抽水蓄能電站水庫防滲技術(shù)分析

魯恩龍

黑龍江牡丹江抽水蓄能有限公司 黑龍江牡丹江 157000

抽水蓄能電站水庫滲漏問題會給電站自身的運(yùn)行帶來極大的影響，從而使得電站的經(jīng)濟(jì)效益受到影響，嚴(yán)重的滲漏會造成區(qū)域破壞，從而影響水庫自身的穩(wěn)定性和水庫的使用效果，更嚴(yán)重還會導(dǎo)致區(qū)域山體崩塌或是建筑物失穩(wěn)等問題，形成較為嚴(yán)重的災(zāi)害。為此，需要結(jié)合水庫的實(shí)際情況做好防滲工作，從而減少其他的問題出現(xiàn)。根據(jù)當(dāng)前相應(yīng)的原則，日調(diào)節(jié)水庫每晝夜的漏水量不能超過總庫容的0.05%。因此，一般情況下需要做好防滲處理和細(xì)節(jié)改善，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面做好調(diào)整，同時(shí)還要結(jié)合地區(qū)情況選擇對應(yīng)的防滲工作，以此達(dá)到相應(yīng)的效果。

1 抽水蓄能電站水庫滲漏特點(diǎn)分析

1.1 滲漏水頭高

抽水蓄能電站位置常選在地形較高的區(qū)域，上下庫的位置間隔一般會超過300m之上，甚至部分地區(qū)已經(jīng)超過1000m，一般情況下上庫的建設(shè)位置都比較極端，其地勢比較特殊。因?yàn)檫@種區(qū)域一般空間比較大，但它們普遍都存在一些特殊現(xiàn)象，部分區(qū)域會有較大的斷層，而且自身還會存在裂隙密集帶，在透水性方面比較強(qiáng)，同時(shí)地下水位也比較低。當(dāng)向庫中蓄水后，水庫的自身會形成較大的水位差，地下水的滲流速度和滲透壓力也會不斷增大，從而使得一些不同的區(qū)域會出現(xiàn)滲漏，嚴(yán)重則會向鄰谷滲漏。由于自身的水頭高，庫水滲漏則會造成較大的損失。

1.2 庫水位大幅度急劇變化

由于電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的需求，抽水蓄能電站水位變化比較頻繁，一些電站可以達(dá)到每日近30次，當(dāng)電站機(jī)組滿發(fā)電或滿載抽水時(shí)，水位的變化幅度相對比較大，而且自身的變化幅度比較明顯，水位的變化可能會在每小時(shí)5m之上，甚至可能達(dá)到每小時(shí)10m，所以一天水位的變化在30米－50米之間也是比較常見的現(xiàn)象。造成這種現(xiàn)象會對水庫周圍的建筑或是地形造成巨大的影響，因?yàn)樗坏拇蠓茸兓瘯o周邊破帶來較強(qiáng)的壓力，長期的情況下很容易出現(xiàn)一些問題，從而形成細(xì)微的裂縫等，水庫的滲透壓力具有一定的周期性變化，長期的情況下即便是較好的防滲材料出現(xiàn)“干”和“濕”兩種狀態(tài)交換也會出現(xiàn)質(zhì)量的問題，再加之每天承受水庫防水和沖水的作用力，很容易出現(xiàn)一些其他的問題，從而給水庫自身的周邊破形成破壞，甚至還會導(dǎo)致庫岸出現(xiàn)其他的問題與現(xiàn)象[1]。

1.3 垂直滲漏

為了能夠在短距離內(nèi)獲得較高的水頭差，抽水蓄能電站往往追求上下庫進(jìn)出的距離，上下庫之間的地下水往往會影響水力自身的情況，廠房一般會建設(shè)在深林之中，如果采用首部式布置或是中部式布置，則水庫上端的距離并不會很遠(yuǎn)。一般情況下排水系統(tǒng)都會安置在地下通道之中，這也使得周邊的水位受到一定的影響，山體的地下水位會高于水庫的水位，水庫中的水會通過一些部位的細(xì)小裂痕向外滲漏，從而形成垂直滲漏的形式。一旦形成滲漏的通道則會導(dǎo)致長期的水流溶蝕和沖刷，這樣會使得滲漏通道不斷加大，水庫的耗損量也在不斷增加，同時(shí)還可能造成較大的集中滲流，對水庫自身形成一定的破壞，嚴(yán)重危及周邊的坡體以及壩體等工程安全。

1.4 防滲結(jié)構(gòu)的自身滲透穩(wěn)定問題

由于一些特殊的原因造成防滲結(jié)構(gòu)的破損，從而引起漏水的原因，這會造成防滲護(hù)面后的庫岸或壩體相對比較高。在水庫驟降時(shí)，浸潤線不會很快降低，在這樣的情況下自身很可能會受到其他方面的影響，從而造成損壞，進(jìn)而還會影響滲透的一些問題，從而造成周邊土體的受損，以此帶來一定的破壞影響。因此，防滲結(jié)構(gòu)需要安排可靠的排水系統(tǒng)，同時(shí)還要降低浸潤線，從而消除存在的壓力問題，保障自身的安全性。排水系統(tǒng)的收集可以通過滲漏水和地下水回補(bǔ)給水庫。

另外，當(dāng)表面防滲結(jié)構(gòu)細(xì)微裂縫存水時(shí)，在一些寒冷的季節(jié)很容易出現(xiàn)凍結(jié)的問題，而且當(dāng)氣溫有所回升時(shí)候又會融化，這種反復(fù)的凍結(jié)和融化會使得一些裂縫更加嚴(yán)重，從而出現(xiàn)凍脹破壞等問題，針對此類問題需要及時(shí)采取有效的方法做好改善，并采取有效的保護(hù)措施。

2 水庫防滲技術(shù)分析

2.1 壩體防滲

從工程經(jīng)濟(jì)性的整體作出考慮，抽水蓄能電站上庫大壩的一般會建在比較特殊的地形上，壩基因?yàn)樵诮ㄔO(shè)的時(shí)候條件比較苛刻，通常都會采取一些措施或是材料進(jìn)行彌補(bǔ)。在具體解決土石方挖填平衡的問題時(shí)，大多數(shù)項(xiàng)目工程都選擇了建設(shè)土石壩，這種建設(shè)工作在具體的開展過程中需要考慮到水位的問題，從而確保自身的整體穩(wěn)定性。如果地形和條件比較理想，可以采用混凝土重力壩和拱壩等形式，這種形式具有較好的優(yōu)勢，能夠適應(yīng)一般的水位變化。如果土壩在平均1.1m/d的水位下降條件下很容易造成一些其他的問題，因?yàn)橥翂魏茈y適應(yīng)這種速度的水位下降，除非利用一些混合建設(shè)進(jìn)行搭配，不過混合建設(shè)自身具有一定的復(fù)雜性，而且在經(jīng)濟(jì)方面需要付出的比較多。

水位變幅大的土石壩防滲技術(shù)方面多采用鋼筋混凝土面板和瀝青混凝土面板以及石心墻等進(jìn)行銜接。這種結(jié)構(gòu)的防滲結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度比較高，但是在結(jié)構(gòu)上存在多處接縫，接縫的存在很可能會使得一些其他問題的出現(xiàn)，長期的使用情況下很可能會因?yàn)椴痪鶆虺料菰斐擅姘宄霈F(xiàn)裂縫或是接縫防滲效果失效，而且混凝土的防滲效果不如瀝青混凝土。隨著當(dāng)前我國相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，堆石沉陷量已經(jīng)能夠得到一定幅度的改善，從而使得面板得到全面的調(diào)整。同時(shí)，通過采取多種不同的手段使得混凝土的抗裂性不斷提高，這種防滲形式在國內(nèi)抽水蓄能電站得到較好的普及以及運(yùn)用[2]。

瀝青混凝土面板有較好的塑性和柔性，適應(yīng)變形的能力比較強(qiáng)，而且應(yīng)變數(shù)值可以達(dá)到2%-5%，在庫水壓力的作用下，他們可以作為支撐的堆石體使用，從而減少不均勻沉降的問題，該面板能夠很好的適應(yīng)變形等問題，而且不會輕易的形成裂縫，在具體的選擇過程中需要根據(jù)工程需求做好材料的篩選，結(jié)合區(qū)域地形結(jié)構(gòu)以及其后做好調(diào)整，以此保障瀝青混合料能夠適應(yīng)區(qū)域的條件。一般情況下瀝青混凝土的滲透系數(shù)會在1×10-8cm/s以下，其自身的防滲性能比較理想，同時(shí)還不存在其他的破壞問題。瀝青混凝土的自身結(jié)構(gòu)比較簡單，而且在施工的過程中比較快，不會出現(xiàn)一些其他的問題，在這樣的情況下可以防止一些裂縫以及其他問題，從當(dāng)前整體的測試來看，在240m水頭下不會出現(xiàn)透水，而且經(jīng)歷長期的使用其自身仍然具備較好的防水性能，由于斜面板自身需要做好修補(bǔ)工作，其老化問題及其他問題比較容易解決，這也使得瀝青混凝土使用范圍比心墻更加廣泛，這種手段在當(dāng)前歐洲的一些蓄能電站中采用的比較多，該項(xiàng)技術(shù)的在具體的使用過程中需要重視其局部的不均勻沉陷問題，不均勻沉陷會形成一定的張力，從而出現(xiàn)裂縫和滲漏的問題[3]。

2.2 巖石地基防滲

當(dāng)巖石地基由于一些其他的因素造成透水性比較大的問題時(shí)，地基內(nèi)部的滲流可能融入壩體之中，這樣不但會使得壩體浸潤線會升高，還會導(dǎo)致壩體自身會受到?jīng)_刷。因此需要結(jié)合實(shí)際情況做好相關(guān)的細(xì)節(jié)工作，通過有效的方法做好改善。一般情況下都會進(jìn)行灌漿，通過有效的方式加固巖石，將原本滲漏的道路進(jìn)行封堵。通過長期的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，帷幕底部深入到不透水層會導(dǎo)致兩端延伸至水庫蓄水位之中，從而形成不透水層的相交問題，并與防滲的帷幕相接。帷幕灌漿的方向與巖體自身形成相交，并采用傾斜的方式形成垂直帷幕。

在巖溶的地區(qū)，帷幕灌漿不一定會起到作用，在一些國外的特殊區(qū)域，有相應(yīng)的專家進(jìn)行了測試，大壩的高度為77m，右岸夾層中灰?guī)r，巖溶和斷層的發(fā)育，并修建了60m深度和200m長度的灌漿帷幕，在進(jìn)行后續(xù)的操作方面出現(xiàn)了一些其他的問題，形成了泉眼，并采取了多種不同的形式進(jìn)行彌補(bǔ)，其中主要以帷幕灌漿形式進(jìn)行修補(bǔ)，雖然泉眼的流量實(shí)現(xiàn)了短暫控制，但是隨著時(shí)間的推移，泉眼還會不斷擴(kuò)張，從而出現(xiàn)較為嚴(yán)重的滲漏問題，這也使得滲漏問題沒有得到全面解決。

針對上述的問題，可以采用基巖建造混凝土防滲墻的手段。針對沒有修復(fù)成功的滲漏問題，可以采用對應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行開槽，然后在其中建設(shè)一個(gè)55m深，面積75000m2的基巖混凝土防滲墻，這樣能夠解決當(dāng)前存在的問題，而且利用這種手段所使用的資金為帷幕灌漿的三分之二，但是在防滲效果卻比帷幕灌漿更加理想。

2.3 覆蓋層地基防滲

垂直防滲技術(shù)的運(yùn)用目前已經(jīng)在地基處理中實(shí)現(xiàn)普及，一般在厚度0.6-1.2m的墻段之間實(shí)現(xiàn)結(jié)合緊密，可以較好的徹底截?cái)酀B透水流，從而達(dá)到完全止水的效果，而且該項(xiàng)技術(shù)可以適應(yīng)不同地質(zhì)的區(qū)域，在施工方面也比較理想，有利于更好的進(jìn)行機(jī)械化操作。在材料的選擇方面，一般會選擇普通的混凝土、鋼筋混凝土、塑性混凝土等多種進(jìn)行結(jié)合，在具體的選擇上需要根據(jù)地層情況以及區(qū)域條件進(jìn)行篩選，從而形成一定厚度和深度的防滲墻。

在松散透水的地基中使用較為普遍的是混凝土防滲墻，因?yàn)槠渥陨淼氖┕け容^快，而且費(fèi)用也比較低，能夠適應(yīng)的地形也比較多，大部分復(fù)雜的水文地質(zhì)以及施工條件其都能夠較好的適應(yīng)。但是它自身也存在一定的弊端，在造價(jià)方面上比黏土要高出1倍左右，在具體的施工中由于一些因素的干擾，可能會使得工程變得比較繁瑣，而且在抗裂方面并不是很理想，如果接縫方面沒有處理好，很可能會造成質(zhì)量方面的安全問題，并在后續(xù)使用的短暫幾年內(nèi)會出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，一旦被破壞就需要對整個(gè)水庫進(jìn)行加固，這樣會形成大量的損失。

在抽水蓄能電站中，壩基覆蓋層一般會采用上游鋪蓋的形式，一般會采用不同的形式進(jìn)行連接，并采用不透水的黏土進(jìn)行結(jié)合，并在重點(diǎn)部位進(jìn)行鋪設(shè)，從而達(dá)到防滲的效果。鋪蓋與壩體防滲互相結(jié)合，并結(jié)合實(shí)際情況延伸一段距離，延伸的水滲流比較理想，從而減少水力自身的對比，從而達(dá)到減少流量的目的。不過如果只是單獨(dú)使用這種防滲技術(shù)效果并不理想，由于自身的透水性比較大，在一些基礎(chǔ)比較弱的地基建設(shè)時(shí)會形成不均勻沉陷的問題，從而使得自身受到較大的破壞，所以這種技術(shù)一般都會采用在比較小的地基建設(shè)中，而且需要土的厚度達(dá)到一定的需求，才能有效使用[4]。

2.4 局部通道防滲

當(dāng)水庫自身周邊封閉條件比較理想時(shí)，相關(guān)人員只需要做好局部的防滲工作即可。在電站長期的運(yùn)作過程中避免不了會出現(xiàn)貫穿性的縫隙，一些區(qū)域甚至?xí)驗(yàn)榭p隙形成滲漏通道。在具體的工作中比較容易出現(xiàn)的問題是某種滲漏通道雖然延伸不遠(yuǎn)，不會直接貫穿到盆庫之中，但是他們與庫盆自身會形成一定的裂縫，透水巖體互相連接，從而形成一種特殊的滲漏效果。針對上述這種情況可以采取以下幾種方式：①對于規(guī)模比較大而且填充物比較多的滲漏通道應(yīng)該首選灌漿的形式進(jìn)行封堵，而且通過鉆孔與其不同的形式實(shí)現(xiàn)施工工藝的結(jié)合。滲漏通道的地表可以利用0.5-1.0m的混凝土進(jìn)行覆蓋，從而避免水流來回沖刷。②對于庫周邊的淺部普遍都會采用裂隙密集帶，并采用表面防滲的形式進(jìn)行鋪蓋，通過0.5m左右的混凝土或是鋼筋混凝土進(jìn)行改善，從而覆蓋裂隙，達(dá)到穩(wěn)固的效果[5]。

3 結(jié)語

綜上所述，抽水蓄能電站防滲工作是當(dāng)前的重點(diǎn)，需要給予一定的重視，同時(shí)相關(guān)的技術(shù)人員還需要根據(jù)滲漏的特征以及區(qū)域情況做好總結(jié)工作，以建筑物部位的水文地質(zhì)條件和工程地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，分析其滲漏特征和滲漏穩(wěn)定性，并從防滲效果、施工工藝、投資費(fèi)用、可靠性、易修復(fù)性等方面對各種可能的防滲措施進(jìn)行綜合比較，并采取有效的方法做好防滲基礎(chǔ)，以此確保抽水蓄能電站的穩(wěn)定運(yùn)行。