山西西龍池抽水蓄能電站下水庫(kù)滲漏分析及缺陷處理

馬 宇，肖維寶，李 軍，趙 磊，孫志恒，方文時(shí)

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 北京中水科海利工程技術(shù)有限公司，北京 100038；2.山西西龍池抽水蓄能電站有限責(zé)任公司， 山西 五臺(tái) 035503）

山西西龍池抽水蓄能電站下水庫(kù)滲漏分析及缺陷處理

馬 宇1，肖維寶2，李 軍2，趙 磊2，孫志恒1，方文時(shí)1

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 北京中水科海利工程技術(shù)有限公司，北京 100038；2.山西西龍池抽水蓄能電站有限責(zé)任公司， 山西 五臺(tái) 035503）

山西西龍池抽水蓄能電站下水庫(kù)混凝土在運(yùn)行中存在較嚴(yán)重的滲漏問(wèn)題，是工程主要的安全隱患。本文對(duì)滲漏原因、滲漏對(duì)工程安全運(yùn)行的影響等進(jìn)行了分析，提出了810m水位以上面板缺陷處理方案及施工工藝，對(duì)面板存在主要滲漏部位進(jìn)行了處理。經(jīng)過(guò)蓄水檢驗(yàn)，處理后下水庫(kù)滲漏量有明顯的減少，效果明顯，其處理技術(shù)對(duì)類(lèi)似工程具有良好的借鑒意義。

混凝土面板；滲漏；缺陷處理

1 工程概況

山西西龍池抽水蓄能電站位于山西省五臺(tái)縣神西鄉(xiāng)西河村滹沱河畔，電站裝機(jī)容量為1200MW（4×300 MW），采用可逆式水泵水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，年發(fā)電量為18.05億kW·h。西龍池抽水蓄能電站由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫(kù)、地面開(kāi)關(guān)站等建筑物組成，工程等級(jí)為Ⅰ等。下水庫(kù)位于神西鄉(xiāng)西河村，水庫(kù)采用開(kāi)挖、攔溝成庫(kù)，由一座主壩、一座副壩及巖坡庫(kù)岸圍庫(kù)而成。下水庫(kù)正常蓄水位838 m，死水位798 m。下水庫(kù)防滲采用混合襯砌方案，庫(kù)岸巖坡為混凝土面板襯護(hù)，主壩及庫(kù)底為瀝青混凝土面板襯護(hù)［1-2］。

混凝土面板沿庫(kù)岸軸線(xiàn)方向累計(jì)長(zhǎng)約1 055.3 m，自右岸向左岸共分為12個(gè)區(qū)，見(jiàn)圖1所示。YPQ1-YPQ3、YPQ5-YPQ8、YPQ10-YPQ11區(qū)的面板坡面坡比為1∶0.75，YPQ12區(qū)的面板坡面的坡度由1∶2過(guò)渡至1∶0.75，為扭面面板；YPQ4區(qū)的面板坡度為1∶1.2；YPQ9區(qū)的面板坡度為1∶0.8。YPQ3、YPQ4區(qū)的部分坡段面板坡度調(diào)整為1∶1.053，其余均為扭面。

混凝土面板采用厚度為40cm的等厚面板，只設(shè)垂直縫，不設(shè)水平縫。混凝土設(shè)計(jì)控制指標(biāo)：強(qiáng)度C25，抗?jié)B等級(jí)W8，抗凍等級(jí)F300［3］。

下水庫(kù)混凝土面板經(jīng)過(guò)運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，部分裂縫在施工期進(jìn)行化學(xué)灌漿處理造成混凝土脹裂破壞、混凝土面板表面防護(hù)層（聚氨酯涂層+玻璃絲布）存在普遍的老化脫落現(xiàn)象、面板存在裂縫、面板接縫部分表層止水滲漏［4］。為此運(yùn)行管理單位聯(lián)合中國(guó)水利水電科學(xué)研究院對(duì)混凝土面板滲漏問(wèn)題進(jìn)行了全面的檢查和論證分析，制定了有效的缺陷處理方案，并對(duì)面板缺陷進(jìn)行了修復(fù)處理，解決了長(zhǎng)期遺留的工程安全隱患。

2 下水庫(kù)滲漏分析

2.1水庫(kù)滲漏量及滲漏部位分析為了對(duì)下水庫(kù)滲流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，2008年5月21日下水庫(kù)蓄水到最低高程797.0 m，2008年10月20日蓄水至高程823.87 m，此后，蓄水位隨4#機(jī)組調(diào)試運(yùn)行，在高程823.87 m以下區(qū)域上下變動(dòng)。2009年5月28日，下水庫(kù)開(kāi)始放空檢查，至2009年6月5日完全放空。放空檢查后，對(duì)面板的接縫止水進(jìn)行了處理，2009年7月5日開(kāi)始繼續(xù)蓄水。2011年11月10日至27日下水庫(kù)水位進(jìn)行變幅試驗(yàn)，最高水位達(dá)到837.58 m，2012年4月5日，達(dá)到正常蓄水位838 m。

圖1 下水庫(kù)庫(kù)岸混凝土面板布置

圖2 下庫(kù)放空檢查前滲流量與庫(kù)水位關(guān)系曲線(xiàn)

從圖2中庫(kù)水位、滲流量觀測(cè)結(jié)果可以看出：從高程797 m到800 m，滲流量從2 L/s增大到6 L/s左右，從800 m到蓄水位823 m滲流量明顯增大，從6 L/s增長(zhǎng)到大于21 L/s。此后，隨著庫(kù)水位上下變動(dòng)，滲流量也隨著增加或減小。以上監(jiān)測(cè)結(jié)果表明滲流量與庫(kù)水位升降關(guān)系明顯：水位上升，滲流量增大；水位降低，滲流量減小。

在2009年6月對(duì)下水庫(kù)接縫止水進(jìn)行處理后，直至2012年9月25日對(duì)下水庫(kù)的滲漏情況進(jìn)行了連續(xù)的監(jiān)測(cè)，情況分析如下：

庫(kù)底廊道的總滲流量與下庫(kù)水位關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)下圖3。滲流量與庫(kù)水位呈正相關(guān)，滲流量隨庫(kù)水位升高而增大，隨庫(kù)水位降低而減小，滲流量的大小主要受庫(kù)水位影響為主。

下水庫(kù)水位變幅試驗(yàn)期2011年11月10日至27日、2012年4月5日至8日，下庫(kù)水位達(dá)到838 m正常蓄水位，在庫(kù)水位超過(guò)825 m以后，庫(kù)底廊道滲流總量超量程15.46 L/s，實(shí)測(cè)大于28.60 L/s。

圖3 下庫(kù)庫(kù)底廊道滲流量與庫(kù)水位關(guān)系曲線(xiàn)

從量水堰及排水孔觀測(cè)情況看，滲漏較大的部位位于混凝土面板YPQ3、YPQ8、YPQ9、YPQ10區(qū)和連接廊道處，主壩周邊檢查廊道及混凝土面板YPQ1、YPQ2、YPQ11、YPQ12區(qū)較小，瀝青面板區(qū)基本無(wú)滲流。

根據(jù)庫(kù)水位與滲漏量的關(guān)系、量水堰觀測(cè)成果及分區(qū)滲流量等分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果，得出如下結(jié)論。

（1）主壩瀝青混凝土面板區(qū)沒(méi)有滲水。

（2）混凝土面板分區(qū)滲流量較大的區(qū)包括YPQ3、YPQ5、YPQ6、YPQ8、YPQ9、YPQ10區(qū)及進(jìn)出水口連接廊道，其它分區(qū)滲流量較小。

（3）觀測(cè)成果表明量水堰滲流量大小與蓄水水位密切有關(guān)，下庫(kù)廊道內(nèi)滲流量在蓄水到811m、814 m、820 m高程以后均有一個(gè)明顯的增長(zhǎng)，因此，混凝土面板在811 m、814 m及820 m高程附近有導(dǎo)致滲流量增大的缺陷。

（4）下庫(kù)放空檢查時(shí)，庫(kù)底滲流量基本為零，這說(shuō)明庫(kù)底滲流量來(lái)自庫(kù)內(nèi)蓄水，岸坡地下水的影響較小。

（5）2011年11月以后，下庫(kù)水位815 m時(shí)，J006排水孔滲流量在3.12 L/s附近；下庫(kù)水位在825 m附近時(shí)，J006排水孔滲流量7.8 L/s，YPQ3區(qū)排水孔滲流量1.42 L/s；下庫(kù)水位大于830m時(shí)，J006排水孔滲流量9 L/s附近，混凝土YPQ3區(qū)排水孔滲流量8L/s附近。

下庫(kù)水位在815～825 m之間，最大滲流量15.94L/s，連接廊道排水孔滲流量占滲流總量50%以上，說(shuō)明在此高程區(qū)間進(jìn)出水口有明顯的集中滲流通道。

下庫(kù)水位在825～838 m之間，連接廊道排水孔滲流量增大不明顯，其滲流量約占滲流總量的40%；而YPQ3區(qū)滲流量明顯增大，說(shuō)明在825 m～838 m之間YPQ3區(qū)有明顯的滲流區(qū)，混凝土面板分區(qū)的總滲流量約占滲流總量的60%。

（6）混凝土面板與趾板縫的滲壓計(jì)觀測(cè)值較大的區(qū)域在YPQ3、YPQ4、YPQ5、YPQ6及YPQ7區(qū)，與庫(kù)水位直接相關(guān)。

2.2影響滲漏的主要因素分析

2.2.1 混凝土面板裂縫 下水庫(kù)混凝土面板是國(guó)內(nèi)坡度最陡的混凝土面板之一，坡度為1∶0.75，最長(zhǎng)面板110 m，面板下面為無(wú)砂混凝土墊層，為了保證面板的穩(wěn)定，采用排距為2 m×2 m的錨桿將面板錨固在巖基上，且底部設(shè)置有趾板廊道，加大了面板的約束，限制了面板的自由變形，因此，在混凝土內(nèi)易產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。

高陡混凝土面板的施工條件比常規(guī)混凝土面板更加困難?；炷潦┕げ捎玫氖腔９に嚕姘寤炷撩撃：笫苤亓ψ饔帽厝挥邢蛳禄瑝嬟厔?shì)，由于脫模后混凝土還處于塑性狀態(tài)，受混凝土附著力的影響，向上滑行的滑模對(duì)還未完全凝結(jié)的面板混凝土有較大的摩擦力，易將混凝土表面拉傷。另外，在如此陡的邊坡采用滑模施工，混凝土的施工質(zhì)量也不易保證，容易出現(xiàn)振搗不密實(shí)及面板表面起伏差大等問(wèn)題。面板為典型的薄壁長(zhǎng)板結(jié)構(gòu)，當(dāng)面板受約束產(chǎn)生拉應(yīng)力時(shí)，全斷面受拉，易形成貫穿性裂縫。

2007年9月，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)庫(kù)岸122塊面板裂縫進(jìn)行了普查，結(jié)果共查出裂縫569條，總長(zhǎng)4 994 m，其中寬度小于0.2 mm的裂縫162條，長(zhǎng)1 507 m，占裂縫總數(shù)的28.5%；寬度為0.2～0.3 mm的裂縫333條，長(zhǎng)2 842 m，占裂縫總數(shù)的58.5%；寬度大于0.3 mm的裂縫74條，長(zhǎng)644 m，占裂縫總數(shù)的13%［5］。面板裂縫基本上橫穿整個(gè)板塊寬度，多分布在板的中、下部位，對(duì)部分面板裂縫取芯檢查，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)芯樣的裂縫深度已貫穿面板。

西龍池下水庫(kù)年內(nèi)氣溫變幅很大，氣候干燥。對(duì)面板防裂不利，這不僅會(huì)在面板施工期產(chǎn)生較多的裂縫，在運(yùn)行期亦會(huì)產(chǎn)生新的裂縫。新裂縫包括兩部分，一部分為新出現(xiàn)的裂縫，另一部分為原有裂縫的繼續(xù)發(fā)展。面板運(yùn)行期的裂縫需予以關(guān)注，裂縫不僅影響耐久性，而且，隨著裂縫的發(fā)展就會(huì)引起滲漏。

2.2.2 接縫止水 面板接縫有周邊縫、受拉縫、受壓縫、池頂縫（頂部與防浪墻接縫）四種型式。針對(duì)面板各種結(jié)構(gòu)接縫的性質(zhì)，止水結(jié)構(gòu)采用不同的結(jié)構(gòu)型式，四種接縫均設(shè)兩道止水(表面柔性填料和底部紫銅片）。巖坡面板與庫(kù)底趾板廊道銜接處均設(shè)置周邊縫，YPQ1-YPQ2、YPQ5-YPQ12區(qū)的面板接縫均為受拉縫。除周邊縫和受拉縫以外的其它面板接縫為受壓縫。受壓縫與受拉縫在結(jié)構(gòu)上基本相同，只是頂部填料體積不同，YPQ3～YPQ4區(qū)的面板接縫均為受壓縫。

下水庫(kù)面板坡面較陡，且面板體形復(fù)雜，存在變坡、扭曲面及各區(qū)間面板的連接等，對(duì)面板接縫施工質(zhì)量要求較高。面板止水施工質(zhì)量雖總體合格，但在YPQ3區(qū)等局部止水T型接頭處表層止水施工質(zhì)量欠佳，止水表面鋼壓條與混凝土存在脫開(kāi)等現(xiàn)象，導(dǎo)致面板間結(jié)構(gòu)縫處存在滲漏，如YPQ3區(qū)7#—8#面板的接縫在808.2～817.8 m間存在10多處滲漏點(diǎn)。

面板頂部與防浪墻的水平接縫一般位于水庫(kù)正常蓄水位以上，但西龍池下庫(kù)YPQ1-YPQ3區(qū)面板頂部與防浪墻底部水平接縫的高程均在838 m以下，尤其是在YPQ3區(qū)，該水平接縫的高程位于830 m附近，這條水平接縫處的止水破壞后易產(chǎn)生滲漏。

2.3下水庫(kù)滲漏對(duì)工程安全及運(yùn)行的影響分析抽水蓄能電站的允許滲漏量宜根據(jù)抽水蓄能電站工程具體特點(diǎn)，綜合考慮水庫(kù)庫(kù)容大小、有無(wú)徑流補(bǔ)給、滲透穩(wěn)定要求以及水庫(kù)防滲形式等因素，采用合適的水庫(kù)滲流控制標(biāo)準(zhǔn)，庫(kù)盆日滲漏量不應(yīng)超過(guò)總庫(kù)容的1/2000。西龍池下庫(kù)的庫(kù)容為502×104m3，為純抽水蓄能電站，需補(bǔ)充地下水，水庫(kù)滲漏將造成經(jīng)濟(jì)上的很大損失，因此，水庫(kù)的滲漏應(yīng)采用較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。西龍池下水庫(kù)庫(kù)岸混凝土防滲面板的墊層為30 cm厚的無(wú)砂混凝土，庫(kù)水滲漏水引起無(wú)砂混凝土的溶蝕，隨著無(wú)砂混凝土溶蝕的發(fā)展，混凝土的強(qiáng)度將大幅度降低，甚至出現(xiàn)疏松破壞。一旦出現(xiàn)這種情況，對(duì)坡度很陡的庫(kù)岸邊坡的面板的穩(wěn)定將造成極其不利的影響，因此，應(yīng)設(shè)法減小或控制下水庫(kù)的滲漏，減小滲漏對(duì)無(wú)砂混凝土溶蝕的影響。

3 下水庫(kù)面板810 m水位以上區(qū)域缺陷部位處理

3.1面板裂縫的處理對(duì)于縫寬大于0.2 mm的裂縫，主要采用對(duì)裂縫內(nèi)部進(jìn)行灌漿，表面防滲封閉的方案［6］。主要施工工藝為：沿裂縫兩側(cè)鏟除覆蓋的聚氨酯涂層，表面打磨后清洗裂縫至干凈，沿混凝土裂縫兩側(cè)打斜孔與縫面相交，用高壓氣吹凈孔內(nèi)的粉塵，安裝灌漿嘴，用環(huán)氧膩?zhàn)訉?duì)裂縫表面進(jìn)行臨時(shí)封閉，采用高壓灌漿工藝進(jìn)行化學(xué)灌漿。待灌漿結(jié)束后，裂縫表面涂刮專(zhuān)用底涂界面劑，待界面劑指干后，涂刮聚脲并復(fù)合胎基布對(duì)裂縫進(jìn)行表面封閉。

對(duì)于縫寬小于0.2 mm的裂縫，僅采用表面涂刷SK手刮聚脲對(duì)裂縫表面封閉。

3.2面板縱向接縫處理下水庫(kù)面板坡面較陡，存在變坡、扭曲面及各區(qū)間面板的連接等，對(duì)面板接縫施工質(zhì)量要求較高，針對(duì)存在滲漏風(fēng)險(xiǎn)較大的縱向接縫進(jìn)行防滲處理，主要的施工工藝為：鏟除面板縱向接縫兩側(cè)覆蓋的聚氨酯涂層，然后對(duì)接縫兩側(cè)露出的混凝土、壓條和鐵蓋板表面進(jìn)行打磨，去除表面附著物和鐵銹，表面清洗干凈后修復(fù)兩側(cè)鋼壓條，在接縫表面涂刷底涂專(zhuān)用界面劑，待界面劑指干后，涂刷SK手刮聚脲材料。

3.3面板橫向伸縮縫處理并除覆蓋在橫縫兩側(cè)的聚氨酯涂層材料面板橫向伸縮縫位于YPQ3區(qū)高程830 m附近，長(zhǎng)178 m，這條水平接縫處的局部止水T型接頭處表層止水施工質(zhì)量欠佳，止水表面鋼壓條與混凝土存在脫開(kāi)等現(xiàn)象，易產(chǎn)生滲漏。主要的施工工藝為：打開(kāi)壓在原伸縮縫表層三元乙丙蓋板，檢查蓋板下面的GB填料是否填充密實(shí)，如果蓋板下面的GB填料缺失，用新GB填料填充密實(shí)，重新安裝三元乙丙蓋板兩側(cè)的壓條，壓緊表面蓋板，并對(duì)蓋板和兩側(cè)混凝土表面以及壓條表面的污物進(jìn)行打磨，打磨后對(duì)橫向伸縮縫表面進(jìn)行沖洗至干凈?；炷帘砻嫱克?zhuān)用界面劑，三元乙丙蓋板表面涂刷BU界面劑，待界面劑指干直接涂刮SK手刮聚脲達(dá)到設(shè)計(jì)厚度要求。

3.4聚氨酯涂層脫落的修復(fù)下水庫(kù)混凝土面板原采用聚氨酯復(fù)合玻璃絲布涂層覆蓋，由于涂層老化，表面出現(xiàn)大面積脫落的情況，先對(duì)面板上脫落的聚氨酯涂層進(jìn)行鏟除，打磨并清除混凝土表面的附著物，然后清洗混凝土至干凈，再涂刮SK手刮聚脲材料進(jìn)行修復(fù)。

3.5混凝土面板脹裂破壞的修復(fù)下水庫(kù)混凝土面板在施工期出現(xiàn)的裂縫，經(jīng)過(guò)灌漿處理后，由于內(nèi)部聚氨酯灌漿材料遇水膨脹而造成混凝土的脹裂破壞問(wèn)題。主要處理工藝為：鑿除破損混凝土，把周邊松動(dòng)的混凝土顆粒清除，打磨混凝土面板表面，并用水沖洗鑿除的破損表面，沖凈內(nèi)部的混凝土顆粒。在待修補(bǔ)的混凝土周邊涂刷聚合物界面劑后，槽內(nèi)回填拌制好的聚合物水泥砂漿，表面涂刮專(zhuān)用界面劑，并涂刷SK手刮聚脲材料進(jìn)行封閉。

4 面板缺陷處理效果

為了檢驗(yàn)下水庫(kù)滲漏分析及處理效果，西龍池電站運(yùn)行管理單位于2014年10月30日00時(shí)將水位升至835 m，2014年10月31日22時(shí)穩(wěn)壓結(jié)束。2014年10月31日09時(shí)、15時(shí)、17時(shí)、21時(shí)分別對(duì)下水庫(kù)總量水堰進(jìn)行了觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1所列的數(shù)據(jù)可知，下水庫(kù)混凝土面板缺陷處理后觀測(cè)835 m高程量水堰總滲漏量為17.11 L/s，比同期同高程水位滲漏量降低51.41%；下水庫(kù)總滲漏量有明顯下降，處理效果良好，方案制定可行有效；根據(jù)835 m水位下對(duì)應(yīng)的水庫(kù)庫(kù)容，按日滲漏量不應(yīng)超過(guò)總庫(kù)容的1/2000計(jì)算，對(duì)應(yīng)的允許控制標(biāo)準(zhǔn)為26.62 L/s，處理后的滲漏量小于允許的滲漏控制標(biāo)準(zhǔn)。

表1 下水庫(kù)量水堰滲流量與歷史同期滲流量對(duì)比觀測(cè)成果［7］

5 結(jié)語(yǔ)

本工程在充分研究論證西龍池抽水蓄能電站下水庫(kù)混凝土滲漏成因的基礎(chǔ)上，針對(duì)下水庫(kù)混凝土重點(diǎn)滲漏區(qū)域和病害缺陷采用化學(xué)灌漿、涂刷SK手刮聚脲等技術(shù)進(jìn)行處理，從運(yùn)行的情況來(lái)看，下水庫(kù)的防滲性能得到了提高，運(yùn)行性態(tài)得到了改善，達(dá)到了缺陷修復(fù)處理的預(yù)期效果。這種混凝土缺陷修復(fù)方案，可以有效的提高混凝土防滲性能，值得總結(jié)和推廣。

［1］ 王一超，王敦厚.西龍池抽水蓄能電站工程建設(shè)管理綜述［J］.抽水蓄能發(fā)展規(guī)劃與建設(shè)管理，2011（9）：57-60.

［2］ 嚴(yán)匡檸.西龍池抽水蓄能電站下水庫(kù)施工技術(shù)［J］.水利水電技術(shù)，2006（7）：40-44.

［3］ 李雷，王松波，陳劍華.西龍池抽水蓄能電站下水庫(kù)堆石壩填筑施工［J］.人民長(zhǎng)江，2009（12）：17-18.

［4］ 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院.西龍池抽水蓄能電站下水庫(kù)滲漏分析及缺陷修補(bǔ)方案咨詢(xún)研究報(bào)告［R］. 2013.

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［6］ 孫志恒，等.水工混凝土建筑物的檢測(cè)、評(píng)估與缺陷修補(bǔ)工程應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2004.

［7］ 中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司西龍池監(jiān)測(cè)項(xiàng)目部.西龍池抽水蓄能電站下水庫(kù)水位至835m滲流量檢測(cè)成果［R］.2014.

Analysis on the leakage and defect treatment for the lower reservoir of Xilongchi Pumped Storage Power Station in Shanxi Province

MA Yu1，XIAO Weibao2，LI Jun2，ZHAO Lei2，SUN Zhiheng1，F(xiàn)ANG Wenshi1
（1.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2.ShanXi XiLongChi Pump Storage Power Station Co.，Ltd，Shanxi 035503，China）

There exists leakage problem in the concrete of Xilongchi Pumped Storage Power Station in Shanxi Province after long-term operation，which is the main potential safety hazard in the project.In this paper，the reason for the leakage and the influence of leakage on operation is analyzed and the defect treat?ment scheme and construction technology for the panels with the water level above 810 m are proposed. The centralized treatments on the main leakage part of the panel are carried out.After the water storage test，the leakage amount after the treatment decreases significantly with the obvious effect.The processing technology has good significance for the similar projects reference.

concrete panel；leakage；defect treatment

TV223.4

：Adoi：10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.01.009

1672-3031（2015）03-0206-05

（責(zé)任編輯：李福田）

2015-01-16