李立平，李程程

(1.長江科學院 工程安全與災害防治研究所，湖北 武漢 430010； 2.廣西大藤峽實業(yè)管理有限公司，廣西 南寧 530000)

0 引 言

為了緩解電力緊張，利用已建成的寶泉大壩改建為抽水蓄能樞紐下庫壩[1]。改建后最大壩高107.5 m，壩頂高程268.5 m，壩頂長508.3 m，總庫容6 850萬m3。

原寶泉大壩1973年開工建設，1975年8月砌體高程171.0 m(壩高10.0 m)時，因建設資金和原材料十分困難而被迫停止施工。當月，河南發(fā)生歷史特大暴雨(以下簡稱“75·8”暴雨)，在按“75·8”暴雨規(guī)模進行復核設計下，將原工程設計方案修改為加寬加高大壩斷面。 1976年10月按最終規(guī)模設計復工建設，1981年在施工壩高達50～51 m時，因國家基本建設調整和項目壓縮，寶泉大壩建設再次被迫停工。1989年10月再次復工，1993年大壩砌筑達到設計高程252.1 m，1994年4月工程竣工驗收。2004年6月按照抽水蓄能下庫壩進行加高加厚施工[1]，2007年1月7日大壩下閘蓄水，2007年7月31日大壩達到設計高程268.5 m[2]，工程開始正常運行。

1 工程概況

寶泉抽水蓄能樞紐下庫壩位于河南省輝縣市以西約40 km的浴河高山峽口處，是太行山區(qū)東南邊緣峽谷與平原交接地帶。抽水蓄能工程由上水庫大壩、下水庫大壩、輸水系統(tǒng)及地下廠房群等建筑物組成[3]。下庫大壩包括擋水壩段、溢流壩段等建筑物[2]。

下庫壩壩頂長508.3 m，壩頂高程268.5 m，最大壩高107.5 m，擴大庫容正常蓄水位260.0 m，相應庫容6 750萬m3；死水位220.0 m，相應庫容1 314萬m3。溢流壩段長109.0 m，堰頂高程257.5 m，上部設高3.0 m橡膠壩，壩頂自由溢流，下游采用挑流消能。下庫大壩改建工程主要包括[2]：① 大壩上游防滲面板基巖齒槽土石方開挖；② 原壩體高程249.1 m以上左右岸基礎開挖，在高程252.1 m以下邊坡開挖及錨桿混凝土支護；大壩迎水面從壩基到壩頂采用鋼筋混凝土防滲面板；③ 左右岸擋水壩段從下游高程212.0 m平臺漿砌石貼坡到252.1 m高程，而后從252.1 m高程新砌體砌到壩頂268.2 m；④ 溢流壩段從218.80 m高程平臺開始砌石，砌筑加高至設計高程254.5 m，大壩相對加高16.4 m。工程主要技術參數見表1。

表1 寶泉抽水蓄能樞紐下水庫大壩主要技術參數Tab.1 Main technical parameters of lower reservoir dam of Baoquan Pumped Storage Complex m

2 大壩防滲體系及監(jiān)測設施

2.1 大壩防滲體系

下庫大壩改建時，寶泉大壩為中國最高漿砌石重力壩，防滲問題是漿砌石壩改建的關鍵技術難點之一[4]。在結合原大壩混凝土隔墻防滲體的基礎上，采用在改建大壩迎水面增加鋼筋混凝土面板的措施，加強工程防滲作用。

2.1.1 老壩防滲體系

老壩在壩踵基礎齒槽至高程170.0 m布置C20的鋼筋混凝土墩體結構，墩體寬10.15 m。鋼筋混凝土墩體增大壩基抗滑穩(wěn)定，還能對壩基起到防滲漏作用；在墩體170.0 m高程以上改用150號砂漿粗料石砌筑灌漿體作為防滲措施，厚度按水頭的1/20控制[3]，防滲墩體底寬10.15 m，頂寬1.20 m；在粗料石砌筑的灌漿防滲體和下游壩體砂漿砌塊石之間布置1.0 m厚C20混凝土隔墻，作為大壩的防滲措施(圖1)?；炷粮魤笤O有4層排水廊道，是壩體滲漏匯集的通道，基礎廊道集水井設有自動抽排系統(tǒng)。

2.1.2 改建大壩防滲體系

寶泉抽水蓄能電站下水庫大壩采用鋼筋混凝土防滲面板結構防滲，防滲面板底部按最大水頭的1/60控制[2]，混凝土采用C25并摻加聚丙烯纖維，設計面板厚度在壩底高程174.0 m為1.4 m，在174.0～190.0 m壩高之間厚度由1.4 m漸變?yōu)?.2 m，壩高190.0～220.0 m厚度由1.2m漸變?yōu)?.0 m，高程220.0 m以上厚度均為1.0 m[2](圖1)。新建壩段防滲面板嵌入建基面以下1.5 m，并與壩基防滲設施連成整體。防滲面板施工劃分44塊，1～7號面板布置左岸新建擋水壩段，8～19號布置在左岸擋水壩段，20～29號布置在溢流壩段上，30～41號布置在右岸擋水壩段上，42～44號布置在右岸新建擋水壩段上。防滲面板每倉澆筑高度為4.0～6.0 m，倉與倉之間保持同步施工。為避免高差過大，在混凝土澆筑時，采用止水部位混凝土先上升，其余部位混凝土滯后跟進的辦法施工，以確保伸縮縫處止水不位移、變形。

2.2 大壩滲流監(jiān)測儀器布置

由于原寶泉水庫大壩監(jiān)測數量少且設施老化，不能滿足當前工程監(jiān)測的需要。在改建下水庫大壩設計方案中，針對抽水蓄能電站發(fā)電抽水而引起下水庫頻繁聚升聚降水位運行工況，同時要考慮庫水位壓力和壩體滲漏對大壩穩(wěn)定的影響，結合漿砌石重力壩防滲要求，選擇代表性斷面布置監(jiān)測儀器。將左岸19號壩段、右岸31號壩段作為擋水壩段的重點監(jiān)測斷面，左右岸監(jiān)測壩段可相互比較，有針對性地布置滲漏監(jiān)測儀器：① 為掌握鋼筋混凝土防滲面板防滲效果，在高程176.0，192.5 m和224.0 m面板后各布置1支滲壓計監(jiān)測儀器，了解面板不同高程滲漏情況；② 為了解新老壩體銜接部位滲流情況，在新舊結合部布置1支滲壓計進行監(jiān)測；③ 為了解加高加寬壩體內的滲流情況，在大壩新砌體部位布置1支滲壓計儀器，大壩滲流監(jiān)測儀器布置如圖1所示，儀器埋設部位統(tǒng)計見表2。此外，在大壩不同高程廊道內布置4個量水堰，監(jiān)測壩體總滲流量。

圖1 大壩防滲監(jiān)測布置示意Fig.1 Dam seepage monitoring layout

3 大壩滲流成果與監(jiān)測分析

3.1 大壩滲流監(jiān)測成果

3.1.1 左岸擋水壩段

水庫蓄水以來，依據土石壩監(jiān)測規(guī)范和大壩管理運行技術要求進行常態(tài)化觀測[5]，遇大到暴雨及時加密觀測。通過監(jiān)測資料特征值分析，2016年7月峽谷流域普降大到暴雨，7月19日降雨最大達到232 mm/d，下水庫水位以3.0 m/h速度急劇上漲，入庫流量最大達到1 664 m3/s。在庫水位達到261.58 m時(溢流壩面高257.50 m)大壩開始泄洪，泄流量最大為1 377 m3/s，是大壩竣工以來最大泄流工況。左岸19號壩段混凝土防滲面板高程174.0 m的P2-19、高程192.0 m的 P2-20和高程223.5 m高程的P2-22滲壓計實測滲壓水頭分別為27.13，24.76 m和11.79 m，混凝土面板背后不同高程滲壓計測得水位上升，滲壓水頭升降滯后于庫水位變化(圖2)。由圖可知，面板和壩體之間有滲壓水活動；在19號壩段新舊砌體結合部位、壩高223.5 m和213.5 m的滲壓計P2-23和P2-21實測滲壓值為0，新舊接合處未有滲水活動；在壩高223.5 m埋設的P2-24滲壓計儀器，基本未測出明顯的滲水現象。

圖2 左岸19號壩段面板滲壓水位過程線Fig.2 Seepage water level process line of No.19 dam section on left bank

3.1.2 右岸擋水壩段

右岸31號壩段監(jiān)測布置與左岸19號壩段相同，對左右岸監(jiān)測成果進行比較和綜合分析。在壩高193.80 m和223.50 m面板處布置P2-49和P2-51監(jiān)測儀器。2016年7月19日庫水位達到261.58 m時，儀器P2-49和P2-51監(jiān)測滲壓水頭為44.12 m和7.36 m，換算水位高程分別為237.92 m和230.86 m，如圖3所示。面板后明顯存在水壓力，面板和壩體之間存在水壓活動；31號壩段壩高223.5 m和213.5 m處沿新舊砌體之間的P2-23和P2-21儀器，觀測滲壓值為0，新舊接合處未有滲水活動；在新砌壩體的P2-53儀器，滲壓水也反映為0。

圖3 右岸31號壩段面板滲壓水位過程線Fig.3 Seepage water level process line of the No.31 dam section on right bank

3.1.3 大壩滲流量

大壩廊道內共布置了4套量水堰，2008年12月在高程164.0 m廊道改造設置排水孔，高程176.0 m廊道以下壩體滲水經排水孔排出，并在孔口采用容積法進行監(jiān)測。左岸176.0 m排水廊道在2007年8月蓄水初期的最大滲流量為32.92 L/s，是由施工遺留部分用水等因素造成，不代表大壩實際滲流量，而后歷年監(jiān)測滲流量均小。2017年11月21日監(jiān)測數據顯示：左岸高程176.0 m以上壩體滲漏量為0.22 L/s[6]，右岸高程176.0 m以上壩體滲漏量為0，高程176.0 m以下壩基滲漏量為0.59 L/s(表3)，總滲流量小于設計滲流量23.056 L/s(83 m3/h)[2]，大壩滲流量處于正常狀態(tài)。

表3 大壩廊道滲流監(jiān)測成果特征值Tab.3 Characteristic value of seepage monitoring results of dam corridor

3.2 大壩滲流和面板裂縫特性

寶泉大壩多年滲壓水位監(jiān)測資料揭示：在庫水位急劇上升或下降工況下，防滲面板與壩體間滲壓水位均在10.37～44.35 m范圍變化。研究庫水通過防滲面板局部裂縫的滲透規(guī)律，并對鋼筋混凝土防滲面板裂縫滲透原因進行分析。

3.2.1 施工期裂縫引起滲漏

在寶泉大壩上游面增設鋼筋混凝土防滲面板是改建工程的主要措施之一，使壩體滲漏量控制在漿砌石重力壩規(guī)范要求范圍內。大壩防滲面板混凝土采用C25并摻加聚丙烯纖維。按壩高劃分面板共28塊(條)，8～19號面板布置在左岸擋水壩段，30～41號面板布置在右岸擋水壩段，防滲面板嵌入建基面以下1.5 m，并與壩基防滲設施連成整體。防滲面板每倉施工高度為4.0～6.0 m，澆筑時倉與倉之間保持同步，避免高差過大。在施工混凝土澆筑時，為確保伸縮縫處止水不位移、變形，采用止水部位混凝土先上升，其余部位混凝土滯后跟進的施工方法。大壩下閘蓄水驗收檢查發(fā)現 6號、13號、18號和19號面板發(fā)生裂縫，裂縫基本呈垂直方向、自上而下延伸，裂縫一般寬0.1～4.0 mm左右(表4)。蓄水前對裂縫進行騎縫貼嘴化學處理，但隨著蓄水水位逐漸上升，大壩面板受力較大，整體受力不均勻，水位高程以下面板受力較大，水位以上面板受力較小，鋼筋混凝土面板是彈性變形體，易造成水壓力浸濕面板裂縫或滲透。裂縫化灌材料已逐漸老化，裂縫呈張開趨勢，導致面板有滲漏點。2016年8月4日庫水位上升257.29 m時，滲壓監(jiān)測水位上升43.90 m，面板與壩體之間滲壓水頭相應上升，由圖2～3面板滲壓水位與時間過程線可以看出，當庫水急速上升后，面板與壩體滲壓水頭也相應上升。

表4 大壩鋼筋混凝土防滲面板施工期裂縫統(tǒng)計Tab.4 Statistics of reinforced concrete panel cracks during construction

3.2.2 新老壩體不均沉降

大壩底部向上游伸出，壩基筑砌石臺階突出寬2.0～4.0 m，最大臺階高17.0 m左右。1993年老壩竣工后，壩體沉降變形趨于穩(wěn)定。上部新砌壩體仍處于沉降變形階段，新老壩體沉降速率不一致，導致鋼筋混凝土面板裂縫。為此，布設單層Φ14@150鋼筋網；面板與壩體間采用Φ22錨筋連接，間排距1 m，單根長2.7～3.0 m，伸入壩體1.5 m，面板表層用鋼筋網焊接連接。充分考慮新老壩體膠結效果，面板處于整體受力狀態(tài)，在老壩高程251.85 m與新砌壩體結合處設置Φ25@200三層并縫鋼筋加固。面板伸縮縫在正常蓄水位以下設2道止水，以上設1道止水。2007年7月施工達到設計高程，加高壩體運行期仍處于沉降階段。兩個不同介質變形差異，即新老混凝土銜接面約束變形差異，導致面板局部呈不規(guī)則裂縫。

3.2.3 不均勻約束變形引起面板裂縫

改建施工對迎水面及壩頂作平整處理，接觸界面較大，壩體迎水面砌石凹凸狀，壩頂局部極不平整。新砌體受老壩體約束，混凝土面板收縮變形大。新老壩體本身受漿砌石物質自重作用，加高壩體處于沉降期，所以上部面板混凝土變形也大。老壩體頂部砌石平整處理困難，使接觸面應力集中，面板產生裂縫。此外，在面板施工過程中，混凝土受到養(yǎng)護條件限制、河谷風大、年度溫差變化大等因素影響，面板發(fā)生局部裂縫。在水庫蓄水前檢查左岸擋水壩段19號面板有5條裂縫，右岸擋水壩31號段1條裂縫，裂縫基本呈垂直走向，裂縫寬度0.2～0.3 mm，裂縫長3.5～24.5 m。

3.2.4 彈模差異導致混凝土面板裂縫

新老壩體混凝土彈性模量差異，也是引起裂縫產生的另一因素。由大壩蓄水驗收資料可知，河床壩段高程174 m平臺為老壩混凝土，防滲標號為C20，混凝土彈性模量為6.5～7.5 GPa；高程174 m平臺以上增設的混凝土防滲面板，彈模為5.0～9.0 GPa。為了使壩體強度滿足設計要求，對大壩進行三維靜動力計算，分析結果表明，在高程174 m部位會出現拉應力。為保持膠結處混凝土結合效果、減少老混凝土面約束力、限制出現裂縫，在高程174 m平臺接觸處做鑿毛處理?；炷翉椥阅Ａ吭酱?，混凝土抗壓強度越大，混凝土受彎構件剛度也越大，構件產生擾度越小，故新澆混凝土變形大。在水庫蓄水前在檢查時發(fā)現膠結處面板已出現裂縫，印證了彈模差異與裂縫產生的關系。

3.3 大壩滲流敏感性分析

3.3.1 混凝土面板局部滲漏

在大壩防滲面板不同高程的滲壓計滲壓值伴隨庫水位上升而明顯增大。2007年1月水庫蓄水前，基本未測出滲壓值。2008年1月4日水庫蓄水至254.17 m時，左岸19號壩段P2-19儀器滲水水頭為63.99 m，換算水位高程為239.99 m，滲壓水頭低于庫水位14.18 m；右岸31號壩段P2-49測出滲壓水頭為251.70 m，低于庫水位2.47 m。防滲面板施工期受大氣溫度影響，混凝土結構干燥，面板施工裂縫滲水性較強烈。當面板常年被庫水位淹沒達到飽和后，滲壓儀器透水性也處于飽和狀態(tài)，溫度影響面板裂縫滲漏量，表現為低溫度裂縫張開，滲水量大，高溫時裂縫收縮，滲壓水頭減小。如2016年7月19日庫水位261.58 m，P2-19和P2-49滲壓相應水位為203.59 m和238.15 m，低于庫水位53.73 m和19.15 m，滲壓水頭滯后庫水位也說明這一點。

3.3.2 防滲體防滲作用

原水庫在距大壩上游面1.5 m位置布置的防滲體系為混凝土隔離墻結構。防滲墻厚度按水頭的1/20控制，在壩高170.0 m以下隔離墻采用C20混凝土；170.0 m以上改為150號砂漿粗料石砌筑灌漿作為防滲體。墻基底寬10.15 m，頂寬1.2 m；壩體石塊采用為C15二級配混凝土砌石砂漿灌漿，使混凝土隔墻與壩體起到防滲作用。在左右壩段壩體的P2-21、P2-23、P2-50和P2-52儀器測定滲壓值基本為0，說明壩體內無滲漏情況，老壩防滲體系隔離體具有防滲功能。

3.3.3 大壩滲流量較小

為了全面掌握大壩滲漏情況，在壩體基礎廊道安裝了4座量水堰。10余年滲流監(jiān)測成果表明，大壩滲流量均勻穩(wěn)定，廊道滲流量較小。如2016年8月4日水庫水位為257.29 m(蓄水最高水位值)時，廊道總滲漏量0.90 L/s，均小于設計滲流量23.056 L/s[4](83 m3/h)[6]。大壩滲流量未超出漿砌石重力壩滲漏的規(guī)范要求。

4 結 語

寶泉抽水蓄能電站下水庫大壩10余年滲流滲壓監(jiān)測成果表明，雖然混凝土面板施工期產生裂縫引起滲壓值增大，但改建大壩混凝土防滲面板與老壩隔墻防滲體起到了共同防滲作用[4]。滲流監(jiān)測資料反映大壩滲流量只局限于上游面板和防墻體之間，新老壩體膠結處無滲水活動。大壩基礎廊道滲流量很小，總滲漏量控制在設計范圍內，大壩工作性態(tài)正常。