(1.國網(wǎng)新源控股有限公司 技術中心，北京 100161； 2.山東泰山抽水蓄能電站有限責任公司，山東 泰安 271000)

由于水位變幅頻繁，抽水蓄能電站對大壩和防滲體系的要求較高[1]。土石壩滲漏問題最為普遍，根據(jù)我國潰壩事故統(tǒng)計資料，在中小型土石壩失事的案例中，有29.1%是滲漏原因導致潰壩。為了電站長期安全穩(wěn)定運行，必須及時對其健康狀況進行診斷和評估，提供有效的防護和修補措施。針對某抽水蓄能電站上庫滲漏量突然增大現(xiàn)象，采取理論研究與現(xiàn)場檢查等方式對滲漏原因及部位進行了分析，并采取相應的措施進行了補強加固。

1 工程概況

某抽水蓄能電站由上庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)和下庫等建筑物組成。上庫正常蓄水位410.00 m，相應庫容1 096.93萬m3；下庫正常蓄水位165.00 m，相應庫容2 234.72萬m3，為不完全年調(diào)節(jié)水庫。地下廠房布置4臺單機容量為250 MW的單級混流可逆式水泵水輪發(fā)電機組，總裝機容量1 000 MW。

上庫由混凝土面板堆石壩、進/出水口、庫盆及其防滲設施等組成，正常蓄水位410.00 m，設計洪水位411.08 m(P=0.5%)，校核洪水位411.46 m(P=0.1%)，死水位386.00 m，水庫工作深度24 m?？値烊? 168.1萬m3，發(fā)電有效庫容895.11萬m3。擋水壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程413.80 m，壩頂長540.46 m，最大壩高99.80 m，壩頂寬10.00 m。庫岸基巖邊坡開挖坡比為1 ∶0.7，防滲面板坡比為1 ∶1.5。庫盆防滲采用鋼筋混凝土面板與庫底高密度聚乙烯土工膜及垂直防滲帷幕相結合的綜合防滲方案。

電站上庫2017年1月1～30日壩后滲漏量緩慢增大，1月30日壩后滲漏量達到23.81 L/s，1月31日14：00滲漏量突然增大至27.62 L/s，2月1日7：00增大到30.71 L/s，2月2日壩后滲漏量增到34.75 L/s，2月3日7：00壩后滲漏量35.52 L/s?？刂扑贿\行后至2月22日壩后滲漏量最大值達到36.30 L/s。

右岸滲漏量由1月1日1.04 L/s至1月30日緩慢增大至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達5.88 L/s，8：00達6.28 L/s，至2月2日右岸滲漏量增大到7.28 L/s，控制水位運行后至2月22日右岸滲漏量最大值為7.43 L/s。在對右岸廊道觀測孔進行巡視時，發(fā)現(xiàn)觀測水孔有輕微顆粒物帶出。

進/出水口兩側滲壓計Pa5、Pa6，進/出水口擴散段底板滲壓計Pj2、Pj3、Pj4測值大幅度增大。

2 滲漏原因分析

為了查明滲漏部位和滲漏原因，對上庫進水口面板、右岸面板等部位進行了水下檢查[2-3]。檢查發(fā)現(xiàn)，上庫進/出水口平臺頂部水平縫、上部面板結構縫及右岸面板結構縫等都存在不同程度的破壞，滲漏現(xiàn)象明顯。

上庫進/出水口平臺頂部水平縫是此次發(fā)現(xiàn)的主要滲漏點。進/出水口上部1～6號面板水平縫都存在不同程度的破壞，水平縫附近均出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象，錯臺高度最大達3 cm，存在明顯滲漏。4號結構縫和水平縫交接處止水蓋片嚴重破損，混凝土發(fā)生擠壓破壞，4號面板高于3號和5號面板，最大起翹高度為20 cm，存在大量滲漏。進/出水口右側9～10號面板之間發(fā)現(xiàn)橫向貫穿錯臺，錯臺最大高度為10 cm，混凝土破壞嚴重，10～11號結構縫止水蓋片也存在破壞現(xiàn)象，結構縫附近發(fā)現(xiàn)裂縫。

將上庫水位排放至382.00 m，放空庫盆進行檢查，對庫盆混凝土面板及土工膜缺陷進行檢查及修復。上庫右岸面板滲漏位置主要集中在右岸面板0～2號結構縫與水平縫交接處、右岸面板0～2號和0～1號結構縫之間的底部斜向結構縫上，混凝土錯臺存在破壞現(xiàn)象，均沿著結構縫滲漏。上庫右岸面板滲漏檢查結果如圖1所示。

通過檢查面板發(fā)現(xiàn)，進/出水口392.00 m高程以下1～5號面板存在著大量的裂縫，面板呈破碎狀，進/出水口左右側面板也存在不同程度的裂縫缺陷，缺陷面板垂直縫及水平縫止水破壞嚴重，止水內(nèi)的填充物流失明顯，如圖2～4所示。

上庫一旦出現(xiàn)滲水，可通過排水盲管排入庫底堆石體，在壩后量水堰能監(jiān)測到。目前壩后量水堰滲漏量增加13 L/s左右。此外，滲水還有可能向右岸面板下的墊層料內(nèi)、右岸排水廊道內(nèi)滲漏。據(jù)觀測，右岸排水監(jiān)測廊道內(nèi)的滲漏量由原來的1.04 L/s增大至7.43 L/s，滲水匯入壩后量水堰。因此，壩后量水堰增加的滲漏量一半來自于右岸排水廊道匯水。

圖1 某抽水蓄能電站上庫進/出水口及右岸面板主要滲漏位置示意

圖2 進出水口上部面板缺陷狀況

圖3 3～4號面板水平縫缺陷狀況

圖4 1～5號面板水平縫變形及填充物流失狀況

當水位放至382.00 m時，右岸排水廊道滲漏量為0.54 L/s，壩后量水堰滲漏量為14.34 L/s，而當回充水時，滲漏量呈明顯增大的趨勢，表明上庫滲漏缺陷主要集中于進/出水口上部面板區(qū)域。

滲流監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，當庫水位為397.50 m時，Pj2～Pj4、Pa5、Pa6滲壓計的水位高程分別為383.56，393.12，389.42，381.25，387.44 m，滲壓計測值與水位的相關性明顯。進/出水口底板Pj3壓力計測值最大，基本上接近于水頭壓力的大小，遠大于進/出水口左右兩側的滲壓計壓力，說明進/出水口底板存在局部破壞的可能。

根據(jù)進/出水口兩側滲壓計壓力與庫水位壓力結果分析，隨著庫水位的下降和上升，滲壓計的壓力始終小于庫水位的壓力，表明進/出水口兩側面板存在反向滲壓的可能性比較小，但是不排除進/出水口上部中間面板存在反向壓力的可能。放水檢查結果表明，在放水過程中1～4號面板水平縫部位都存在一定程度的破壞，內(nèi)水外涌。進/出水口在庫水位下降過程中水平向排水盲管難于及時排掉滲漏水，造成面板底部內(nèi)側水位下降緩于庫水位，形成反向水壓，造成面板頂托破壞。

通過以上分析得出，較大滲漏量均出現(xiàn)在上庫進/出水口附近部位面板，而大壩及右?guī)彀睹姘逦窗l(fā)現(xiàn)明顯破壞現(xiàn)象。初步分析原因如下。

由于進洞施工要求，進/出水口邊坡開挖至1 ∶0.7坡比，而面板結構坡比為1 ∶1.5，面板下部形成較大的三角區(qū)域，此區(qū)域采用過渡料、墊層料填筑。由于空間狹小，施工較困難，局部夯實不密實，運行期產(chǎn)生不均勻沉降，面板結構縫及水平縫止水脫開。開始時，面板裂縫出現(xiàn)的少量漏水會將墊層料細粒帶走，形成較大的脫空范圍，進而面板不均勻沉降加大，造成面板錯臺，形成大量滲漏。

根據(jù)放水至382.00 m高程面板混凝土的破壞情況分析，面板下部存在長期反向水壓的可能。面板由于不均勻沉降產(chǎn)生局部破壞后，庫水滲入進/出水口上部面板下三角填筑區(qū)域，雖然填筑區(qū)域內(nèi)設置了5根縱向排水盲管，通過2根橫向排水盲管匯入進/出水口側墻的盲管內(nèi)，沿進/出水口底板盲溝排入庫內(nèi)，但是不排除排水盲管堵塞的可能。當庫水位上升時，面板受壓，庫水滲漏至面板底部堆石料內(nèi)；當庫水位下降時，面板后排水不暢，對面板產(chǎn)生反推力，面板下部的水從缺陷部位滲出，同時伴隨著填筑料的帶出。加上2016年度該抽水蓄能電站長期高強度運行，面板正反向反復受力，填筑料頻繁掏蝕，使面板產(chǎn)生破碎性破壞。

由以上分析得出，上庫大壩面板、進水口部位的面板及防滲系統(tǒng)整體是安全的，但如任其發(fā)展，可能會給大壩的安全運行帶來隱患，并對電站的運行效益產(chǎn)生較大影響，因此需盡快對上庫滲水點進行處理。

3 處理方案

上庫水下及放水檢查出的缺陷主要集中在進出水口面板及結構縫破壞，進出水口頂部平臺面板破壞尤為嚴重。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，土工膜破壞的可能性較小。放水檢查發(fā)現(xiàn)，進/出水口上部5塊面板392.00 m處都存在嚴重的破碎現(xiàn)象，需鑿除重新澆筑處理，進/出水口左右兩側面板也存在大量的裂縫，需按裂縫的寬度及貫穿性進行針對性的處理；水下檢查發(fā)現(xiàn)，進出水口兩側面板372.40 m高程周邊縫附近也存在不同程度的缺陷，需要修復處理?？紤]工期、汛期及電網(wǎng)安全等因素，采取庫盆放水至381.00 m高程，對該高程以上混凝土面板及其下方墊層、部分過渡層缺陷進行干地施工修復。

3.1 混凝土面板缺陷檢查

在水庫放水過程中，對381.00 m高程以上整個庫盆混凝土面板進行缺陷普查。面板應力集中及結構縫部位易出現(xiàn)缺陷現(xiàn)象，需重點關注，尤其需對進/出水口附近混凝土面板缺陷進行詳細檢查。采用探地雷達對混凝土面板掏空程度進行檢查，對表面裂縫和止水結構進行全面普查。

3.2 混凝土面板缺陷處理

根據(jù)目前對缺陷的檢查情況，進出水口上部1～5號面板392.00 m高程以下破壞嚴重，呈破碎狀。此次混凝土面板處理原則及總體方案為：①面板下部增加排水設施，便于下滲水及時排出；②修復面板缺陷，保證缺陷部位不再滲漏；③面板上部涂刷聚脲封閉，利用聚脲與混凝土的高度適應性，對面板混凝土進行保護；④對上庫進/出水口高程382.50 m平臺存在的較多裂縫采用固結灌漿和表面缺陷修復的方式進行處理。

3.2.1 面板下部增加排水設施

考慮到進/出水口上部面板排水盲管存在排水不暢問題，在面板下部橫向增設4根PE排水花管，花管外包土工布。為進一步增強面板下部排水能力及降低邊坡內(nèi)水頭壓力，在右岸排水廊道最端部朝進/出水口方向及面板方向打排水孔，增設不少于8個Φ90 mm排水孔，長度約30 m；同時從進/出水口1號面板下部側向打2個Φ110 mm排水孔至右岸排水廊道。

3.2.2 面板缺陷修復

放水檢查結果表明：面板缺陷有裂縫、結構縫止水破壞、面板局部破損、面板底部填筑料掏空、面板嚴重破碎及錯臺、進/出水口上部結構縫裂縫等。對382.50～392.00 m高程1～5號面板進行鑿除再澆筑混凝土處理。面板鑿除以后，根據(jù)墊層料的沖蝕情況，確定墊層料的開挖深度和范圍，若發(fā)現(xiàn)過渡料有被沖蝕的跡象，將過渡料表層1.0 m挖除，再按原設計級配要求進行回填。新澆的1，3，5號面板中部水平縫后增設滲壓計進行監(jiān)測，滲壓計電纜穿鍍鋅鋼管埋入墊層料內(nèi)，從混凝土面板側邊銅止水上部穿出，埋入垂直縫中，就近牽引至相應的現(xiàn)場測站內(nèi)。

3.2.3 面板表層封閉處理

為增加混凝土表面抗?jié)B性能，確保工程的長期安全運行，對面板缺陷部位及新澆筑的面板混凝土表面涂刷4 mm厚聚脲進行封閉，涂刷范圍超出混凝土修補邊緣1.0 m，需要跨結構縫，可選擇覆蓋原(新)止水結構跨縫涂刷。

3.2.4 進/出水口高程382.5 m平臺處理

上庫進/出水口高程382.5 m平臺存在較多的裂縫處理痕跡，且工程開挖期間揭露的兩個進/出水口之間的巖臺部位巖體較為破碎，存在形成滲漏通道的風險。為防止該部位出現(xiàn)滲漏情況，采用固結灌漿和表面缺陷修復的組合處理方式。

3.3 混凝土面板缺陷處理方案

3.3.1 混凝土裂縫處理方案

(1)對Ⅰ類裂縫采用裂縫表面遮蓋封閉處理措施，可涂刷聚脲涂料對裂縫表面進行封閉。

(2)對Ⅱ類裂縫采用縫內(nèi)灌注低粘度改性環(huán)氧化學材料填充補強混凝土裂縫，裂縫表面涂刷聚脲涂料封閉。

(3)對Ⅲ類裂縫采用縫內(nèi)灌注無溶劑環(huán)氧化學灌漿材料(寬縫選用)或低粘度改性環(huán)氧化學材料填充封堵混凝土裂縫，裂縫表面涂刷聚脲涂料封閉。

3.3.2 表層止水破壞處理方案

對因面板擠壓、張拉裂開破壞的表層止水及原水下修復直接覆蓋的止水，均將原表層止水進行清除，并重新修復止水。處理程序：基面處理→嵌填SR止水材料→粘貼SR柔性蓋片。

如遇結構縫混凝土較大范圍破損，影響蓋片等表面結構固定密封，則以氯丁砂漿先行修補，恢復原結構縫溝槽形狀，隨后再恢復結構縫表面止水結構(見圖5)。

圖5 結構縫混凝土較大破損處理示意

3.3.3 面板局部破損處理方案

混凝土面板受擠壓破壞或局部受損，需對破壞混凝土進行修補。處理程序：鑿除破碎面板→回填混凝土→表層涂刮聚脲→止水修復。

3.3.4 面板墊層掏空處理方案

通過探地雷達對面板進行掏空檢查，面板下層存在掏空時，采用回填及灌漿進行處理。回填、灌漿處理程序：鉆孔埋設灌漿嘴→無壓或低壓灌注充填中粗砂→無壓或低壓灌注水泥漿。

3.3.5 面板嚴重破碎、錯臺處理方案

面板嚴重破碎、錯臺時，其底部墊層會伴有掏空現(xiàn)象，銅止水及表層止水也基本上受損。放水檢查時進/出水口上部4號面板就存在嚴重錯臺現(xiàn)象，4號面板高于3號和5號面板，最大起翹高度為20 cm，結構縫和水平縫交接處止水蓋片嚴重破損，混凝土發(fā)生擠壓破壞，滲漏嚴重；進/出水口上部392.00 m高程以下1～5號面板嚴重破碎。因此對于破碎、錯臺較嚴重的面板，需對面板進行鑿除，回填填筑料，重新澆筑面板處理。處理程序：面板鑿除→填筑料回填→面板澆筑→表面涂刷聚脲涂層[4-6]。

3.3.6 進/出水口高程382.5 m平臺處理方案

上庫進/出水口高程382.5 m平臺存在較多的裂縫處理痕跡，且工程開挖期間揭露的兩個進/出水口之間的巖臺部位巖體較為破碎，存在形成滲漏通道的風險。為防止該部位出現(xiàn)滲漏情況，采用固結灌漿和表面缺陷修復的組合處理方式。

3.3.7 表層修復處理方案

考慮到此次水庫放水機會難得，為提高工程長期運行的安全性，對面板表層噴涂一道聚脲涂層進行保護，以提高面板混凝土的耐久性能，特別是抗凍融性能。對混凝土基面進行清理，如有孔洞、裂縫等缺陷應按照之前提到的裂縫處理，沖洗晾干后，涂刷兩道環(huán)氧底漆，表干后，整體涂刷聚脲涂層，涂層厚度2 mm為宜。

3.4 處理效果

經(jīng)過上述處理后，9月1日至11月6日壩后滲漏量平均值為12.42 L/s，右岸滲漏量平均值為1.27 L/s。與治理前壩后滲漏平均值31.70 L/s和右岸滲漏平均值5.23 L/s相比分別減小60.8%和75.7%，治理效果明顯，達到了預期目的。

4 結 語

根據(jù)滲流量、滲壓計等監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，以及通過采取水下檢查和水庫放空等措施，查明了水庫滲漏的原因，根據(jù)缺陷部位，分區(qū)域通過采取面板修復、對進/出水口平臺灌漿等措施，上庫滲漏突增情況得到有效處理。

今后在電站運行過程中，應密切關注新布置的滲壓計滲壓水頭變化情況，重點關注3個新增排水孔的滲水變化情況以及進出水口兩側及進出水口內(nèi)部滲壓計的滲壓水頭變化情況，對于趨勢性變化應及時跟蹤處理，避免再次因面板后反向水壓力造成面板破壞。總之，進出水口部位結構復雜，運行過程中難免會出現(xiàn)各種缺陷，造成滲漏量增大，應定期對進出水口部位進行水下檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷及時處理，避免缺陷擴大造成更大的隱患。