半挖半填地質條件下水庫庫底防滲方案比選

崔博濤，馬曉霞，王排排，馬蕊

（新疆阜康抽水蓄能有限公司，新疆 烏魯木齊 830011）

抽水蓄能電站是利用電力負荷低谷時的剩余電能將水抽至上水庫，在電力負荷高峰期再下放至下水庫發電的水工建筑物。抽水蓄能電站多為循環用水，故對滲漏量的控制較為嚴格，尤其是上水庫一般無補水條件，選擇合理的庫盆防滲尤為重要。蒲石河抽水蓄能電站上水庫的裂隙巖體采用土工膜防滲方案；張河灣抽水蓄能電站上水庫基礎巖層中普遍分布軟弱夾層，采用瀝青混凝土面板防滲，防滲效果良好；瑯琊山抽水蓄能電站上水庫處于巖溶區，采用了帷幕灌漿的方法進行防滲；西龍池抽水蓄能電站上水庫庫盆全風化巖層環庫出露，風化程度強烈，采用全庫盆瀝青混凝土面板防滲。

抽水蓄能電站的防滲設計應考慮多方面因素，首先，要適應工程區的地質條件，同時，要考慮項目建設單位的投資控制，更要考慮電站建成投產后的安全、經濟運行。本文結合阜康抽水蓄能電站上水庫建設條件，從工程質量、防滲效果、施工難易及工程投資等不同角度對上水庫庫底處理方式進行了比較選擇，提出了合理庫底防滲處理方案。

1 上水庫工程概況

新疆阜康抽水蓄能電站位于新疆昌吉回族自治州阜康市境內，電站裝機容量1200MW，為一等大（1）型工程。電站上水庫利用天然溝谷地形開挖，并在溝口筑壩形成，設主壩一座，壩高133m，壩頂高程2275m，正常蓄水位1775m，相應庫容707×104m3。

上水庫庫區為兩溝夾一狹窄山梁地形，利用兩條沖溝，挖除中間山梁，庫區三面環山，庫盆整體封閉條件較好。上水庫巖層緩傾下（20°～30°），橫向谷，層面較發育，為庫水向兩岸及下游的滲漏創造了有利條件。同時，庫區斷裂構造較發育，多橫切岸坡，存在庫水沿斷裂帶向庫外產生較大滲漏的可能。綜合分析，上水庫存在向庫盆東、西、北三個方向不同程度的滲漏問題。

2 庫底防滲方案擬定

鑒于本工程庫底防滲面積14.29萬m2，防滲面積較大，占庫盆總防滲面積的52.2%，庫底為半挖半填，填方厚度較大，庫底回填料近壩處最大厚度約40m，可能產生不均勻沉降，其防滲效果的優劣、施工難易、投資的多少對整體庫盆防滲方案影響顯著。為了不使上水庫布置方案及占地范圍方案發生較大變化，本階段在前期確定的水庫特征水位基礎上，保持庫盆挖填平衡為基本原則，以前期確定的庫周采用混凝土面板防滲，針對庫底防滲結構，擬定了三種防滲方案，開展進一步比選工作。

（1）方案1：“鋼筋混凝土面板護底”防滲方案；

（2）方案2：“土工膜護底”防滲方案；

（3）方案3：“瀝青混凝土面板護底”防滲方案。

3 庫底防滲方案綜合比選

3.1 工程應用性

從工程應用角度分析，混凝土面板防滲應用最廣泛，設計、施工及運行、檢修經驗最豐富。瀝青混凝土面板防滲近年來應用較多，有一定的設計、施工經驗。土工膜防滲目前應用較少，尤其是在嚴寒地區的應用經驗較為欠缺。

3.2 材料耐久性

從材料耐久性分析，三種材料從性能上均可滿足阜康抽蓄電站上水庫防滲要求，其中，鋼筋混凝土、瀝青混凝土均有在寒冷地區已建工程的經驗，且運行良好，土工膜在國內僅在氣候溫和的南方地區江蘇溧陽，和氣候較冷的北方山東泰安地區有應用，在更加寒冷的地區還沒有應用的實例。因此，三者材料耐久性均可滿足工程要求，但混凝土與瀝青混凝土在寒冷地區積攢的經驗較土工膜更為豐富。

3.3 適應基礎變形條件

鋼筋混凝土面板為剛性薄板結構，在均一基礎條件下效果較好，但適應地基變形能力較差，對基礎要求高。土工膜是典型的柔性結構，具有很好的彈性和適應變形的能力，其適應庫底深厚碾壓回填區不均勻沉降能力非常強，對基礎要求、庫底回填料料源及填筑碾壓標準相對于鋼筋混凝土面板和瀝青混凝土面板均較低。瀝青混凝土面板屬柔性防滲結構，面板變形模量小，不需要設置接縫，適應基礎不均勻沉陷變形能力相對較強（介于鋼筋混凝土面板和土工膜之間），不易產生裂縫。從適應基礎變形角度，土工膜與瀝青混凝土均為柔性結構，但因阜康氣候嚴寒，采用改性瀝青，瀝青混凝土柔性受到一定的抑制，因此，土工膜結構最適應基礎的不均勻變形，瀝青混凝土面板次之，鋼筋混凝土面板最差。

3.4 防滲效果

鋼筋混凝土面板綜合滲透系數1×10-7cm/s，防滲性能好。根據規范DL/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》計算，庫底混凝土面板滲漏量為1131m3/d（13.1L/s），綜合日滲漏量約占總庫容的0.29‰。土工膜（HDPE）滲透系數小于5×10-11cm/s，一般可達5×10-12cm/s，土工膜正常滲漏量和缺陷滲漏量經估算總量為804m3/d（9.3L/s），庫盆綜合日滲漏量約占總庫容的0.25‰。瀝青混凝土面板綜合滲透系數1×10-8cm/s，根據規范DL/T5411-2009《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》估算，瀝青混凝土面板護底滲漏量約為453m3/d（5.2L/s），綜合日滲漏量約占總庫容的0.20‰。從防滲性能分析，三種方案庫盆總滲漏量均滿足規范要求的允許范圍（0.2‰～0.5‰），其庫坡及壩體均采用混凝土面板防滲，防滲性能相當，僅在庫底有所區別，采用瀝青混凝土面板護底防滲效果最佳，土工膜護底次之，混凝土面板防滲效果最差。

3.5 工程投資

經計算，鋼筋混凝土面板護底方案工程投資17796萬元，土工膜護底方案工程投資10483.3萬元，瀝青混凝土面板護底方案工程投資15245萬元，從工程投資分析，土工膜護底方案工程投資最少，瀝青混凝土面板護底方案次之，鋼筋混凝土面板防滲方案最高。

3.6 比選結論

通過庫底防滲處理方案比選可知，方案1和方案3在寒冷地區工程應用性和材料耐久性經驗豐富，從適應基礎變形方面看，方案2最適應基礎的不均勻變形，方案3次之，方案1最差。滲漏計算表明，方案3最優。從經濟指標看，方案2最優，方案3次之。

方案2和方案3相比，方案3適應基礎變形能力適中，可滿足運用條件，防滲質量及防滲效果好，后期管理維護方便。土工膜自身接縫較多、焊接質量不易保證，且質量檢查與維修不便，維修周期較長，后期運行管理維護難度大，管理費用較高等不利因素，同時，在嚴寒地區，大型工程應用實例較少。從經濟比較，兩方案相差4761.7萬元，方案2較省，但從整個防滲系統投資來看，庫底防滲占比不大，因此，在其他條件允許的情況下，采用方案3，有利于提高防滲效果和耐久性。

綜合上述特點和不利因素，考慮到抽水蓄能電站上水庫水資源寶貴，從側重于保障施工質量、防滲效果和檢修維護管理方便方面考慮，推薦采用“瀝青混凝土面板護底”防滲方案。

4 結語

（1）考慮到新疆阜康抽水蓄能電站上水庫水資源寶貴，從側重于保障施工質量、防滲效果和檢修維護管理方便方面考慮，阜康抽水蓄能電站上水庫推薦采用“庫周混凝土面板+瀝青混凝土面板護底”防滲方案。

（2）庫底為半挖半填，填方厚度較大，庫底回填料近壩處最大厚度約40m，要加強庫底挖填分界線基礎處理及瀝青混凝土面板施工質量，避免產生不均勻沉降。