[科普中国]-抽水蓄能电站上池防渗

抽水蓄能电站上池防渗是指在水电站进行防水的技术。随着我国电力工业的发展，抽水蓄能电站的建设越来越多，开工建设的有张河湾、西龙池、宝泉等。已建抽水蓄能电站总装机为5610MW、在建为10020MW，预计到2020 年将达到40000MW，装机虽低于美国(2001年已建装机为25600MW) 、日本(1996 年已建装机为22890MW) ，但发展速度和最终规模将位居世界第一。

简介随着我国电力工业的发展，抽水蓄能电站的建设越来越多，近期开工的有张河湾、西龙池、宝泉等。已建抽水蓄能电站总装机为5610MW、在建为10020MW，预计到2020 年将达到40000MW，装机虽低于美国(2001年已建装机为25600MW) 、日本(1996 年已建装机为22890MW) ，但发展速度和最终规模将位居世界第一。20 世纪国外绝大多数抽水蓄能电站上池全池防渗采用水工沥青混凝土方案，运行维护费用较低。国内十三陵抽水蓄能电站采用的是混凝土面板防渗，天荒坪工程采用的是水工沥青防渗，张河湾、西龙池、宝泉等工程将通过国际招标采用沥青混凝土防渗。

混凝土面板坝施工在国内有成熟的经验及相应配套的规程、规范和施工设备，工程造价低，防渗效果能满足工程要求，对常规面板堆石坝优势是比较明显的。对运行条件严酷、防渗要求高的抽水蓄能电站上池全池防渗而言，因面板接缝多、面板易开裂等原因，接缝止水设计和面板防裂成为工程长期安全耐久运行的关键技术之一。与水工沥青混凝土全池防渗工程比较，因工程数目少，不足沥青工程的10 % ，时间短，在抗渗、耐寒、耐冻融、承受不均匀变位等方面还没有足够的长期资料，评价其安全使用寿命尚需时日。

十三陵抽水蓄能电站上池防渗曾论证过水工沥青方案，后因技术(包括当时不能肯定水工沥青对水质、环境无害) 等原因，选择了钢筋混凝土面板全池防渗。它是国内首次采用混凝土面板全池防渗的工程，在此前，国外采用混凝土面板全池防渗的类似工程只有两座，一是德国瑞本勒特(Rabenleite) 抽水蓄能电站，另一座是法国拉古施(LaCoche) 抽水蓄能电站。

从十三陵上池建成以来8 年的运行效果看，虽然存在面板裂缝等问题，但与国外类似工程相比，全池防渗效果是最好的，与国内外使用水工沥青混凝土防渗的类似工程比，也是一个非常成功的例子，说明用混凝土面板作抽水蓄能电站上池全池防渗是可行的。90 %多的工程全池防渗用水工沥青混凝土，由于水工沥青混凝土的适应变形能力、耐低温、抗冻融循环等能力强，因此可降低运行维护费用、提高工程安全使用寿命。但水工沥青混凝土由国外垄断施工，将工程造价降低到与混凝土面板可比是比较困难的，因此需要加快水工沥青混凝土国内施工等配套研究，尽早实现国产化1。

十三陵上池止水方案用混凝土面板作全池防渗时，因分缝多，水位升降频繁等，止水设计是关键技术之一，在寒冷地带修建的工程尤其如此。20 世纪80 年代之前，面板坝止水设计比较简单，漏水量普遍较大。哥伦比亚的安其卡亚面板坝，1974 年建成，坝高140m ，最大漏水量达到1800 lPs ，后不得不放空水库重做止水，修复后漏水量稳定在154 lPs。德国的瑞本勒特、法国拉古施抽水蓄能电站止水设计虽在一般面板坝基础上进一步做了加强，但都存在技术不足，因此竣工后需要大量运行维护费用。

在十三陵之前，面板坝周边缝多采用3道止水，比较典型的代表工程为巴西1980 年建成的阿里亚面板坝和墨西哥1994 年建成蓄水的阿瓜密尔巴面板坝，国内外的面板坝仍多采用这两种类型，尤其是阿里亚面板坝。阿里亚面板坝坝高160m ，建成蓄水后，1980 年测得的最大漏水量为236 lPs ，1998 年测得的最大漏水量为274 lPs ，2002 年测得的最大漏水量为161 lPs。

阿瓜密尔巴面板坝，坝高187m ，1994 年初期蓄水时测得的漏水量为8 lPs ，但1994～1996 年到最高蓄水位时，漏水量超过了250 lPs。对面板坝而言，阿里亚、阿瓜密尔巴坝的漏水量是可以接受的，但对抽水蓄能电站而言则是不行的。

止水机理既有相同点，又有不同。设在表层的嵌缝材料、粉煤灰在压力水作用下将流到中部或底部，密封有可能存在的漏水通道，从而实现止水的目的，在概念上属于流动止水或不稳定止水，虽设了上、中、下3 道止水，但作用机理上，独立的只有1 道或2 道。这种设计的主要弊端就是在水压力下，当嵌缝材料流向下层的时候，存在容易被高压水击穿或者不能完全封闭漏水通道的缺陷，其可靠性不易在蓄水前得到确认，特别是作为高面板坝或重要的面板坝止水。

十三陵上池在设计与施工阶段做了大量的止水研究与调研，采用的增强措施还有铜止水“T”型、“十”字型接头和橡胶止水带现场硫化接头仪等。由于上池存在冬季空库情况，没有严格意义上的受压缝，对传统划分方法划出的受压缝表层止水，止水设计与受拉缝类似，只是去掉表层的梯形GB 填料，其它与受拉缝类似2。

十三陵止水方案特点十三陵上池运行8年，接缝止水是成功的。与之前的工程比，其接缝止水最显著不同之处有两点，一是表层止水稳定、独立，二是中部采用复合GB橡胶止水带。

十三陵表层止水由5mm厚的三元乙丙橡胶板和10mm厚的GB胶组成，梯形槽中的GB 作为安全余度。三元乙丙橡胶板是面板接缝止水的表层盖板，具有良好的耐老化、耐高温、耐低温等性能，但不易与接缝处面板混凝土牢固粘接。利用GB材料的优良性能，在工厂将厚3mm 的GB板复合到三元乙丙橡胶板上，形成表层止水复合板，并与贴在混凝土表面的厚7mm 的GB止水板联合应用，成为新型的表面止水结构。其表面止水结构具有如下优点：(1)其施工没有干扰，质量容易控制； (2)止水面为平面，水压作用下容易压紧，有利于防渗；(3)缝张开时，止水面受剪切作用，比受拉有利。现场和室内水压实验表明，止水效果良好。

上库主坝面板周边缝中部，设有一道橡胶止水带。橡胶止水带具有良好的耐寒性、变形性和抗老化性，但易在混凝土和止水带之间形成渗漏通道。经实验研究采用新型橡胶止水带，即在橡胶止水带两侧齿间复合GB 条带。它比常规橡胶止水带具有如下优点：(1) 延长渗径；(2) 易被压紧，GB 和新鲜混凝土粘接效果好；(3) GB 材料在混凝土干缩后及止水带受力时可以密封渗漏通道，因此，避免了水通过混凝土与止水带之间发生绕渗现象，提高了止水效果。大型模拟实验表明，水头达到63m ，面板接缝拉伸变位30.79mm ，剪切变位37.5mm 时，面板接缝不漏水。

十三陵工程之后止水结构的新发展十三陵工程之后，结合水布垭面板坝止水结构与止水材料的研究，在十三陵止水方案基础上，作者提出了与波浪型止水带结合的带支撑的稳定表层止水，这一新的止水形式已应用于芹山面板坝，在建中的水布垭、洪家度、吉林台、紫坪铺、引子渡等工程将采用与芹山相类似的止水结构。芹山面板堆石坝位于福建省周宁县，坝址是一个V 字型的狭谷，坝高120m ，坝长28615m ，岸坡陡。1998 年1 月开工，1999 年10 月开始蓄水，2000 年7 月正式完工。

从1999 年到2002 年，当水位上升到设计水位值时，测得的坝的总渗漏量小于4 lPs ，巴西的工程师提出了简化的弹性止水，类似于常规的橡胶止水带。Ita 面板坝(高125m ，建于1999 年) 、Machadinho 面板坝(高119m ，建于2001) 、Itapebi面板坝(高110m ，建于2002 年) 等工程已开始应用此项技术。对于水头低于130m 的工程，每延米表层止水的材料价在1000 元左右。据介绍，面板坝蓄水后漏水量最大为1200 lPs ，后做了防渗处理。

十三陵工程若采用芹山的止水形式将更为安全可靠，由于后者是安装型的，就是几十年后材料老化，重装也是可行的。巴西的弹性止水结构是一种有益的尝试，由于它的安装是通过粘结固定的，进一步简化了施工，因此对抽水蓄能电站上池止水设计也是可参考的。

总结面板堆石坝在我国坝型选择方面具有竞争优势，很多情况下，它不仅是低坝建设的选择，同时也是一些高坝如水布垭( H = 233m) 、三板溪( H = 185.5m) 、洪家渡( H = 180m) 、紫坪铺( H = 156m)等坝的选择方案。到2001 年年底，我国已建、在建高于60m 以上的面板堆石坝有58 座。大多数面板坝运行良好，漏水量小于100 lPs ，随着时间的推移，漏水量将会越来越小。止水是面板堆石坝施工中的关键问题之一，随着十三陵、芹山等工程的运行和新工程的不断建设，新型表层止水技术在我国更广泛采用的同时，新的止水结构和止水材料也将进一步发展，混凝土面板坝的渗漏量将与沥青混凝土面板坝接近，并具有与碾压混凝土坝的可比性。

对于抽水蓄能电站上池，在水工沥青混凝土国内施工技术发展以后，水工沥青混凝土防渗方案将优于混凝土面板防渗方案。但随着混凝土面板抗裂、抗冻融技术的进步，采用混凝土面板作抽水蓄能电站上池的防渗，也将是合适的选择3。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所