抽水蓄能電站上池防滲

抽水蓄能電站上池防滲是指在水電站進行防水的技術。隨著我國電力工業的發展，抽水蓄能電站的建設越來越多，開工建設的有張河灣、西龍池、寶泉等。已建抽水蓄能電站總裝機為5610MW、在建為10020MW，預計到2020 年將達到40000MW，裝機雖低於美國(2001年已建裝機為25600MW) 、日本(1996 年已建裝機為22890MW) ，但發展速度和最終規模將位居世界第一。

基本介紹

• 中文名：抽水蓄能電站上池防滲
• 外文名：Water pumped storage power station to prevent infiltration
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 套用：抽水蓄能電站
• 典型：十三陵抽水蓄能電站

簡介

隨著我國電力工業的發展，抽水蓄能電站的建設越來越多，近期開工的有張河灣、西龍池、寶泉等。已建抽水蓄能電站總裝機為5610MW、在建為10020MW，預計到2020 年將達到40000MW，裝機雖低於美國(2001年已建裝機為25600MW) 、日本(1996 年已建裝機為22890MW) ，但發展速度和最終規模將位居世界第一。20 世紀國外絕大多數抽水蓄能電站上池全池防滲採用水工瀝青混凝土方案，運行維護費用較低。國內十三陵抽水蓄能電站採用的是混凝土面板防滲，天荒坪工程採用的是水工瀝青防滲，張河灣、西龍池、寶泉等工程將通過國際招標採用瀝青混凝土防滲。

混凝土面板壩施工在國內有成熟的經驗及相應配套的規程、規範和施工設備，工程造價低，防滲效果能滿足工程要求，對常規面板堆石壩優勢是比較明顯的。對運行條件嚴酷、防滲要求高的抽水蓄能電站上池全池防滲而言，因面板接縫多、面板易開裂等原因，接縫止水設計和面板防裂成為工程長期安全耐久運行的關鍵技術之一。與水工瀝青混凝土全池防滲工程比較，因工程數目少，不足瀝青工程的10 % ，時間短，在抗滲、耐寒、耐凍融、承受不均勻變位等方面還沒有足夠的長期資料，評價其安全使用壽命尚需時日。

十三陵抽水蓄能電站上池防滲曾論證過水工瀝青方案，後因技術(包括當時不能肯定水工瀝青對水質、環境無害) 等原因，選擇了鋼筋混凝土面板全池防滲。它是國內首次採用混凝土面板全池防滲的工程，在此前，國外採用混凝土面板全池防滲的類似工程只有兩座，一是德國瑞本勒特(Rabenleite) 抽水蓄能電站，另一座是法國拉古施(LaCoche) 抽水蓄能電站。

從十三陵上池建成以來8 年的運行效果看，雖然存在面板裂縫等問題，但與國外類似工程相比，全池防滲效果是最好的，與國內外使用水工瀝青混凝土防滲的類似工程比，也是一個非常成功的例子，說明用混凝土面板作抽水蓄能電站上池全池防滲是可行的。90 %多的工程全池防滲用水工瀝青混凝土，由於水工瀝青混凝土的適應變形能力、耐低溫、抗凍融循環等能力強，因此可降低運行維護費用、提高工程安全使用壽命。但水工瀝青混凝土由國外壟斷施工，將工程造價降低到與混凝土面板可比是比較困難的，因此需要加快水工瀝青混凝土國內施工等配套研究，儘早實現國產化。

十三陵上池止水方案

用混凝土面板作全池防滲時，因分縫多，水位升降頻繁等，止水設計是關鍵技術之一，在寒冷地帶修建的工程尤其如此。20 世紀80 年代之前，面板壩止水設計比較簡單，漏水量普遍較大。哥倫比亞的安其卡亞面板壩，1974 年建成，壩高140m ，最大漏水量達到1800 lPs ，後不得不放空水庫重做止水，修復後漏水量穩定在154 lPs。德國的瑞本勒特、法國拉古施抽水蓄能電站止水設計雖在一般面板壩基礎上進一步做了加強，但都存在技術不足，因此竣工後需要大量運行維護費用。

在十三陵之前，面板壩周邊縫多採用3道止水，比較典型的代表工程為巴西1980 年建成的阿里亞面板壩和墨西哥1994 年建成蓄水的阿瓜密爾巴面板壩，國內外的面板壩仍多採用這兩種類型，尤其是阿里亞面板壩。阿里亞面板壩壩高160m ，建成蓄水後，1980 年測得的最大漏水量為236 lPs ，1998 年測得的最大漏水量為274 lPs ，2002 年測得的最大漏水量為161 lPs。

阿瓜密爾巴面板壩，壩高187m ，1994 年初期蓄水時測得的漏水量為8 lPs ，但1994～1996 年到最高蓄水位時，漏水量超過了250 lPs。對面板壩而言，阿里亞、阿瓜密爾巴壩的漏水量是可以接受的，但對抽水蓄能電站而言則是不行的。

止水機理既有相同點，又有不同。設在表層的嵌縫材料、粉煤灰在壓力水作用下將流到中部或底部，密封有可能存在的漏水通道，從而實現止水的目的，在概念上屬於流動止水或不穩定止水，雖設了上、中、下3 道止水，但作用機理上，獨立的只有1 道或2 道。這種設計的主要弊端就是在水壓力下，當嵌縫材料流向下層的時候，存在容易被高壓水擊穿或者不能完全封閉漏水通道的缺陷，其可靠性不易在蓄水前得到確認，特別是作為高面板壩或重要的面板壩止水。

十三陵上池在設計與施工階段做了大量的止水研究與調研，採用的增強措施還有銅止水“T”型、“十”字型接頭和橡膠止水帶現場硫化接頭儀等。由於上池存在冬季空庫情況，沒有嚴格意義上的受壓縫，對傳統劃分方法劃出的受壓縫表層止水，止水設計與受拉縫類似，只是去掉表層的梯形GB 填料，其它與受拉縫類似。

十三陵止水方案特點

十三陵上池運行8年，接縫止水是成功的。與之前的工程比，其接縫止水最顯著不同之處有兩點，一是表層止水穩定、獨立，二是中部採用複合GB橡膠止水帶。

十三陵表層止水由5mm厚的三元乙丙橡膠板和10mm厚的GB膠組成，梯形槽中的GB 作為安全余度。三元乙丙橡膠板是面板接縫止水的表層蓋板，具有良好的耐老化、耐高溫、耐低溫等性能，但不易與接縫處面板混凝土牢固粘接。利用GB材料的優良性能，在工廠將厚3mm 的GB板複合到三元乙丙橡膠板上，形成表層止水複合板，並與貼在混凝土表面的厚7mm 的GB止水板聯合套用，成為新型的表面止水結構。其表面止水結構具有如下優點：(1)其施工沒有干擾，質量容易控制； (2)止水面為平面，水壓作用下容易壓緊，有利於防滲；(3)縫張開時，止水面受剪下作用，比受拉有利。現場和室內水壓實驗表明，止水效果良好。

上庫主壩面板周邊縫中部，設有一道橡膠止水帶。橡膠止水帶具有良好的耐寒性、變形性和抗老化性，但易在混凝土和止水帶之間形成滲漏通道。經實驗研究採用新型橡膠止水帶，即在橡膠止水帶兩側齒間複合GB 條帶。它比常規橡膠止水帶具有如下優點：(1) 延長滲徑；(2) 易被壓緊，GB 和新鮮混凝土粘接效果好；(3) GB 材料在混凝土乾縮後及止水帶受力時可以密封滲漏通道，因此，避免了水通過混凝土與止水帶之間發生繞滲現象，提高了止水效果。大型模擬實驗表明，水頭達到63m ，面板接縫拉伸變位30.79mm ，剪下變位37.5mm 時，面板接縫不漏水。

十三陵工程之後止水結構的新發展

十三陵工程之後，結合水布埡面板壩止水結構與止水材料的研究，在十三陵止水方案基礎上，作者提出了與波浪型止水帶結合的帶支撐的穩定表層止水，這一新的止水形式已套用於芹山面板壩，在建中的水布埡、洪家度、吉林台、紫坪鋪、引子渡等工程將採用與芹山相類似的止水結構。芹山面板堆石壩位於福建省周寧縣，壩址是一個V 字型的狹谷，壩高120m ，壩長28615m ，岸坡陡。1998 年1 月開工，1999 年10 月開始蓄水，2000 年7 月正式完工。

從1999 年到2002 年，當水位上升到設計水位值時，測得的壩的總滲漏量小於4 lPs ，巴西的工程師提出了簡化的彈性止水，類似於常規的橡膠止水帶。Ita 面板壩(高125m ，建於1999 年) 、Machadinho 面板壩(高119m ，建於2001) 、Itapebi面板壩(高110m ，建於2002 年) 等工程已開始套用此項技術。對於水頭低於130m 的工程，每延米表層止水的材料價在1000 元左右。據介紹，面板壩蓄水後漏水量最大為1200 lPs ，後做了防滲處理。

十三陵工程若採用芹山的止水形式將更為安全可靠，由於後者是安裝型的，就是幾十年後材料老化，重裝也是可行的。巴西的彈性止水結構是一種有益的嘗試，由於它的安裝是通過粘結固定的，進一步簡化了施工，因此對抽水蓄能電站上池止水設計也是可參考的。

總結

面板堆石壩在我國壩型選擇方面具有競爭優勢，很多情況下，它不僅是低壩建設的選擇，同時也是一些高壩如水布埡( H = 233m) 、三板溪( H = 185.5m) 、洪家渡( H = 180m) 、紫坪鋪( H = 156m)等壩的選擇方案。到2001 年年底，我國已建、在建高於60m 以上的面板堆石壩有58 座。大多數面板壩運行良好，漏水量小於100 lPs ，隨著時間的推移，漏水量將會越來越小。止水是面板堆石壩施工中的關鍵問題之一，隨著十三陵、芹山等工程的運行和新工程的不斷建設，新型表層止水技術在我國更廣泛採用的同時，新的止水結構和止水材料也將進一步發展，混凝土面板壩的滲漏量將與瀝青混凝土面板壩接近，並具有與碾壓混凝土壩的可比性。

對於抽水蓄能電站上池，在水工瀝青混凝土國內施工技術發展以後，水工瀝青混凝土防滲方案將優於混凝土面板防滲方案。但隨著混凝土面板抗裂、抗凍融技術的進步，採用混凝土面板作抽水蓄能電站上池的防滲，也將是合適的選擇。