桐柏蓄能電站上水庫主壩壩后坡滲水分析及處理

張士平（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江臺(tái)州，317000）

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桐柏蓄能電站上水庫主壩壩后坡滲水分析及處理

張士平
（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江臺(tái)州，317000）

通過對(duì)桐柏蓄能電站上水庫主壩壩后坡滲水的分析，找出確切的滲水原因及滲水通道，并對(duì)滲水進(jìn)行了有效處理，解決了壩后坡滲水缺陷，確保了大壩安全。

主壩；壩后坡；滲水分析；處理

1　工程概況

1.1工程簡述

桐柏抽水蓄能電站上水庫位于浙江省天臺(tái)縣三茅溪支流百丈溪，距天臺(tái)縣城7 km，電站是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，共安裝4臺(tái)立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)組，機(jī)組單機(jī)容量300 MW，總裝機(jī)容量為1 200 MW，設(shè)計(jì)日發(fā)電量600萬kW·h，年發(fā)電量21.18億kW·h。電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及事故備用等任務(wù)。

工程等別為一等工程，工程規(guī)模屬大（1）型。電站樞紐建筑物由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下洞室群、地面開關(guān)站、中控樓等部分組成。

1.2上水庫大壩

上水庫主、副壩在原均質(zhì)土壩基礎(chǔ)上加固建成。原均質(zhì)土壩工程于1958年開始興建，1975年停建，1977年復(fù)建，至1980年建成桐柏電站并投入使用。2002年10月主、副壩加固工程開始施工，作為桐柏蓄能電站上水庫，2006年6月主、副壩加固工程完工。上水庫于2005年5月10日下閘蓄水，2006年5月25日1號(hào)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。

上庫大壩加固后，壩頂高程為400.345 m，主壩及副壩加固處理后連成一體，壩頂總長472.37 m，壩頂寬8.0 m，主壩最大壩高37.49 m，副壩最大壩高10.0 m。主壩上游邊坡為1∶3.2～1∶4.0，下游壩坡為1∶2.6，并在386.78 m和373.78 m高程分別設(shè)置寬6 m和10 m的馬道。主壩上游采用堆石體填筑，堆石體與原均質(zhì)土壩間設(shè)反濾層、過渡層；下游壩坡增設(shè)貼坡排水，頂高程為373.78 m，在下游壩腳約40 m處設(shè)置M10漿砌石擋墻，擋墻和壩腳之間清除覆蓋層后，先填筑厚5 m的透水堆石料，與原均質(zhì)土壩下游壩腳的排水棱體相連，以保證壩基排水，然后再填筑棄渣料，填筑高程360.00 m。

2　主壩壩后坡滲水狀況

2009年8月12日，“莫拉克”臺(tái)風(fēng)過后，在巡視檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)上水庫大壩下游面右岸壩肩附近388 m高程有滲水現(xiàn)象，并有局部塌陷和雨水沖刷痕跡，水質(zhì)清澈，伴有少量的沙粒，但在天晴時(shí)無論水位多高均無滲水。2012年9月30日后，在高水位（超過391.8 m）時(shí)也出現(xiàn)滲水現(xiàn)象（見圖1）。經(jīng)觀測分析，滲水量與庫水位有明顯相關(guān)性，高水位時(shí)最大滲水量約50 mL/s（天晴時(shí)）。

圖1　桐柏上水庫主壩下游面388 m高程滲水情況Fig.1 Seepage on elevation 388 m of downstream face of main dam of upper reservoir of Tongbai station

3　滲水來源及路徑分析

3.1主壩壩體滲水分析

大壩滲漏量人工測值從2010年開始略有增大（見圖2），首先考慮壩體防滲系統(tǒng)是否變差。2013 年12月對(duì)量水堰進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，堰中有塊石堆積，認(rèn)為是導(dǎo)致壩體總滲水量略有增加的原因。后對(duì)量水堰進(jìn)行清理后，測值回落到2010年前的量值（見圖2）。另外對(duì)壩體原測壓管內(nèi)水位與庫水位變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩者關(guān)系不明顯，且孔內(nèi)水位變化幅度較小，說明測壓管附近壩體防滲性較好。從以上壩體滲水總量和壩體原測壓管孔內(nèi)水位變化情況綜合分析來看，壩體防滲水系統(tǒng)正常，初步判斷388 m高程護(hù)坡滲水是由庫水直接經(jīng)壩體滲漏導(dǎo)致的可能性較小。

圖2　桐柏上庫大壩總滲漏量實(shí)測過程線Fig.2 Measured total seepage of the upper reservoir dam of Tongbai station

3.2右岸繞壩滲漏分析

為分析上水庫下游面右岸壩肩388 m高程附近護(hù)坡的滲水現(xiàn)象，新增了5處水位測孔（數(shù)據(jù)見表1及圖3），在0+053.00 m斷面原測壓管左側(cè)2 m處對(duì)應(yīng)老測壓管位置布置兩個(gè)測壓管（SUPZ1、SUPZ2），滲水點(diǎn)正上方壩頂處設(shè)置一個(gè)測壓管（YUPZ3），右岸壩肩處設(shè)置2個(gè)繞壩滲流測壓孔（YUPZ2、YUPZ3）。原壩體在樁號(hào)壩0+053.00 m和壩0+080.00 m各設(shè)有一個(gè)浸潤線觀測斷面，每個(gè)斷面設(shè)置4～5個(gè)測壓管，共9個(gè)。

表1　新增測壓管埋設(shè)基本資料一覽表Table 1 Basic installation data of new piezometer tubes

經(jīng)過對(duì)新增測孔及原測孔孔內(nèi)水位觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有以下結(jié)論：

（1）壩體原測壓管內(nèi)水位與庫水位變化關(guān)系不明顯，且變化幅度較小，說明測壓管附近壩體防滲性較好。

（2）新增的壩體測壓管SUPZ1、SUPZ2水位均高于相鄰的壩體原測壓管，且新增測壓管較原測壓管水位變幅明顯，說明新設(shè)測壓管較原測壓管透水性好。滲水點(diǎn)正上方測壓管YUPZ3與庫水位關(guān)系更明顯，說明繞壩滲流較為明顯。

（3）庫水位日變幅在6.01～6.71 m時(shí)，YUPZ1管內(nèi)水位日變幅在3.18～3.67 m，YUPZ2管內(nèi)水位日變幅在0.11～0.16 m之間，說明壩頂測壓管YUPZ1壩肩處滲透性明顯，壩后測壓管YUPZ2壩肩處滲透性相對(duì)不明顯。

從以上幾點(diǎn)可以得出，388 m高程護(hù)坡滲水路徑為庫水經(jīng)壩肩繞滲至壩后所致的可能性較大。

圖3　上水庫主壩388 m高程滲水點(diǎn)、新增測孔、原測孔及灌漿處理平面圖Fig.3 Seepage point，new measuring hole，original measuring hole and grouting treatment at elevation 388 m of main dam of upper reservoir of Tongbai station

3.3主壩右岸壩體鉆孔示蹤試驗(yàn)分析

為了進(jìn)一步證明右岸壩肩存在繞滲現(xiàn)象，于2014年6月對(duì)上水庫主壩右壩肩YUPZ1、YUPZ3測孔進(jìn)行簡易示蹤試驗(yàn)。

試驗(yàn)采用對(duì)測壓孔灌注顏料水的方法。上水庫高水位運(yùn)行時(shí)（保證下游壩坡有滲水現(xiàn)象時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)），注水前后分別記錄上庫水位、測壓孔水位以及下游壩坡滲水點(diǎn)滲漏量。為避免肉眼難以識(shí)別被地下水稀釋后的顏料水，在出水點(diǎn)處放置一塊白色棉布條，通過出滲水流中有顏色的墨水顆粒附著在白色棉布條上的現(xiàn)象判斷各測壓孔底部基巖裂隙與下游壩坡出逸點(diǎn)是否存在連通性。通過對(duì)比前后測值，進(jìn)一步查明右壩肩壩后坡滲水的主要通道。

6月5日，測壓孔YUPZ1第一次試驗(yàn)，對(duì)YUPZ1孔灌注大量自來水，下游壩坡滲水量有逐漸增加的趨勢，隨著電站發(fā)電，上水庫水位下降，下游壩坡滲水量仍有逐漸增加的趨勢。表明YUPZ1孔與下游壩坡滲水點(diǎn)的連通性良好。

6月5日，測壓孔YUPZ3第一次試驗(yàn)，對(duì)YUPZ3孔灌注大量自來水，由于試驗(yàn)時(shí)電站發(fā)電，水位逐漸下降，對(duì)下游壩坡滲水量的影響不明顯，在短時(shí)間內(nèi)下游滲水量沒有明顯的增加，6月6日上午發(fā)現(xiàn)置于下游壩坡滲水點(diǎn)處的白布有被紅墨水染紅的現(xiàn)象。

6月6日對(duì)下游測壓孔YUPZ1、YUPZ3孔第二次試驗(yàn)，由于試驗(yàn)時(shí)電站發(fā)電，水位逐漸下降，對(duì)YUPZ3孔灌注大量自來水，同樣對(duì)下游壩坡滲水量影響不明顯，在短時(shí)間內(nèi)下游滲水量沒有明顯的增加，但6月7日上午發(fā)現(xiàn)滲水點(diǎn)處周圍的土體以及白色棉布條均有被染紅的情況出現(xiàn)。

根據(jù)以上情況分析，上水庫主壩右壩肩存在繞壩滲流，壩肩至下游的滲漏通道連通性較好，可能由于滲徑較長，YUPZ1孔中投入的藍(lán)色墨水中的細(xì)顆粒大部分被稀釋在沿程的土壤中，但在上游水頭以及水壓的作用下，YUPZ1孔與下游壩坡滲水表現(xiàn)出了良好的連通性，表明存在沿右壩肩向下游連通的滲漏通道。主壩右壩肩下游壩體底部存在滲漏通道，第二次示蹤試驗(yàn)對(duì)YUPZ3孔投入的紅色墨水從下游排水出口析出，表明壩體底部存在滲漏通道，結(jié)合現(xiàn)場沿管涌出口開挖的情況來看，滲漏通道位于右壩肩下游壩體底部，不排除壩體滲漏通道與右壩肩裂隙巖體相連通。

3.4綜合分析結(jié)論

根據(jù)地質(zhì)資料，右壩肩受裂隙發(fā)育影響，巖體較破碎，屬極強(qiáng)透水。結(jié)合上庫壩滲流監(jiān)測分析和示蹤試驗(yàn)分析，認(rèn)為受上水庫主壩右壩肩巖體裂隙發(fā)育影響，右壩肩存在滲漏通道，繞壩滲流明顯；主壩右岸壩體局部可能存在滲透薄弱層，右岸壩長45 m范圍壩基可能存在滲漏通道，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固處理。根據(jù)下游壩腳量水堰觀測值分析，滲漏量較小，表明壩體防滲總體上是有效的，主壩其他部位壩體及壩基防滲性較好，右岸局部繞滲尚不影響大壩整體安全。

4　滲水處理

針對(duì)上庫主壩右岸下游滲水，采用“庫岸帷幕灌漿+壩基帷幕灌漿”的處理方案。布置庫岸（右岸至進(jìn)出水口啟閉房）帷幕1～2排，沿上庫環(huán)庫公路方向延伸繞過右壩肩山包，向下深入強(qiáng)透水帶及相對(duì)隔水層（q≤3 Lu）以下5 m；右壩肩基帷幕灌漿向下深入相對(duì)隔水層（q≤3 Lu）以下5 m，向上深入壩體0.5 m，孔距1.5 m，單排孔，庫岸帷幕灌漿與右壩肩壩基帷幕相接，沿上庫環(huán)庫公路方向延伸繞過右壩肩山包。整個(gè)灌漿工程于2014年12月15日完成。

從灌漿情況看，當(dāng)從庫岸遠(yuǎn)處灌至庫岸時(shí)，滲水點(diǎn)滲水量才漸漸減小，直至滲水量消失，說明主要滲水通道在壩肩附近。灌漿結(jié)束后，主壩原滲水點(diǎn)及附近均不再有滲水情況出現(xiàn)，故在0+000～0+ 045主帷幕前再增加一排帷幕，以加強(qiáng)帷幕效果。

5　結(jié)語

（1）對(duì)于大壩的安全管理，除采用觀測設(shè)備進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)目監(jiān)測外，現(xiàn)場巡查工作極為重要，有些大壩缺陷需通過巡查工作才能發(fā)現(xiàn)，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理。特別對(duì)于土石壩的滲水情況應(yīng)尤為重視，不少工程實(shí)例顯示，土石壩失穩(wěn)破壞都是由于滲流作用引起土顆粒間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)甚至整體運(yùn)動(dòng)，同時(shí)造成對(duì)水工建筑物穩(wěn)定不利的滲透壓力，也可能引起水工建筑物以及地基的滲透破壞。

（2）對(duì)于存在的缺陷應(yīng)盡可能通過不同的方法進(jìn)行分析，得出產(chǎn)生缺陷的真正原因，對(duì)癥下藥，起到藥到病除的效果。

Title:Seepage analysis and treatment for back-slope of main dam of upper reservoir of Tongbai pumped storage power station//by

ZHANG Shi-ping//East China Tongbai Pumped-Storage Power Generation Co.，Ltd.

The cause and passage of seepage at back-slope of main dam of upper reservoir of Tongbai pumped storage power station were found after detailed analysis.The effect of treatment was proved to be successful which ensured the safety of main dam.

main dam；back-slope of main dam；seepage analysis；treatment

TV698.2

B

1671-1092（2016）03-0073-04