淺談仙居抽水蓄能電站上水庫防滲設計

李磊磊

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 三門峽 472000）

我國許多水庫存在使用年限長、施工質量低和人員組成不合理等問題，導致水庫在運行過程中出現一些質量問題，其中水庫壩基滲漏最為嚴重。因此，如何提高水庫防滲能力，確保水庫長期安全運行，已成為目前工程設計的首要工作。

1 工程概況

仙居抽水蓄能電站位于浙江省臺州市仙居縣永安溪上游，電站主要由上水庫、下水庫、抽水系統、地下機房等系統組成。上水庫位于永安溪支流茶園溝支溝，上庫主、副壩為混凝土面板堆石壩，主壩高86.7 m，壩頂長255 m；副壩高59.7 m，壩頂長度220 m。上庫正常蓄水675 m，庫容1238 萬m3。共安裝4臺37.5 萬kW 可逆混流式抽水蓄能發電機組，機組總容量150萬kW,為目前國內單機容量最大的抽水蓄能發電站。

2 上水庫防滲設計目標

綜合國內外抽水蓄能電站上庫日滲水量標準，日滲水量普遍控制在總庫容量的0.02%～0.05%之內，確定仙居電站上水庫全庫盆設計日滲水總量小于全庫容的0.02%，設計日滲水量856 mm3。

3 上水庫防滲結構設計

3.1 瀝青混凝土防滲面板設計

防滲體的主要組成部分是瀝青混凝土，采用高密集性瀝青混凝土，不僅要具備優良的防滲性、穩定性，且應具有良好的柔軟性，以適應基礎沉降、形變。防滲層碾壓后的技術要求見表1。密閉瀝青混凝土防滲層材料采用瀝青瑪蹄脂，施工中應加強防滲層表面密度，避免陽光直射防滲層，減少防滲層直接與外界環境接觸，減緩老化，以提高防滲性能。設計要求庫邊坡連續36 小時高溫（70℃）不液化、低溫（-30℃）不凍裂。防滲層厚度按以下計算公式：

式中：Wmin為防滲層所需最小厚度，cm；H 為防水層承受的最大水頭，m；C 為常數，該系數主要要取決于骨料的質量與配級，通常情況下取7 cm[3]。

仙居電站上水庫瀝青混凝土面板承載最大水頭4057 m，需要的防滲層最低厚度8.62 cm，設計厚度10 cm。應鋪設10 cm以上的瀝青混凝土防滲層，庫區總滲水量1288 m3/d，小于設計控制的滲水量（1565 m3）。

表1 防滲層技術指標

仙居抽水蓄能電站的主壩反弧段底部、主壩與庫段相結合部位等應力變化較密集區域，在其整平結合層與防滲層之間鋪設高分子防裂網，增填5 cm 厚瀝青混凝土防滲加厚層，從而提高面板對基礎不均勻沉降適應性[2]。防滲層的支撐面是整平膠結層，在防滲層和排水層之間起過渡作用，為防滲提供均勻、平整、有粘結性的基礎。整平膠結層為開級配瀝青混凝土，該層碾壓后技術標準見表2。

表2 整平膠結層技術指標

3.2 粘土鋪蓋

仙居電站上水庫粘土鋪蓋厚度t 根據下列公式計算：

式中：Δh 為鋪蓋任意點的水頭差值，m；in為鋪蓋允許水力坡降。在正常蓄水水位時，粘土承受的水頭為39.9m。根據上水庫粘土鋪設具體情況，鋪蓋允許水力坡降按照《碾壓式土石壩設計規范》取in=10。算出t≥3.99 m，按粘土鋪蓋厚4.50 m 設計，壓實度不低于98%，滲透系數小于10-6cm/s，全庫粘土填筑量約60 萬m3[3]。粘土鋪蓋完成后粘土鋪蓋上層鋪設30 mm 厚碎石土保護層，預防寒冬季節因低溫凍融破壞粘土層，也便于施工機械、作業人員通行。

根據不同防滲部位具體特點，充分利用庫區周邊現有自然資源，經粘土原位滲透實驗研究，分別將鋪蓋區劃分為3 個區，并將不同區域制定相對應的填筑控制標準：1 區為瀝青混凝土與粘土層膠結帶，整個斷面填筑50 cm 厚的高粘結性粘土；2 區645 m～648 m 高程，厚3.0 m；3 區為648～662 高程，厚1.5 m。各區粘土填充控制指標見表3。

表3 粘土填筑控制指標

3.3 庫盆滲水排水設計

為及時排泄滲水，以防滲結構承受反向水壓，且為檢測滲水情況，本工程設計了滲水排水系統。

（1）上水庫庫岸防滲面板下鋪蓋疏水墊層，該層下部設直徑100 mm、間距3 m 的PVC 塑料管引至庫底排水溝槽。

（2）庫底粘土底部鋪設反濾層和過渡層，過渡層預埋Φ100 mm鋼水管，間距15 m～20 m，排水管與庫底排水溝槽連通。

（3）進出水口前防滲面板底部埋設直徑150 mmPVC 硬質管，管壁間隔10 cm 鉆一排直徑10 mm 圓孔，共6 孔，每米56孔，PVC 硬質管與庫底排水溝槽連通。

（4）壩基滲水通過壩體（樁號壩0+003.075 m設置一排垂直的Φ200mm無砂混凝土排水管道，間距3m）壩基疏水管經壩體溝槽進入集水井后，通過3 根Φ250mm鋼塑排水管通至庫底排水溝槽[1]。

4 結論

仙居抽水蓄能電站上水庫防滲設計，采用較為獨特的結構設計和新穎的鋪筑方式，如在較深的透水覆蓋層上鋪設粘土鋪蓋，粘土與瀝青混凝土膠結，瀝青混凝土與常規混凝土滑動拼接等，并通過不斷的模擬實驗和現場試驗，高質量地完成了仙居水電站的防滲工程，提高了仙居抽水蓄能電站的經濟效益，保障了周邊環境的安全。