水头比其他渗压计稍大，目前该部位渗压计读数稳定，工作状态正常。监测数据表明副坝坝体及坝基无渗流，防渗效果较好。副坝渗压计P1-04监测值过程线见图4。

图4 副坝渗压计P1-04监测值过程线Figure 4 Seepage pressure monitoring data of P1-04 in auxiliary dam

2.5 工程总渗漏量分析

宝泉上水库总渗漏量为主坝渗漏量、库盆（库岸面板与库底）渗漏量之和。该工程监测的为主坝坝后排水沟渗漏量及库盆渗漏量。

（1）设计计算得出的采用防渗措施后总渗漏量为14.9 L/s，日渗流量1288m3/d。在2008年9月黏土铺盖缺陷、2009年9月强降雨导致沥青混凝土面板塌陷、出现裂缝导致漏水时坝后量水堰测值较大，实测总渗漏量最大为10.27L/s，修复后其余时段量值基本为0。

（2）参照《抽水蓄能电站设计导则》（DL/T 5028—2005）提供的参考值，日渗漏量可控制在不大于1/5000～1/2000的总库容（782.5万m3）范围内，即1565m3/d（18.11L/s）～3912.5m3/d（45.28L/s）之间。2011年上水库重新蓄水至2017年底平均渗流量1.46L/s，总渗漏量小于该范围，渗漏量较小。

（3）与国内十三陵、泰安抽水蓄能电站不同防渗方式的上水库大坝及库盆总渗漏量比较，宝泉渗漏量较小，渗水量统计见表4。

表4 国内抽水蓄能电站上水库（大坝及库盆）总渗漏量统计表Table 4 Total seepage of the upper reservoir（dam and reservoir） of domestic pumped storage power stations

3 结束语

黏土铺盖与沥青混凝土护面联合防渗体系，在国内宝泉抽水蓄能电站上水库还是首次采用。这种防渗体系要运用成功，除了要正确设计沥青混凝土、黏土铺盖本身的结构外，还要着重解决各种防渗结构的接头问题，以及沥青混凝土面板基础的不均匀沉降和黏土的渗透破坏问题[8]，更重要的是做好施工质量控制，保证黏土铺盖和沥青混凝土质量。

库底廊道量水堰监测成果表明目前总渗水量为1.46L/s，远远小于设计指标，在副坝面板涂刷聚脲后，基本上没有渗漏，防渗效果很好。宝泉抽水蓄能电站上水库防渗体系的成功应用，为今后类似的工程提供了有益的参考。