張河灣抽水蓄能電站上水庫瀝青混凝土面板防滲結構

1、第37卷第4期2011年4月水力發(fā)電張河灣抽水蓄能電站上水庫瀝青混凝土面板防滲結構張向前(中國水電顧問集團北京勘測設計研究院，北京100024)摘要：瀝青混凝土面板防滲斷面形式一般有簡式和復式之分?？紤]基礎巖層中普遍分布有軟弱夾層，張河灣抽水蓄能電站上水庫采用瀝青混凝土面板全庫盆防滲，并對防滲面板斷面形式進行了創(chuàng)新性的優(yōu)化設計，成功實現(xiàn)以(防滲)整平膠結層替代下防滲層和原整平膠結層，減少了一層，取得了良好的防滲效果和經濟效益，同時，對工

2、程安全運行具有重要意義。關鍵詞：瀝青混凝土；防滲面板；簡式斷面；復式斷面；(防滲)整平膠結層；張河灣抽水蓄能電站BituminousConcreteImperviousFacingStructurefortheUpperReservoirofZhanghewanPumped——storagePowerStationZhangXiangqian(HydroChinaBeijingEngineeringCorporation，Beijing

3、100024，China)Abstract：TherearetwostructuresofsimpleandcompositetypeforbituminousconcreteimperviousfacinginpracticeAfterconsideringtheweakintercalationsinstrata，theupperreservoirofZhanghewanPumped—storagePowerStationadopt

4、sfullbasinanti—seepagewithbituminousconcretefacing，andthedesignoffacingstructureisinnovativelyoptimized，inwhich，thesecondimperviouslayerandlevelingandbinderlayerintraditionalstructureissubstitutedbynewlevelingandbinderla

5、yerwithcertainimperviouscapacityThepracticaloperationofthereservoirshowsthatthenewdesignhasagoodimperviouseffectandeconomicbenefit，andatthesametime，italsoguaranteesthesafeoperationofprojectKeyWords：bituminousconcrete；imp

6、erviousfacing；simplestructure；compositestructure；levelingandbinderlayerwithimperviouscapacity；ZhanghewanPumped—storagePowerStation中圖分類號：TV4315(222)文獻標識碼：A文章編號：0559—9342(2011)04—0039—04瀝青混凝土是以瀝青為膠結材料，與骨料(碎石、砂、填充料等)按規(guī)定配合比拌

7、制、固結而成的建筑材料。交通部門在高速公路、機場跑道建設上有著廣泛的應用。因其防滲性能好，也用于水利水電行業(yè)的土石壩、蓄水池、渠道、河道、堤防、護岸(坡)等的防滲體。20世紀50、60年代，歐洲已將瀝青混凝土用于水庫大面積防滲。近年來，隨著天荒坪、張河灣、西龍池、寶泉等抽水蓄能電站瀝青混凝土防滲工程的陸續(xù)建成國內水T瀝青混凝土防滲設計和施工技術得到了快速發(fā)展。1瀝青混凝土防滲面板結構瀝青混凝土面板防滲斷面形式一般有簡式和復式之分，根據(jù)T

8、程的重要程度、安全要求、地質條件等因素，綜合考慮技術經濟要求選用。11復式斷面?zhèn)鹘y(tǒng)的復式斷面結構一般分5層從上往下分別為封閉層、上防滲層、排水層、下防滲層、整平膠結層復式斷面簡圖見圖1，各結構層的作用及設計參數(shù)見表1。12簡式斷面考慮到瀝青混凝土防滲層本身滲透系數(shù)叮以達到l10em／s以下，防滲性能很好，幾乎可以認為是不透水的，除非發(fā)生破壞，復式斷面中的排水層收稿日期：2010—07—05作者簡介：張向前(1972一)，男，河南漯河人，

9、高級一r：程師，從事水T結構設計工作第37卷第4期張向前：張河灣抽水蓄能電站上水庫瀝青混凝土面板防滲結構板斷面形式進行不斷優(yōu)化改進正在成為一種發(fā)展趨勢。3張河灣電站上水庫瀝青混凝土面板設計31工程概況張河灣抽水蓄能電站52于河北省石家莊市井陘縣測魚鎮(zhèn)附近的甘陶河干流上。電站總裝機容量1000MW，裝機4臺，單機容量250MW。電站樞紐南上水庫、下水庫、水道系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)等組成，工程等級為一等。上水庫位于下水庫左岸的老爺廟山頂，采用開

10、挖筑壩同庫而成。上水庫采用瀝青混凝土面板全庫防滲，庫坡防滲面積20萬m，庫底防滲而積137萬nl，總防滲面積337萬nl。上水庫正常蓄水位810nl，死水位779m，工作水深31m，總庫容770萬m，調節(jié)庫容715萬m死庫容55萬m0。32地質條件321地形地貌老爺廟俞坪為古夷平面，呈北東一南向不規(guī)則的條形展布，南北長約2km，東兩寬250～700m，總體地勢東北高，西南低，地面高程740～846m。俞坪東、J匕、兩_二面受溝谷深切，臺

11、緣曲折，地形陡峻322地層巖性上水庫地層南寒武系饅頭組與長城系大紅峪組組成__二者呈平行不整合接觸。寒武系地層大多為薄層狀，其中砂質泥巖、砂泥巖夾泥灰?guī)r的性質軟弱，強度較低，遇水可軟化，失水易崩解。長城系大紅峪組石英砂巖質地堅硬、性脆，強度高高傾角裂隙發(fā)育，透水性強?！贺瞝層問錯動地層巾順層發(fā)育有眾多軟弱夾層，強度低，親水性較強，對壩基抗滑穩(wěn)定不利。323水文地質上水庫周邊為深切溝谷，排泄條件較好，無地表水體分布。地下水埋藏很深，據(jù)鉆孔

12、ZK1的觀測資料，地下水埋深2841TI，地下水位為52376m。324軟弱夾層通過勘探揭露上水庫地層中普遍發(fā)育有順層的軟弱夾層。其lI1饅頭組地層有軟弱夾層25條，庫盆內大部分將被挖除，少部分在庫周壩基下分布；大紅峪組地層有軟弱夾層53條，大多分布在庫盆下并在臺緣陡崖：出露。軟弱夾層按物質組成及結構特征分為兩類：I類為泥央碎屑型，夾層面呈舒緩波狀起伏，起伏差很小，普遍有泥膜，遇水軟化，抗剪強度低：Ⅱ類為碎屑巖片型，夾在軟硬相間巖層內，

13、呈舒緩波狀起伏差較小，主要充填巖片和碎屑，局部見有泥膜，該類夾層長期受到水的浸泡作用，將逐漸向I類夾層轉化。夾層粘土礦物(X一射線)分析資料表明，在大紅峪組石英砂巖內的夾層(如Rd3—1、Rd3—3等)。礦物成分主要為伊利石，含量達99％～100％：饅頭組內的夾層(如Rml一4、Rml一3等)伊利石含量為818％～839％，蒙脫石含量為71％～81％，此外還含有90％～101％的綠泥石和高嶺石。根據(jù)試驗資料，地質給出的軟弱夾層抗剪指標建

14、議值見表2。表2上水庫軟弱夾層抗剪指標建議值層位羹善飽和狀態(tài)天然狀態(tài)主要夾fC／MPafC／MPa層編號33壩基抗滑穩(wěn)定上水庫巖體中普遍發(fā)育的軟弱夾層，對壩基抗滑穩(wěn)定不利。因此根據(jù)軟弱夾層抗剪指標地質建議值選取飽和狀態(tài)下的摩擦系數(shù)／=o25計算壩基深層抗滑穩(wěn)定。結果表明，正常蓄水位7度地震工況下，壩基沿軟弱夾層Rd31、Rd3—2的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)達不到規(guī)范要求(k=110)；根據(jù)上水庫三維滲流數(shù)值模擬研究的等水頭線圖，綜合考慮軟弱夾層

15、可能的飽和范圍和飽和狀態(tài)，選取半干燥狀態(tài)下的摩擦系數(shù)／=o275計算壩基深層抗滑穩(wěn)定，各工況下計算結果可以滿足規(guī)范要求(110)，壩基深層抗滑穩(wěn)定計算結果見表3。表3壩基深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算情況表明軟弱夾層飽水后強度降低成為壩基抗滑穩(wěn)定的控制L大]素，這也要求張河灣上水庫采用防滲性能更好的瀝青混凝土面板防滲形式，并進一步研究采用能實時監(jiān)控滲漏情況、安全性更高的全庫防滲系統(tǒng)34瀝青混凝土面板設計初步設計階段(等同可行性研究階段)選擇了