張河灣抽水蓄能電站上水庫瀝青混凝土面板防滲結(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)張向前(中國水電顧問集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)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(jiǎn)式和復(fù)式之分。考慮基礎(chǔ)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(duì)防滲面板斷面形式進(jìn)行了創(chuàng)新性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)以(防滲)整平膠結(jié)層替代下防滲層和原整平膠結(jié)層，減少了一層，取得了良好的防滲效果和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，對(duì)工

2、程安全運(yùn)行具有重要意義。關(guān)鍵詞：瀝青混凝土；防滲面板；簡(jiǎn)式斷面；復(fù)式斷面；(防滲)整平膠結(jié)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(hào)：TV4315(222)文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0559—9342(2011)04—0039—04瀝青混凝土是以瀝青為膠結(jié)材料，與骨料(碎石、砂、填充料等)按規(guī)定配合比拌

7、制、固結(jié)而成的建筑材料。交通部門在高速公路、機(jī)場(chǎng)跑道建設(shè)上有著廣泛的應(yīng)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(hù)岸(坡)等的防滲體。20世紀(jì)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(nèi)水T瀝青混凝土防滲設(shè)計(jì)和施工技術(shù)得到了快速發(fā)展。1瀝青混凝土防滲面板結(jié)構(gòu)瀝青混凝土面板防滲斷面形式一般有簡(jiǎn)式和復(fù)式之分，根據(jù)T

8、程的重要程度、安全要求、地質(zhì)條件等因素，綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求選用。11復(fù)式斷面?zhèn)鹘y(tǒng)的復(fù)式斷面結(jié)構(gòu)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(jié)層復(fù)式斷面簡(jiǎn)圖見圖1，各結(jié)構(gòu)層的作用及設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。12簡(jiǎn)式斷面考慮到瀝青混凝土防滲層本身滲透系數(shù)叮以達(dá)到l10em／s以下，防滲性能很好，幾乎可以認(rèn)為是不透水的，除非發(fā)生破壞，復(fù)式斷面中的排水層收稿日期：2010—07—05作者簡(jiǎn)介：張向前(1972一)，男，河南漯河人，

9、高級(jí)一r：程師，從事水T結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)板斷面形式進(jìn)行不斷優(yōu)化改進(jìn)正在成為一種發(fā)展趨勢(shì)。3張河灣電站上水庫瀝青混凝土面板設(shè)計(jì)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(cè)魚鎮(zhèn)附近的甘陶河干流上。電站總裝機(jī)容量1000MW，裝機(jī)4臺(tái)，單機(jī)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(jí)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(diào)節(jié)庫容715萬m死庫容55萬m0。32地質(zhì)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(shì)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(tái)

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(zhì)泥巖、砂泥巖夾泥灰?guī)r的性質(zhì)軟弱，強(qiáng)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(zhì)地堅(jiān)硬、性脆，強(qiáng)度高高傾角裂隙發(fā)育，透水性強(qiáng)?！贺瞝層問錯(cuò)動(dòng)地層巾順層發(fā)育有眾多軟弱夾層，強(qiáng)度低，親水性較強(qiáng)，對(duì)壩基抗滑穩(wěn)定不利。323水文地質(zhì)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(cè)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(nèi)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(tái)緣陡崖：出露。軟弱夾層按物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)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(qiáng)度低：Ⅱ類為碎屑巖片型，夾在軟硬相間巖層內(nèi)，

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(zhuǎn)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(nèi)的夾層(如Rd3—1、Rd3—3等)。礦物成分主要為伊利石，含量達(dá)99％～100％：饅頭組內(nèi)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(yàn)資料，地質(zhì)給出的軟弱夾層抗剪指標(biāo)建

14、議值見表2。表2上水庫軟弱夾層抗剪指標(biāo)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(hào)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(duì)壩基抗滑穩(wěn)定不利。因此根據(jù)軟弱夾層抗剪指標(biāo)地質(zhì)建議值選取飽和狀態(tài)下的摩擦系數(shù)／=o25計(jì)算壩基深層抗滑穩(wěn)定。結(jié)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(dá)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(jì)算壩基深層抗滑穩(wěn)定，各工況下計(jì)算結(jié)果可以滿足規(guī)范要求(110)，壩基深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表3。表3壩基深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算情況表明軟弱夾層飽水后強(qiáng)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(jìn)一步研究采用能實(shí)時(shí)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(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)階段(等同可行性研究階段)選擇了