半挖半填地质条件下水库库底防渗方案比选

崔博涛，马晓霞，王排排，马蕊

（新疆阜康抽水蓄能有限公司，新疆 乌鲁木齐 830011）

抽水蓄能电站是利用电力负荷低谷时的剩余电能将水抽至上水库，在电力负荷高峰期再下放至下水库发电的水工建筑物。抽水蓄能电站多为循环用水，故对渗漏量的控制较为严格，尤其是上水库一般无补水条件，选择合理的库盆防渗尤为重要。蒲石河抽水蓄能电站上水库的裂隙岩体采用土工膜防渗方案；张河湾抽水蓄能电站上水库基础岩层中普遍分布软弱夹层，采用沥青混凝土面板防渗，防渗效果良好；琅琊山抽水蓄能电站上水库处于岩溶区，采用了帷幕灌浆的方法进行防渗；西龙池抽水蓄能电站上水库库盆全风化岩层环库出露，风化程度强烈，采用全库盆沥青混凝土面板防渗。

抽水蓄能电站的防渗设计应考虑多方面因素，首先，要适应工程区的地质条件，同时，要考虑项目建设单位的投资控制，更要考虑电站建成投产后的安全、经济运行。本文结合阜康抽水蓄能电站上水库建设条件，从工程质量、防渗效果、施工难易及工程投资等不同角度对上水库库底处理方式进行了比较选择，提出了合理库底防渗处理方案。

1 上水库工程概况

新疆阜康抽水蓄能电站位于新疆昌吉回族自治州阜康市境内，电站装机容量1200MW，为一等大（1）型工程。电站上水库利用天然沟谷地形开挖，并在沟口筑坝形成，设主坝一座，坝高133m，坝顶高程2275m，正常蓄水位1775m，相应库容707×104m3。

上水库库区为两沟夹一狭窄山梁地形，利用两条冲沟，挖除中间山梁，库区三面环山，库盆整体封闭条件较好。上水库岩层缓倾下（20°～30°），横向谷，层面较发育，为库水向两岸及下游的渗漏创造了有利条件。同时，库区断裂构造较发育，多横切岸坡，存在库水沿断裂带向库外产生较大渗漏的可能。综合分析，上水库存在向库盆东、西、北三个方向不同程度的渗漏问题。

2 库底防渗方案拟定

鉴于本工程库底防渗面积14.29万m2，防渗面积较大，占库盆总防渗面积的52.2%，库底为半挖半填，填方厚度较大，库底回填料近坝处最大厚度约40m，可能产生不均匀沉降，其防渗效果的优劣、施工难易、投资的多少对整体库盆防渗方案影响显著。为了不使上水库布置方案及占地范围方案发生较大变化，本阶段在前期确定的水库特征水位基础上，保持库盆挖填平衡为基本原则，以前期确定的库周采用混凝土面板防渗，针对库底防渗结构，拟定了三种防渗方案，开展进一步比选工作。

（1）方案1：“钢筋混凝土面板护底”防渗方案；

（2）方案2：“土工膜护底”防渗方案；

（3）方案3：“沥青混凝土面板护底”防渗方案。

3 库底防渗方案综合比选

3.1 工程应用性

从工程应用角度分析，混凝土面板防渗应用最广泛，设计、施工及运行、检修经验最丰富。沥青混凝土面板防渗近年来应用较多，有一定的设计、施工经验。土工膜防渗目前应用较少，尤其是在严寒地区的应用经验较为欠缺。

3.2 材料耐久性

从材料耐久性分析，三种材料从性能上均可满足阜康抽蓄电站上水库防渗要求，其中，钢筋混凝土、沥青混凝土均有在寒冷地区已建工程的经验，且运行良好，土工膜在国内仅在气候温和的南方地区江苏溧阳，和气候较冷的北方山东泰安地区有应用，在更加寒冷的地区还没有应用的实例。因此，三者材料耐久性均可满足工程要求，但混凝土与沥青混凝土在寒冷地区积攒的经验较土工膜更为丰富。

3.3 适应基础变形条件

钢筋混凝土面板为刚性薄板结构，在均一基础条件下效果较好，但适应地基变形能力较差，对基础要求高。土工膜是典型的柔性结构，具有很好的弹性和适应变形的能力，其适应库底深厚碾压回填区不均匀沉降能力非常强，对基础要求、库底回填料料源及填筑碾压标准相对于钢筋混凝土面板和沥青混凝土面板均较低。沥青混凝土面板属柔性防渗结构，面板变形模量小，不需要设置接缝，适应基础不均匀沉陷变形能力相对较强（介于钢筋混凝土面板和土工膜之间），不易产生裂缝。从适应基础变形角度，土工膜与沥青混凝土均为柔性结构，但因阜康气候严寒，采用改性沥青，沥青混凝土柔性受到一定的抑制，因此，土工膜结构最适应基础的不均匀变形，沥青混凝土面板次之，钢筋混凝土面板最差。

3.4 防渗效果

钢筋混凝土面板综合渗透系数1×10-7cm/s，防渗性能好。根据规范DL/T5411-2009《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》计算，库底混凝土面板渗漏量为1131m3/d（13.1L/s），综合日渗漏量约占总库容的0.29‰。土工膜（HDPE）渗透系数小于5×10-11cm/s，一般可达5×10-12cm/s，土工膜正常渗漏量和缺陷渗漏量经估算总量为804m3/d（9.3L/s），库盆综合日渗漏量约占总库容的0.25‰。沥青混凝土面板综合渗透系数1×10-8cm/s，根据规范DL/T5411-2009《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》估算，沥青混凝土面板护底渗漏量约为453m3/d（5.2L/s），综合日渗漏量约占总库容的0.20‰。从防渗性能分析，三种方案库盆总渗漏量均满足规范要求的允许范围（0.2‰～0.5‰），其库坡及坝体均采用混凝土面板防渗，防渗性能相当，仅在库底有所区别，采用沥青混凝土面板护底防渗效果最佳，土工膜护底次之，混凝土面板防渗效果最差。

3.5 工程投资

经计算，钢筋混凝土面板护底方案工程投资17796万元，土工膜护底方案工程投资10483.3万元，沥青混凝土面板护底方案工程投资15245万元，从工程投资分析，土工膜护底方案工程投资最少，沥青混凝土面板护底方案次之，钢筋混凝土面板防渗方案最高。

3.6 比选结论

通过库底防渗处理方案比选可知，方案1和方案3在寒冷地区工程应用性和材料耐久性经验丰富，从适应基础变形方面看，方案2最适应基础的不均匀变形，方案3次之，方案1最差。渗漏计算表明，方案3最优。从经济指标看，方案2最优，方案3次之。

方案2和方案3相比，方案3适应基础变形能力适中，可满足运用条件，防渗质量及防渗效果好，后期管理维护方便。土工膜自身接缝较多、焊接质量不易保证，且质量检查与维修不便，维修周期较长，后期运行管理维护难度大，管理费用较高等不利因素，同时，在严寒地区，大型工程应用实例较少。从经济比较，两方案相差4761.7万元，方案2较省，但从整个防渗系统投资来看，库底防渗占比不大，因此，在其他条件允许的情况下，采用方案3，有利于提高防渗效果和耐久性。

综合上述特点和不利因素，考虑到抽水蓄能电站上水库水资源宝贵，从侧重于保障施工质量、防渗效果和检修维护管理方便方面考虑，推荐采用“沥青混凝土面板护底”防渗方案。

4 结语

（1）考虑到新疆阜康抽水蓄能电站上水库水资源宝贵，从侧重于保障施工质量、防渗效果和检修维护管理方便方面考虑，阜康抽水蓄能电站上水库推荐采用“库周混凝土面板+沥青混凝土面板护底”防渗方案。

（2）库底为半挖半填，填方厚度较大，库底回填料近坝处最大厚度约40m，要加强库底挖填分界线基础处理及沥青混凝土面板施工质量，避免产生不均匀沉降。