泰安某某抽水蓄能電站在對國內外土工膜防滲應用實踐大量考察和土工膜選材試驗后,最終采用了1.5mm厚的HDPE光面膜;
一.工程概況

泰安某某抽水蓄能電站位于山東省泰安市西郊的泰山西南麓,距泰安市5km,距濟南市約70km,靠近山東省用電負荷中心,地理位置優越,地形、地質條件良好,技術經濟指標優越。電站在山東電網中主要擔負調峰、填谷作用,并兼有調頻調相和緊急事故備用等功能。電站裝有四臺單機容量250MW的單級立軸混流可逆式水泵水輪機組和發電電動機組,總裝機容量1000MW,年發電量13.382億kW·h,年抽水用電量17.843億kW·h.電站為日調節純抽水蓄能電站,工程規模為I等大(1)型工程,由上水庫、輸水系統、地下廠房及地面開關站、下水庫等樞紐建筑物組成。根據工程水文、地質條件,泰安某某抽水蓄能電站上水庫采用表面與垂直相結合的綜合防滲形式:即上水庫右岸橫嶺距壩軸線約818m范圍的岸坡采用混凝土面板防滲,岸坡面板下游側與混凝土面板堆石壩防滲面板相接;庫底回填石渣區采用土工膜表面防滲,土工膜與大壩面板及右岸岸坡面板相接;在左岸及庫尾土工膜將埋入庫底觀測廊道的側墻頂部混凝土中,廊道基礎設鎖邊帷幕。這樣,大壩混凝土面板、庫岸防滲面板與庫底土工膜、防滲帷幕等形成了完整的上水庫庫盆防滲系統。
二.防滲結構
1.混凝土防滲面板
大壩上游坡面鋼筋混凝土防滲面板和右岸橫嶺距壩軸線約818范圍的岸坡混凝土防滲面板承受最大水頭約35m,面板厚度均采用0.30m。面板坡比均為1:1.5。大壩面板與右岸面板均在中部設置一層雙向配筋:縱向18@15cm、橫向$16@15cm。大壩與右岸面板混凝土均采用相同指標:28d齡期立方體抗壓強度不小于25MPa,90d齡期抗壓強滲標號W8,90d齡期抗凍標號F300。
2.土工膜防滲體下部填渣區
為減少棄渣、降低環境影響,減少水庫死庫容以減小初期蓄水量,本工程利用上水庫開挖棄渣料填于庫底。棄渣料主要為全、強風化混合料,并混有一定量的大孤石和耕植土,棄料組成不均勻。施工中庫底僅清除腐殖土和部分覆蓋層,填渣厚度0~43m不等,填渣頂高程372.40m。
3.土工膜防滲體結構
上水庫土工膜防滲體結構由下支持層、土工膜防滲層、上保護層組成。
(1)下支持層。根據泰安工程上水庫的運用條件,設置土工膜下支持層自下而上依次為:120cm厚過渡層、60cm厚墊層、6mm厚土工席墊。
1)過渡料采用上庫區弱、微風化的開挖爆破料,要求級配良好,最大粒徑30cm,設計干密度不小于21.1kN/m3,設計孔隙率不大于20%,滲透系數為8×103~2×10-'。
2)墊層料采用砂、小石、中石摻配而成,下部40cm厚最大粒徑4cm,上部20cm厚最大粒徑2cm,設計干密度不小于22kN/m3,設計孔隙率不大于18%,滲透系數為5×10-4~5×10-2cm/s。
3)土工席墊為在熱熔狀態下塑料絲條自行黏接成的三維網狀材料,它具有平整的表面,較高的抗壓強度和耐久性,在土工膜和碎石墊層間設置土工席墊,可以明顯改善土工膜的受力情況,有效防止下墊層料中的尖角碎石或異物刺破損傷土工膜。
(2)土工膜防滲層。通過對HDPE、LDPE、PVC、CSPE等多種土工膜在技術、經濟、可靠性等方面的綜合比較分析,研究認為:HDPE土工膜具有優異的物理力學性能、耐久性、可焊接性,產品幅寬大,工程經驗多,能較好地適應泰安工程區的氣候條件,因此設計選用壓延法生產的高密度聚乙烯(HDPE)土工膜作為泰安上水庫防滲膜。采用膜布分離式的一布一膜,土工膜選用1.5mm厚HDPE光膜,膜下鋪設500g/m2的滌綸針刺無紡土工布。
泰安工程通過現場大量的比較試驗研究,取得了較理想的針對1.5mm厚HDPE土工膜的焊接、修補檢測的施工工藝和方法。土工膜幅寬5.1m,膜幅之間采用雙焊縫連接,采用電熱楔式自動焊機,并配套采用手持式半自動爬行熱合熔焊接機、手持擠出式焊機對直焊縫和T型接頭面位遒行棉接施工和峽陷修補合并甩真空檢測法和充氣檢測法對土工膜焊接質量進行檢測。
(3)上保護層。由于泰安工程土工膜位于不小于11.80m深水下,設計采用膜上鋪設土工布(500g/m2)的方案,以加強施工期保護。土工布上用每只單重30kg左右的土工布沙袋(間距1.4m×1.4m)進行壓覆,避免土工膜及土工布在施工期被風掀動以及在運行期受水浮力的影響漂動。
4.土工膜周邊錨固
上水庫土工膜周邊錨固主要包括土工膜與大壩面板的連接、與右岸面板的連接、與庫底觀測廊道的連接三種類型。大壩和右岸面板底部設置混凝土連接板與土工膜連接。右岸面板底部的連接板布置于基巖上,即相當于常規面板堆石壩的趾板,不設橫縫。大壩面板底部的連接板其基礎條件與面板相當(下部為墊層料、過渡料、主堆石),所承受的水荷載均勻,為簡化土工膜與連接板的連接型式,混凝土連接板不設結構縫,僅設鋼筋穿縫的施工縫,施工縫分縫長度不超過15,采用設后澆帶施工。土工膜和連接板之間的止水連接,與混凝土面板周邊縫止水結構分開布置,土工膜與連接板采用機械連接。土工膜與庫底觀測廊道的連接,先將土工膜采用機械連接的方式錨固在廊道混凝土上,錨固后澆筑二期混凝土壓覆形成封閉防滲體。
土工膜與混凝土通過機械錨固壓緊進行止水。土工膜與連接板、廊道混凝土的機械連接,采用先澆筑混凝土,后期在混凝土中鉆設錨固孔,并在孔內放置錨固劑固定螺栓的設計方案。使用一組包含不銹鋼螺栓、彈簧墊片和不銹鋼螺母的緊固組件,通過緊固螺栓、不銹鋼角鋼壓覆實現土工膜與混凝土連接板的機械連接。
三.排水系統
1.設置庫底觀測廊道
在庫底土工膜鋪蓋的周邊設置排水觀測廊道,一端經左岸壩下通向壩后(出口高程370.00m),另一端延伸至右岸環庫公路(出口高程413.80m)。該廊道主要起鎖邊帷幕灌漿的齒墻作用,通過該廊道的連接,使庫底土工膜和鎖邊帷幕形成統一的防滲體系。同時,通過庫底觀測廊道,可以觀測上水庫運行期間庫底的滲壓情況。廊道以0.2%~0.3%的坡度將滲水排往壩后。在土工膜左側和庫尾邊界的觀測廊道處設置排水管,以排除周邊膜下滲水,排水管為50mm塑料排水管,間距5m。
2.排水層
庫底土工膜防滲體下部設置一層厚0.6m碎石下墊層(兼排水層作用),碎石下墊層下部設置厚1.2m排水過渡層。
3.土工排水管網
為了更好地排出土工膜下滲漏水及氣體,在16.1萬2的土工膜下臥過渡層頂面高程373.60m設置30m×30m外包土工布的150mm土工排水盲溝網,并與庫底周邊觀測廊道、右岸排水觀測洞的排水孔連通。進/出水口上游至庫底觀測廊道段右岸面板下的滲水從排水管經庫底觀測廊道排出,庫尾高程375以上的右岸面板區,其滲水排入庫底觀測廊道。
水庫運行情況
上水庫自2005年5月底開始蓄水,于9月28日水位達到死水位386.00m,蓄水量為237.25萬m3,到2006年2月初水位達到391.00m,蓄水量達384.97萬m3。在蓄水期間,水工運行人員加強了對水庫及大壩的監測。目前,整個庫盆部分(包括庫周面板和庫底土工膜)滲透量為20~30I/s,在設計允許的范圍之內。