某抽水蓄能电站上库渗漏量突增原因分析及处理措施

(1.国网新源控股有限公司 技术中心，北京 100161； 2.山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司，山东 泰安 271000)

由于水位变幅频繁，抽水蓄能电站对大坝和防渗体系的要求较高[1]。土石坝渗漏问题最为普遍，根据我国溃坝事故统计资料，在中小型土石坝失事的案例中，有29.1%是渗漏原因导致溃坝。为了电站长期安全稳定运行，必须及时对其健康状况进行诊断和评估，提供有效的防护和修补措施。针对某抽水蓄能电站上库渗漏量突然增大现象，采取理论研究与现场检查等方式对渗漏原因及部位进行了分析，并采取相应的措施进行了补强加固。

1 工程概况

某抽水蓄能电站由上库、输水系统、地下厂房系统和下库等建筑物组成。上库正常蓄水位410.00 m，相应库容1 096.93万m3；下库正常蓄水位165.00 m，相应库容2 234.72万m3，为不完全年调节水库。地下厂房布置4台单机容量为250 MW的单级混流可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1 000 MW。

上库由混凝土面板堆石坝、进/出水口、库盆及其防渗设施等组成，正常蓄水位410.00 m，设计洪水位411.08 m(P=0.5%)，校核洪水位411.46 m(P=0.1%)，死水位386.00 m，水库工作深度24 m。总库容1 168.1万m3，发电有效库容895.11万m3。挡水坝为钢筋混凝土面板堆石坝，坝顶高程413.80 m，坝顶长540.46 m，最大坝高99.80 m，坝顶宽10.00 m。库岸基岩边坡开挖坡比为1 ∶0.7，防渗面板坡比为1 ∶1.5。库盆防渗采用钢筋混凝土面板与库底高密度聚乙烯土工膜及垂直防渗帷幕相结合的综合防渗方案。

电站上库2017年1月1～30日坝后渗漏量缓慢增大，1月30日坝后渗漏量达到23.81 L/s，1月31日14：00渗漏量突然增大至27.62 L/s，2月1日7：00增大到30.71 L/s，2月2日坝后渗漏量增到34.75 L/s，2月3日7：00坝后渗漏量35.52 L/s。控制水位运行后至2月22日坝后渗漏量最大值达到36.30 L/s。

右岸渗漏量由1月1日1.04 L/s至1月30日缓慢增大至1.88 L/s，1月31日14：00突然增大至4.54 L/s，2月1日7：00达5.88 L/s，8：00达6.28 L/s，至2月2日右岸渗漏量增大到7.28 L/s，控制水位运行后至2月22日右岸渗漏量最大值为7.43 L/s。在对右岸廊道观测孔进行巡视时，发现观测水孔有轻微颗粒物带出。

进/出水口两侧渗压计Pa5、Pa6，进/出水口扩散段底板渗压计Pj2、Pj3、Pj4测值大幅度增大。

2 渗漏原因分析

为了查明渗漏部位和渗漏原因，对上库进水口面板、右岸面板等部位进行了水下检查[2-3]。检查发现，上库进/出水口平台顶部水平缝、上部面板结构缝及右岸面板结构缝等都存在不同程度的破坏，渗漏现象明显。

上库进/出水口平台顶部水平缝是此次发现的主要渗漏点。进/出水口上部1～6号面板水平缝都存在不同程度的破坏，水平缝附近均出现错台现象，错台高度最大达3 cm，存在明显渗漏。4号结构缝和水平缝交接处止水盖片严重破损，混凝土发生挤压破坏，4号面板高于3号和5号面板，最大起翘高度为20 cm，存在大量渗漏。进/出水口右侧9～10号面板之间发现横向贯穿错台，错台最大高度为10 cm，混凝土破坏严重，10～11号结构缝止水盖片也存在破坏现象，结构缝附近发现裂缝。

将上库水位排放至382.00 m，放空库盆进行检查，对库盆混凝土面板及土工膜缺陷进行检查及修复。上库右岸面板渗漏位置主要集中在右岸面板0～2号结构缝与水平缝交接处、右岸面板0～2号和0～1号结构缝之间的底部斜向结构缝上，混凝土错台存在破坏现象，均沿着结构缝渗漏。上库右岸面板渗漏检查结果如图1所示。

通过检查面板发现，进/出水口392.00 m高程以下1～5号面板存在着大量的裂缝，面板呈破碎状，进/出水口左右侧面板也存在不同程度的裂缝缺陷，缺陷面板垂直缝及水平缝止水破坏严重，止水内的填充物流失明显，如图2～4所示。

上库一旦出现渗水，可通过排水盲管排入库底堆石体，在坝后量水堰能监测到。目前坝后量水堰渗漏量增加13 L/s左右。此外，渗水还有可能向右岸面板下的垫层料内、右岸排水廊道内渗漏。据观测，右岸排水监测廊道内的渗漏量由原来的1.04 L/s增大至7.43 L/s，渗水汇入坝后量水堰。因此，坝后量水堰增加的渗漏量一半来自于右岸排水廊道汇水。

图1 某抽水蓄能电站上库进/出水口及右岸面板主要渗漏位置示意

图2 进出水口上部面板缺陷状况

图3 3～4号面板水平缝缺陷状况

图4 1～5号面板水平缝变形及填充物流失状况

当水位放至382.00 m时，右岸排水廊道渗漏量为0.54 L/s，坝后量水堰渗漏量为14.34 L/s，而当回充水时，渗漏量呈明显增大的趋势，表明上库渗漏缺陷主要集中于进/出水口上部面板区域。

渗流监测数据表明，当库水位为397.50 m时，Pj2～Pj4、Pa5、Pa6渗压计的水位高程分别为383.56，393.12，389.42，381.25，387.44 m，渗压计测值与水位的相关性明显。进/出水口底板Pj3压力计测值最大，基本上接近于水头压力的大小，远大于进/出水口左右两侧的渗压计压力，说明进/出水口底板存在局部破坏的可能。

根据进/出水口两侧渗压计压力与库水位压力结果分析，随着库水位的下降和上升，渗压计的压力始终小于库水位的压力，表明进/出水口两侧面板存在反向渗压的可能性比较小，但是不排除进/出水口上部中间面板存在反向压力的可能。放水检查结果表明，在放水过程中1～4号面板水平缝部位都存在一定程度的破坏，内水外涌。进/出水口在库水位下降过程中水平向排水盲管难于及时排掉渗漏水，造成面板底部内侧水位下降缓于库水位，形成反向水压，造成面板顶托破坏。

通过以上分析得出，较大渗漏量均出现在上库进/出水口附近部位面板，而大坝及右库岸面板未发现明显破坏现象。初步分析原因如下。

由于进洞施工要求，进/出水口边坡开挖至1 ∶0.7坡比，而面板结构坡比为1 ∶1.5，面板下部形成较大的三角区域，此区域采用过渡料、垫层料填筑。由于空间狭小，施工较困难，局部夯实不密实，运行期产生不均匀沉降，面板结构缝及水平缝止水脱开。开始时，面板裂缝出现的少量漏水会将垫层料细粒带走，形成较大的脱空范围，进而面板不均匀沉降加大，造成面板错台，形成大量渗漏。

根据放水至382.00 m高程面板混凝土的破坏情况分析，面板下部存在长期反向水压的可能。面板由于不均匀沉降产生局部破坏后，库水渗入进/出水口上部面板下三角填筑区域，虽然填筑区域内设置了5根纵向排水盲管，通过2根横向排水盲管汇入进/出水口侧墙的盲管内，沿进/出水口底板盲沟排入库内，但是不排除排水盲管堵塞的可能。当库水位上升时，面板受压，库水渗漏至面板底部堆石料内；当库水位下降时，面板后排水不畅，对面板产生反推力，面板下部的水从缺陷部位渗出，同时伴随着填筑料的带出。加上2016年度该抽水蓄能电站长期高强度运行，面板正反向反复受力，填筑料频繁掏蚀，使面板产生破碎性破坏。

由以上分析得出，上库大坝面板、进水口部位的面板及防渗系统整体是安全的，但如任其发展，可能会给大坝的安全运行带来隐患，并对电站的运行效益产生较大影响，因此需尽快对上库渗水点进行处理。

3 处理方案

上库水下及放水检查出的缺陷主要集中在进出水口面板及结构缝破坏，进出水口顶部平台面板破坏尤为严重。监测数据表明，土工膜破坏的可能性较小。放水检查发现，进/出水口上部5块面板392.00 m处都存在严重的破碎现象，需凿除重新浇筑处理，进/出水口左右两侧面板也存在大量的裂缝，需按裂缝的宽度及贯穿性进行针对性的处理；水下检查发现，进出水口两侧面板372.40 m高程周边缝附近也存在不同程度的缺陷，需要修复处理。考虑工期、汛期及电网安全等因素，采取库盆放水至381.00 m高程，对该高程以上混凝土面板及其下方垫层、部分过渡层缺陷进行干地施工修复。

3.1 混凝土面板缺陷检查

在水库放水过程中，对381.00 m高程以上整个库盆混凝土面板进行缺陷普查。面板应力集中及结构缝部位易出现缺陷现象，需重点关注，尤其需对进/出水口附近混凝土面板缺陷进行详细检查。采用探地雷达对混凝土面板掏空程度进行检查，对表面裂缝和止水结构进行全面普查。

3.2 混凝土面板缺陷处理

根据目前对缺陷的检查情况，进出水口上部1～5号面板392.00 m高程以下破坏严重，呈破碎状。此次混凝土面板处理原则及总体方案为：①面板下部增加排水设施，便于下渗水及时排出；②修复面板缺陷，保证缺陷部位不再渗漏；③面板上部涂刷聚脲封闭，利用聚脲与混凝土的高度适应性，对面板混凝土进行保护；④对上库进/出水口高程382.50 m平台存在的较多裂缝采用固结灌浆和表面缺陷修复的方式进行处理。

3.2.1 面板下部增加排水设施

考虑到进/出水口上部面板排水盲管存在排水不畅问题，在面板下部横向增设4根PE排水花管，花管外包土工布。为进一步增强面板下部排水能力及降低边坡内水头压力，在右岸排水廊道最端部朝进/出水口方向及面板方向打排水孔，增设不少于8个Φ90 mm排水孔，长度约30 m；同时从进/出水口1号面板下部侧向打2个Φ110 mm排水孔至右岸排水廊道。

3.2.2 面板缺陷修复

放水检查结果表明：面板缺陷有裂缝、结构缝止水破坏、面板局部破损、面板底部填筑料掏空、面板严重破碎及错台、进/出水口上部结构缝裂缝等。对382.50～392.00 m高程1～5号面板进行凿除再浇筑混凝土处理。面板凿除以后，根据垫层料的冲蚀情况，确定垫层料的开挖深度和范围，若发现过渡料有被冲蚀的迹象，将过渡料表层1.0 m挖除，再按原设计级配要求进行回填。新浇的1，3，5号面板中部水平缝后增设渗压计进行监测，渗压计电缆穿镀锌钢管埋入垫层料内，从混凝土面板侧边铜止水上部穿出，埋入垂直缝中，就近牵引至相应的现场测站内。

3.2.3 面板表层封闭处理

为增加混凝土表面抗渗性能，确保工程的长期安全运行，对面板缺陷部位及新浇筑的面板混凝土表面涂刷4 mm厚聚脲进行封闭，涂刷范围超出混凝土修补边缘1.0 m，需要跨结构缝，可选择覆盖原(新)止水结构跨缝涂刷。

3.2.4 进/出水口高程382.5 m平台处理

上库进/出水口高程382.5 m平台存在较多的裂缝处理痕迹，且工程开挖期间揭露的两个进/出水口之间的岩台部位岩体较为破碎，存在形成渗漏通道的风险。为防止该部位出现渗漏情况，采用固结灌浆和表面缺陷修复的组合处理方式。

3.3 混凝土面板缺陷处理方案

3.3.1 混凝土裂缝处理方案

(1)对Ⅰ类裂缝采用裂缝表面遮盖封闭处理措施，可涂刷聚脲涂料对裂缝表面进行封闭。

(2)对Ⅱ类裂缝采用缝内灌注低粘度改性环氧化学材料填充补强混凝土裂缝，裂缝表面涂刷聚脲涂料封闭。

(3)对Ⅲ类裂缝采用缝内灌注无溶剂环氧化学灌浆材料(宽缝选用)或低粘度改性环氧化学材料填充封堵混凝土裂缝，裂缝表面涂刷聚脲涂料封闭。

3.3.2 表层止水破坏处理方案

对因面板挤压、张拉裂开破坏的表层止水及原水下修复直接覆盖的止水，均将原表层止水进行清除，并重新修复止水。处理程序：基面处理→嵌填SR止水材料→粘贴SR柔性盖片。

如遇结构缝混凝土较大范围破损，影响盖片等表面结构固定密封，则以氯丁砂浆先行修补，恢复原结构缝沟槽形状，随后再恢复结构缝表面止水结构(见图5)。

图5 结构缝混凝土较大破损处理示意

3.3.3 面板局部破损处理方案

混凝土面板受挤压破坏或局部受损，需对破坏混凝土进行修补。处理程序：凿除破碎面板→回填混凝土→表层涂刮聚脲→止水修复。

3.3.4 面板垫层掏空处理方案

通过探地雷达对面板进行掏空检查，面板下层存在掏空时，采用回填及灌浆进行处理。回填、灌浆处理程序：钻孔埋设灌浆嘴→无压或低压灌注充填中粗砂→无压或低压灌注水泥浆。

3.3.5 面板严重破碎、错台处理方案

面板严重破碎、错台时，其底部垫层会伴有掏空现象，铜止水及表层止水也基本上受损。放水检查时进/出水口上部4号面板就存在严重错台现象，4号面板高于3号和5号面板，最大起翘高度为20 cm，结构缝和水平缝交接处止水盖片严重破损，混凝土发生挤压破坏，渗漏严重；进/出水口上部392.00 m高程以下1～5号面板严重破碎。因此对于破碎、错台较严重的面板，需对面板进行凿除，回填填筑料，重新浇筑面板处理。处理程序：面板凿除→填筑料回填→面板浇筑→表面涂刷聚脲涂层[4-6]。

3.3.6 进/出水口高程382.5 m平台处理方案

上库进/出水口高程382.5 m平台存在较多的裂缝处理痕迹，且工程开挖期间揭露的两个进/出水口之间的岩台部位岩体较为破碎，存在形成渗漏通道的风险。为防止该部位出现渗漏情况，采用固结灌浆和表面缺陷修复的组合处理方式。

3.3.7 表层修复处理方案

考虑到此次水库放水机会难得，为提高工程长期运行的安全性，对面板表层喷涂一道聚脲涂层进行保护，以提高面板混凝土的耐久性能，特别是抗冻融性能。对混凝土基面进行清理，如有孔洞、裂缝等缺陷应按照之前提到的裂缝处理，冲洗晾干后，涂刷两道环氧底漆，表干后，整体涂刷聚脲涂层，涂层厚度2 mm为宜。

3.4 处理效果

经过上述处理后，9月1日至11月6日坝后渗漏量平均值为12.42 L/s，右岸渗漏量平均值为1.27 L/s。与治理前坝后渗漏平均值31.70 L/s和右岸渗漏平均值5.23 L/s相比分别减小60.8%和75.7%，治理效果明显，达到了预期目的。

4 结 语

根据渗流量、渗压计等监测数据的分析，以及通过采取水下检查和水库放空等措施，查明了水库渗漏的原因，根据缺陷部位，分区域通过采取面板修复、对进/出水口平台灌浆等措施，上库渗漏突增情况得到有效处理。

今后在电站运行过程中，应密切关注新布置的渗压计渗压水头变化情况，重点关注3个新增排水孔的渗水变化情况以及进出水口两侧及进出水口内部渗压计的渗压水头变化情况，对于趋势性变化应及时跟踪处理，避免再次因面板后反向水压力造成面板破坏。总之，进出水口部位结构复杂，运行过程中难免会出现各种缺陷，造成渗漏量增大，应定期对进出水口部位进行水下检查，发现缺陷及时处理，避免缺陷扩大造成更大的隐患。