泰安抽水蓄能电站上库右岸面板水下检查及处理效果分析

2015-01-16郭玉嵘朱锦杰

大坝与安全 2015年4期

郭玉嵘，朱锦杰，吴伟

（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，310014）

1 工程概况

泰安抽水蓄能电站位于山东省泰安市西郊的泰山西南麓，距泰安市5 km，为日调节纯抽水蓄能电站，工程规模为一等大（Ⅰ）型工程，由上水库、输水系统、地下厂房、下水库、地面开关站等建筑物组成。

上水库位于泰山南麓横岭北侧的樱桃园沟内，由混凝土面板堆石坝、右岸面板、上水库进/出水口、库盆及其防渗措施等组成，水库正常蓄水位410.00 m，死水位386.00 m，工作深度24 m，水库总库容1 168万m3。混凝土面板堆石坝最大坝高99.8 m，坝顶长540.46 m，坝顶高程413.80 m，上下游坝坡比分别为1∶1.4和1∶1.5。大坝右岸横岭距坝轴线818 m范围的岸坡设置钢筋混凝土面板，面板坡度为1∶1.5，厚0.3 m，岸坡面板下游侧与堆石坝防渗面板相接，其间布置了上水库进/出水口。库盆防渗形式采用钢筋混凝土面板与库底土工膜及垂直防渗帷幕相结合。库底回填石渣区采用土工膜水平防渗，土工膜与大坝面板及右岸岸坡面板相接；在左岸及库尾将土工膜埋入库底观测廊道的侧墙顶部混凝土中，廊道基础设锁边帷幕。

泰安抽水蓄能电站于2001年7月开工建设，上水库于2005年5月31日开始蓄水，2005年9月28日蓄至死水位386.00 m，2006年2月4日蓄至391.20 m，2007年4月10日首次蓄至正常蓄水位410.00 m。

2 右岸面板防渗与排水设计

右岸面板承受最大水头约35 m，采用0.30 m等厚度。面板下铺80 cm厚的碎石垫层，垫层料按排水料设计，最大粒径80 mm，渗透系数要求5×10-3cm/s。右岸趾板与面板、连接板与面板之间设周边缝；面板设垂直伸缩缝，不设水平伸缩缝及施工缝。垂直伸缩缝间距采用12 m，按张性缝设计。右岸面板（不含进/出水口部位）共分为59块，进水口上游侧有32块，下游侧有27块。

在进/出水口上下游侧的面板底部，趾板基础高程通长设置ϕ150 mm土工管，并每隔10 m在趾板底部垫层混凝土内设一横向ϕ100 mm土工管（见图1），连通趾板面板底部的土工管与库盆垫层料内的土工管，在趾板与库底廊道相接处土工管通入廊道内，增加其排水效果，土工管均外包100 g/m2土工布。为排出右岸面板下的渗水，兼作观测用，在右岸面板下横岭山体内设一排水观测洞（见图2）。排水观测洞总长120 m，在排水观测洞拱肩处设置13个ϕ110@10 m排水孔，与该段对应的右岸面板趾板后部的纵向排水土工管相连。在排水观测洞口的排水沟内设置一个三角形量水堰，观测运行期该段面板的渗水情况。

3 右岸面板渗漏量分析

库盆采用钢筋混凝土面板与库底土工膜及垂直防渗帷幕相结合的防渗方式。为监测库盆渗漏量，在库底廊道和右岸排水洞布置量水堰，分别监测库底土工膜和右岸面板渗漏量。

库底土工膜渗漏量受气温影响明显，扣除库水位变化等其他影响，冬季渗漏量明显大于夏季。流量从2008年开始逐年降低，2011～2013年测值稳定，无趋势性变化。

2006年4月7日右岸面板开始渗水，但量值较小，未观测渗漏量。2008年1月观测至今，渗漏量呈逐年增大的趋势，年最大渗漏量从2008年0.37 L/s增至2013年3.22 L/s，年平均渗漏量从2008年0.21 L/s增至2013年2.03 L/s（见图3），与面板垫层渗压计Pa5、Pa6水头（见图4）存在明显相关性。Pa5、Pa6水头分别在2010年底和2007年底开始出现趋势性变化，总体受温度变化影响，高温季节渗漏量减小，低温季节渗漏量增大，2013年底最大水头分别为4.24 m和9.59 m。据此可认为：（1）右岸面板渗漏量2007年底出现与温度相关的趋势性增加，说明右岸面板防渗体系局部出现破坏，可能是面板接缝止水破坏或者面板出现裂缝；（2）面板后垫层料内渗压计Pa5、Pa6水头存在与库水位相关的趋势性增加，说明渗漏通道在Pa5、Pa6附近（即右岸面板与进/出水口连接处，见图5）。

图1 右岸面板趾板底部排水水工管结构图Fig.1 Structure of drainage pipeline at right bank concrete face plinth

图2 右岸面板排水洞布置图Fig.2 Distribution of drainage holes under right bank concrete face

图3 防渗体系渗漏量过程线Fig.3 Process line of measured seepage

图4 右岸面板垫层渗压计测值过程线Fig.4 Process line of measured water level by osmometers at right bank concrete face cushion zone

综上所述，库底土工膜渗漏量较小且稳定，防渗效果总体较好。右岸面板与进/出水口连接处可能存在面板裂缝或者接缝止水破坏而出现渗漏，虽然现阶段上述防渗体系局部破坏引起的渗漏量量值不大，水质清澈，但是出现逐年增大的趋势，为防止出现更大的渗透破坏，应进行水下检查，查清破坏状况，以便采取工程措施。

图5 渗压计Pa5、Pa6测点位置Fig.5 Distribution of osmometers Pa5 and Pa6

4 水下检查及处理效果分析

2014年8月下旬进行了上库水下检查，主要是上库进/出水口周边面板及其结构缝水下检查。检查时采用近观目视和墨汁法相结合的方法，主要检查面板混凝土有无破损、渗漏，周边缝是否存在变形、错台及渗漏。

检查结果表明：（1）右岸面板结构缝共存在21处渗漏点（见图6a），其中：26号面板结构缝止水盖片左右侧共有12处明显渗漏点，1处轻微渗漏点，渗漏点位置主要集中在395 m高程以下；25号面板结构缝止水盖片左侧有3处渗漏点；24号面板结构缝止水盖片右侧有1处渗漏；23号面板结构缝止水盖片左侧和交接处各有1处渗漏点。（2）进/出水口区域面板及结构缝发现7处破损渗漏，其中3处大量渗漏，3处明显渗漏，1处轻微渗漏。破损最明显的部位为进/出水口右侧导墙与面板夹角处（见图6b），夹角处结构缝止水胶皮脱落，结构缝右侧面板局部断裂，断裂严重部位长度约为1.2 m，向右继续有错综交叉的裂缝，裂缝最大宽度不超过1 cm，最长的一条已经贯穿一整块面板到达相邻结构缝，裂缝上下断裂形成错层，错层间距最大为12 cm，其他5～10 cm不等，此处渗漏量较大。同时进/出水口6号面板结构缝止水盖片断裂，有明显渗漏。

在进/出水口区域面板及结构缝水下检查发现渗漏点时，即采用棉絮、布条和SXM等止水材料对其进行临时封堵，具体方法是：先将棉絮用布条绑扎成条状结构，对裂缝进行临时堵漏，然后将拌制好的SXM止水材料（固化快并具有较高的强度）对裂缝进行封堵。

图6 水下检查发现主要渗漏点Fig.6 The main seepage found by underwater inspection

右岸面板渗漏点临时封堵后，渗漏量由处理前1.63 L/s降至0.34 L/s，至2015年1月份最大渗漏量为2.38 L/s，略小于去年同期的3.31 L/s。渗压计Pa5、Pa6水头分别由封堵前的1.82 m、6.14 m降至无压，但随着气温降低，Pa5、Pa6水头出现增加，至2015年1月最大渗压水头分别为4.25 m和8.96 m，相比去年4.24 m和9.59 m无明显减小。临时处理后，面板后渗漏量及渗压计水头均出现大幅度降低，可见临时处理效果明显，基本封堵了主要渗漏通道，但随着温度降低，面板结构缝止水及面板裂缝张开，棉絮、布条等临时封堵材料随水流流失、破坏，渗漏通道重新出现，具体表现为渗压计水头、渗漏量与去年基本相当。

水下检查结果与观测资料分析结果共同证明：进/出水口右侧导墙与面板夹角处渗漏引起Pa5、Pa6处压力水头增大，夹角处结构缝止水胶皮脱落，面板出现1.2m断裂和多条裂缝，此处为主要渗漏通道。

综上，临时处理对检验渗漏通道位置有一定作用，但未能永久封堵渗漏通道，经过一段时间运行后，渗漏通道的渗压水头、渗漏量恢复原样。

5 防渗体系安全性分析及建议

右岸面板主要渗漏通道位于进/出水口右侧导墙与面板夹角部位。进/出水口右侧导墙与面板夹角部位正对1号进/出水口边墙结构缝，2号进/出水口墙外超挖部分超过20 cm的回填了C15混凝土，1号进/出水口墙外超挖部分未回填混凝土，直接回填垫层料。由于空间狭小，采用人工夯实难以达到机械碾压的密实度，而且超挖部位回填垫层料厚，压缩后形成的空腔大于其他部位。开始面板裂缝少量漏水将垫层料细粒带走，形成较大的脱空范围，进而造成面板断裂。此外，断裂部位正对进/出水口边墙结构缝，可能也起了诱导作用。

面板破坏是局部的，断裂部位形成错层，下部面板下沉。渗漏主要原因是面板下部的小区料、垫层料沉降变形或是流失，导致面板与止水的拉裂，渗水进一步搬运细颗粒，形成一定的脱空。小区料、垫层料未流失，仅是局部分布不均匀，且渗漏量值较小，水质清澈，因而整个防渗体系目前是可靠的。但应采取措施限制其发展，并建议对右岸排水廊道、右岸水位观测孔KUP4及KUP10、坝后量水堰等加强观测，注意上库低水位（死水位386.0 m）时对该部位面板的巡视，及时对上水库渗漏部位进行修复处理。