3.3　防渗体系研究

对水库渗漏的处理方法分为地面以上处理和地面以下处理两大类，鉴于抽水蓄能电站对上水库防渗要求较高，大都采用外包式防渗方案。故此，在研究上水库防渗方案时，亦偏重于外包形式，先后设计了6种外包方案，1个地下处理方案，共7个防渗方案（见表3.3－1），7个方案研究、对比成果如下。

3.3.1　黏土护底、喷混凝土护坡方案（方案1）

鉴于东沟河床及岸坡下部坡、崩积层坡度小（约10°），厚度大（特别是左岸，最大厚度超过30m），仅库区覆盖层开挖量就达280多万m3。根据地质报告，库区岩石强风化深度约4～6m，由于黏土适应地基变形能力强，且物探揭示的覆盖层架空多分布在表层3～5m范围，该范围孔洞多，容重小。其下有一相对密实层。对库区覆盖层的处理分两种情况，岸坡高程741.00m以上全部挖除；河床则仅进行表层清理，开挖深5m。然后对两岸强风化岩石进行削坡，开挖至弱风化处，并对凹凸不平的库岸进行修整，削坡的石渣填在河床内。为了避免铺盖下的基础过大的不均匀沉陷，回填石渣要分层碾压，容重不小于2.0t/m3。为防止黏土流失，堆渣顶面（高程741.00m）分别做一层过渡层（厚1m），两层反滤（每层厚0.5m），以确保黏土铺盖的结构和渗透稳定。黏土铺盖的厚度一般取水头（H）的，本方案正常蓄水位787.50m，水头为39.5m，若按计，则需厚度3.95m。国外有些工程为0.15H，因而将厚度适当加大，取为4.5m。经过碾压的黏土水力坡降试验值较大，但考虑到填土的不均匀性，实际采用的安全渗透比降（I）为5～10，铺盖作用水头39.5m，厚5m，则，在允许值范围。其上暂不加盖重，以利运行期维修。只要严格按照施工技术规程要求施工，黏土的防渗效果是能保证的，但黏土不能在干湿交替的环境下工作，在工程上，只能用在死水位以下，因而暂定铺盖顶高程为748.00m，超过此高程部分则喷混凝土防渗。两岸岸坡一般下部较缓，上部偏陡，高程748.00m以上多为陡坡，特别是右岸转弯处岸坡超过75°；两岸山头较高，库岸冲沟发育，凹凸不平，在此条件下喷锚支护防渗无疑是最省亦是最易施工的防渗方案。

喷锚护面曾在国内外许多工程上用于防渗，如陕西冯家山水库溢洪道进口处喷锚支护，运行20余年，未发现裂隙等异常现象。挪威Porsa水电站的引水隧洞在局部软弱岩层地段用8～10cm厚的钢筋网喷浆加固，其内压水头达200m，运行至今情况良好。采用喷浆作为堆石坝防渗护面的亦不乏先例，如雷姆司坝就是喷混凝土斜墙堆石坝，浙江省百丈标二级堆石坝，采用迎水面砌0.6～0.8m的浆砌石作为垫层，然后在垫层面上喷两层厚3～4cm的混凝土浆，每层设置1cm×1cm的钢丝网，用12的插筋与浆砌石连接，该坝建成后10余年，未发现渗漏现象。加拿大的拉约伊面板堆石坝，坝高87m，亦采用喷混凝土面板防渗。

岸坡处理程序是先将覆盖层挖除，高程741.00m以下的风化岩石不再开挖，以上则挖去强风化层，并结合库岸修整将坝顶高程以下的岸坡开挖成规则边坡，左岸最陡为1：1.5；右岸最陡1：1。对于岸坡上出露的断层及其破碎带分情况进行处理，如F1、F2、F10等，在出露表面挖槽，挖深为断层带宽度的1.5倍，然后回填混凝土；而F4～F6断层束，三条断层呈阶梯状分布，断距约7m，断层带宽度达15.4m，其物质结构松散，有细小颗粒，渗透系数约（2～7）×10－2cm/s，处理采用压盖和加固相结合，对出露在高程741.00m以上部分，开挖1.5m并回填混凝土，然后对断层带作固结灌浆，孔、排距均3m，孔深8m。

喷混凝土的设计按照《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GBJ 86—85）的规定进行，其设计强度见表3.3－2、表3.3－3。

由表3.3－2、表3.3－3可知，喷射混凝土的抗拉强度和弹性模量均小于普通混凝土，且GBJ 86—85要求喷射混凝土与围岩的黏结力标准为：Ⅰ类、Ⅱ类围岩不低于0.8MPa、Ⅲ类围岩不低于0.5MPa，抗渗强度不低于0.8MPa。作为防渗要求很高的上水库防渗材料，应在满足抗渗要求的同时又能与库岸软岩较好地结合，故而选用强度等级较高的C30喷射混凝土作库岸防渗。为了加强喷层与库岸的结合，并增加库岸的整体稳定性，采用系统锚杆，锚杆直径22mm，长5m，间排距1.5m。

喷锚防渗的厚度按式t＝0.15＋0.001H计算，据此算得上库喷混凝土护面厚约19.5cm，采用20cm。此值亦符合GBJ 86—85对喷射混凝土最大厚度的要求。

喷混凝土护面最主要的问题是面层施工时的干缩和长期处于温度变化和干湿交替情况下的龟裂。考虑到宝泉上库喷层面积大，水位变幅大，水库防渗要求高等特点，除按一般做法在喷层中加设钢筋网外，为提高喷层的强度和抗龟裂能力，根据有关资料，在混凝土喷浆中掺加纤维网。

为了确保喷混凝土面板在库水位骤降时在渗水压力作用下的稳定性，曾研究过在防渗层后沿库周山体内设两层排水廊道，截面尺寸2.5m×3.5m，高程分别为760.00m和730.00m，沿廊道分别向上、下打排水孔，孔距3m，孔深总计约90m，形成排水幕，使渗入山体的水尽快排走，以降低渗水压力。但此方法受上水库地形条件限制较大，库区两岸特别是左岸岸坡较缓（下部约为20°），排水孔的斜度受施工条件限制不能很大，因而造成排水幕体的下部离岸边太远，渗水不能及时排走，在库水位骤降时反向渗水压力可能造成防护面板的失稳。故又研究在喷层下设排水沟槽。经计算，沟槽间距约需2～3m，沟内埋设预制无砂混凝土半圆管，用以排除渗水。此法挖槽工作量大，施工难，且排水效果难以确保。最后，借鉴在钢筋混凝土面板下整铺排水层的经验，在喷防渗面层前先喷无砂混凝土作为整体排水层，排水层的厚度通过计算确定。计算按《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计准则》（SLJ 01—88）附录2中的公式，取单宽计算。

防渗面板的渗水量：

式中　qf——防渗面层单位宽度的渗水量，m3/（s·m）；

Kf——防渗面层渗透系数，取Kf＝3×10－7cm/s；

δf——防渗面层的厚度，m；

m——面层坡度比；

H——最大水深，m。

排水层的排水量应与面板的渗水量相等，由此决定排水层厚度。

式中　δp——排水层厚度；

Kp——排水层渗透系数，取Kp＝5×10－2cm/s；

Fs——安全系数，取Fs＝1.3。

经计算，无砂混凝土排水层厚度为20cm，为安全计，取δp＝25cm。北科院结构所在十三陵抽水蓄能电站上水库施工现场直接取样的两组无砂混凝土试件，渗透系数为118× 10－2cm/s，远大于设计采用值，排水层排水的安全度是满足要求的。

喷混凝土与黏土铺盖搭接段高5m，底部设混凝土截水墙，截水墙内布置观测排水廊道，廊道尺寸为1.5m×2.1m。截水墙系在岸坡挖槽回填混凝土而成，墙底高程739.50m，顶面高程743.00m。沿廊道布设排水孔管与岸坡排水层相通，廊道穿过两岸坝肩至坝体下游，出口设集水井，以将渗水抽回上水库。为防止喷层与黏土的搭接缝漏水，在搭接段设两道土工薄膜止水，土工薄膜一端黏结在喷混凝土面上，一端埋入黏土中。库底渗水通过埋在反滤层中的排水管，集于环库排水廊道。

该方案的大坝采用钢筋混凝土面板堆石坝。根据开挖后的库容曲线，确定正常蓄水位787.50m，设计洪水位789.16m，校核洪水位789.76m，由此确定坝顶高程791.00m，最大坝高93m，坝顶长度445m。上游坝坡1：1.4，下游坝坡1：1.3。坝体防渗由钢筋混凝土面板承担，面板的支撑结构为趾板，由于这里基岩为∈lm2强风化层，最薄处仅有8m厚，其下即严重破碎的∈lm1岩组，为提高趾板及其基础的强度和整体性，趾板宽度采用8m，厚1m，其下基础进行固结灌浆，孔排距3m，孔深10m。高程743.00m以上的趾板宽4m、厚0.6m。趾板与喷混凝土的接缝处设两道止水：表面用土工薄膜黏结覆盖，下面设止水铜片。

该方案的主要优点是就地取材，施工简便，造价低廉，黏土铺盖适应变形能力强。库底堆渣约91万m3，大大减少外运工程量。此外，黏土经碾压后渗透系数可达10－6cm/s，且厚度大。喷混凝土护岸只要严格按照施工规程，控制好质量，其防渗性能是可以满足要求的。根据计算，该方案总渗水量约2500m3/d，占上水库有效库容的0.42%。小于上水库有效库容的1/2000。其主要缺点：一是黏土用量大，料场大部分是耕地，土料开采增加了工程补偿费用，且由料场至库区道路施工比较困难；二是库岸冲沟发育，地形变化大，钢筋挂网和喷混凝土难以确保质量，需对库岸进行较大规模的整修，这就大大增加了岩石开挖量；上部库岸较陡，不利于喷层稳定。为此在开挖中控制库岸最陡边坡为1：1。同时，喷混凝土层与库岸软岩的结合情况尚难预估。该方案主要工程量见表3.3－4。

3.3.2　沥青混凝土全护（一）方案（方案2）

沥青混凝土作为防渗材料在水电工程中运用已有50多年，国内外抽水蓄能电站采用沥青混凝土防渗的工程实例很多，特别是国外已建的抽水蓄能电站大多采用沥青混凝土防渗。

根据SLJ 01—88第3.0.1条，沥青混凝土面板适用于100m高度以下的土石坝，常规电站沥青混凝土斜墙坝中最高的是奥地利的欧申立克坝，坝高116m。国内最高的沥青混凝土面板坝石砭峪坝，坝高82.5m。抽水蓄能电站采用沥青混凝土防渗的最大水库是日本的蛇尾川上水库，面板高90.3m。我国天荒坪抽水蓄能电站上库沥青混凝土防渗面板高47m，最大坝高72m。本上水库根据开挖后的库容曲线确定坝顶高程790.00m，最大坝高93.6m，略高于蛇尾川坝，库周岸坡防护最大高度92.0m，其工作水头均在SLJ 01—88要求范围之内。沥青混凝土的温度敏感性高，对太阳辐射热的吸收力强。清华大学水利系1981年根据国内不同地区气温统计资料和太阳辐射条件，推算沥青混凝土表面最高温度，其极限最高气温在70℃左右。经几种国产沥青斜坡流淌值试验，当坡度为1：1.7，温度为70℃恒温时，48h后的流淌值均小于0.4mm，其中克拉玛依水工沥青斜坡流淌值仅0.114mm。宝泉坝址附近辉县气象站约30年的统计资料表明，该地区的极限最高气温为43℃，以此推算沥青混凝土表面的最高温度为77.4℃，略高于70℃，但SLJ 01—88第2.0.8条要求碾压式沥青混凝土的斜坡流淌值不大于0.8mm，远大于试验值，只要选择质量较好的沥青如新疆克拉玛依水工沥青，选取合理的配比并缜密组织施工，设置必要的降温设备，防止沥青混凝土高温流淌是能做到的。

SLJ 01—88第3.0.14条规定，修建在最低月平均气温－10℃以下地区的沥青混凝土面板应进行低温抗裂的分析研究。本工程最低月平均气温为－5.7℃，高于SLJ 01—88规定值。本工程的极限最低气温为－18.3℃，根据北京勘测设计研究院有限公司科研所测试的部分代表性成果，克拉玛依水工沥青在－39.7℃时，单向低温断裂应力为4.39MPa，满足本工程低温抗裂要求。

作为抽水蓄能电站上水库，其水位变幅和水位降落速度很大对库岸边坡稳定不利。据统计，国内外采用沥青混凝土面板防渗的抽水蓄能水库，水位变幅（日调节）通常在30～40m之间，超过40m的有日本的沼原上水库，水位变幅值40m，水位降落速度达10m/h；我国天荒坪上水库，水位变幅为42.2m。本方案根据开挖后的库容确定正常蓄水位为786.70m，死水位758.00m，工作水深28.7m，按5h发电计，最大水位降落速度6～8m/h，沥青混凝土面板承受最大水头88.7m，小于日本蛇尾川的最大水头90m，因而其运行条件较好。

综上分析，宝泉上水库采用沥青混凝土全面防渗是可行的。由于沥青混凝土厚度小，适应变形能力较黏土差，本方案不考虑库底堆渣，而将沥青混凝土全部置于岩基上。由于岸坡上下缓陡不一，而沥青混凝土的施工和结构稳定要求对坡度有一定的限制，考虑到库区右岸和左岸上部岸坡较陡，如选用坡度太缓，将大大增加开挖工程量，而国外有些沥青混凝土面板坝曾采用较陡的上游坝坡，如奥地利的欧申立克坝，坝高116m，其上游坡1：1.5；阿尔及利亚的伊里尔艾姆达坝，坝高80m，上游坝坡1：1.6；西班牙的奈格莱登坝，坝高75m，上游坡1：1.6；埃尔西伯里奥坝，坝高70m，上游坡1：1.6；日本的白山坝，坝高73m，上游坡1：1.5。在抽水蓄能电站上、下水库的沥青混凝土面板坝中，德国的维赫尔坝，上游坝坡1：1.6；奥地利的罗东德Ⅱ坝，坝高50m，上游坝坡1：1.7。根据我国SLJ 01—88规定，初定坡度1：1.7为控制标准。因此，库岸的防护分为两部分：对缓于1：1.7的岩面，适当削去强风化层；陡于1：1.7的部分，则开挖成1：1.7的斜坡，并对库岸进行修整，在较大的冲沟如风门口处，则填筑堆石使之平顺。对于出露的断层及破碎带，处理方法同方案1。岩面上铺筑碎石垫层作为排水层，厚60cm。

沥青混凝土面板按SLJ 01—88设计，采用简式断面，厚度采用SLJ 01—88附录2推荐的公式计算。

式中　Th——面板总厚度，cm；

p——水压力，N/cm2；

Kd——基础垫层系数；

U——沥青混凝土单位体积应变能，J；

Fs——安全系数。

按最大水头计算结果Th＝39cm。

为尽量减小沥青混凝土用量，参考天荒坪上库经验对水头小于40m的沥青混凝土面板按等厚度20.2cm设置，即整平胶结层10cm，防渗层10cm，封闭层2mm；水头大于40m则采用变断面，逐渐由20.2cm变至39.2cm，即整平胶结层变至19cm，防渗层变至20cm，封闭层不变。为减小应力集中，在斜坡与底板结合部采用圆弧连接，连接段则适当增加防渗层厚度（增加5cm），增设高强聚酯网，以起加强筋的作用。连接段的下面，设排水观测廊道，廊道沿库底周边布置，并经坝下通至下游，沿程设排水管与碎石排水层相连。

为了全库防渗结构统一，减小施工设备投资和施工干扰，大坝采用沥青混凝土面板堆石坝，坝顶高程790.00m，最大坝高92m，坝顶长度442m，上游坝坡1：1.7，下游坝坡1：1.3，面板厚度20～39cm。坝基的处理方式是在河床坝段设混凝土截水墙，对强风化基岩作固结灌浆；岸坡坝段与库岸圆弧连接，连接部位加厚5cm，并设高强聚酯网加强。对库区及坝基坝轴线上游出露的断层，全部同方案1岸坡高程743.00m以上的处理方法。

沥青混凝土全护的防渗性能最好，初步计算，其渗水量仅有430m3/d，为有效库容0.07‰。统计的实测资料表明，沥青混凝土的实际渗水量远小于计算值，平均约为0.14L/（万m2·s）。同时，沥青混凝土适应基础变形能力优于钢筋混凝土，且有一定的自愈能力。此方案的缺点亦是明显的，首先沥青混凝土要求坡度缓，我们虽采用了SLJ 01—88允许的最陡边坡，库区仍有400余万m3的石方开挖，加上覆盖层近300万m3的清理量，外运土石方量巨大，且近距离弃渣场容积有限，远距离运输要增加较多投资。其次是沥青混凝土施工在高温下进行，技术要求高，难度大。特别是上水库，两岸冲沟多，地形变化大，岸坡缓陡交替，要削成统一坡度开挖量巨大，因而布置上随地形变坡，除库岸上、下坡度不一，沿库周亦有不同的变化，这就更增加了施工难度。该方案主要工程量见表3.3－5。

3.3.3　钢筋混凝土全护（二）方案（方案3）

该方案的基本布置型式同方案2。近年来，在高土石坝上钢筋混凝土面板防渗被大量采用，我国天生桥一级电站的钢筋混凝土面板堆石坝坝高已达180m，抽水蓄能电站上水库全面防渗，十三陵已提供了成功的经验。宝泉上水库采用钢筋混凝土面板全面防护是切实可行的。由于钢筋混凝土面板适应地基不均匀变形能力差，该方案的库底不保留覆盖层，亦不作库内堆渣，混凝土面板与基岩之间仅有厚50cm的碎石排水层。

钢筋混凝土面板可以修建在较陡的岸坡上。在抽水蓄能电站中，钢筋混凝土面板堆石坝的坝体上游坡较陡的美国卡宾溪坝，坝高64m，上游坡1：1.3，面板后为3m厚的碎石垫层。一般水库的混凝土面板堆石坝还有采用更陡上游坝坡的实例，如美国的威雄坝，坝高80m，考尔赖特坝，坝高95m，均采用1：1～1：1.3的上游坡；迪克斯河坝高84m，上游坡1：1～1：1.2；盐泉坝高100m，上游坝坡1：1.1～1：1.4。上述大坝的面板建在堆石体上，而本工程库岸护面板建在弱风化、新鲜岩坡上，自身稳定性强。考虑库区右岸自然岸坡较陡，为减小开挖量，控制开挖坡不陡于1：1.2。库区左岸坡度较缓，高程750.00m以上开挖坡为1：1.5，以下则依原基岩情况开挖坡为1：2～1：3，右岸岸坡较陡，特别是河道转弯的凸岸多为陡壁，若放缓开挖坡，将增加很多工程量，因而暂按1：1.2控制。钢筋混凝土防渗面板厚度t＝0.3＋0.003H，单层双向配筋，每向配筋率0.4%。面板以下设排水层，参考十三陵上水库经验，岸坡排水层受施工条件限制，采用无砂混凝土，厚30cm；库底排水层采用碎石，厚50cm。

为适应地基不均匀变形和控制温度应力，库岸和库底面板均需分块。库岸每块宽度不超过16m，库底则根据形状和坡度确定，在库岸和库底面板接合部设连接板，连接板两端设周边缝，除周边缝设三道止水外，其余结构缝均设二道止水。

沿库底周边设排水观测廊道，廊道穿过坝底通至下游，出口设集水井，以将渗水抽至上水库。

大坝采用钢筋混凝土面板堆石坝，据开挖后的库容曲线确定正常蓄水位为788.60m，最高洪水位790.89m，坝顶高程792.00m，最大坝高94m。上游坡1：1.4，下游坡1：1.3，面板厚度δ＝0.3＋0.003 H。坝基防渗在河床底部采用截水墙，墙内布置灌浆排水廊道，与环库排水廊道相通，岸坡以上则以连接板型式与岸坡护面板相连。

对于库区的断层及破碎带，采用混凝土塞或底部灌浆、表面覆盖的处理方法。

该方案防渗性能虽不及沥青混凝土，但较喷混凝土好。经计算，渗水量约为2400m3/d，占有效库容的0.385%。钢筋混凝土适应基础变形能力差，需设置大量的结构缝，不仅增加了施工难度，且一旦损坏，将造成漏水通道。混凝土本身易裂缝。根据国内外已建工程的统计资料，钢筋混凝土面板的渗水量较沥青混凝土大得多，这就要求板下排水层厚度大，变形也随之加大，对柔性小的钢筋混凝土面板不利，且混凝土抗拉设计值仅1.3MPa，在受拉区必须加大钢筋用量以增加抗拉能力。十三陵上水库在岸坡坝段和周边连接板上的配筋率单向为0.63%，而在池底破碎带上面板配筋率达单向0.82%，加大了工程投资。钢筋混凝土面板坝的施工国内已积累了丰富的经验，十三陵上水库全面防护业已完工。从立足国内施工方面看，钢筋混凝土护面占有很大优势，该方案主要工程量见表3.3－6。

3.3.4　帷幕灌浆方案（方案4）

本方案是上水库防渗方案中唯一的地下防护方案。

由于上水库沟谷坡度较陡，约为10%，坝前河库地面高程约710.00m，地下水位670.00m，相差40m。库尾河床地面高程在740.00m以上，与地下水位高差超过70m。为了减少工程量，将帷幕设计成落地式、水槽式相结合的布置型式，即在库尾河床高程较高，且两岸相距较近的河段，不设灌浆廓道，帷幕由两岸的环库公路向河心斜向钻孔灌浆，使帷幕在河底某高程相交，形成隔水槽，这种新型帷幕布置型式，在土耳其的奥依马皮纳坝、洪都拉斯的埃尔卡洪坝及墨西哥的依赞顿坝上均被采用，效果良好；在坝前河床段，则沿库岸不同高程分层设置灌浆廊道，由上向下逐层灌浆，最下层伸入相对不透水层，形成落地帷幕。根据国内外统计资料，各层灌浆廊道的高差最小14m，一般30～50m，最大达60～70m。本方案正常蓄水位792.60m，相对不透水层在汝阳群微风化及新鲜岩层中，库区汝阳群顶面高程约为672.00～675.00m。该层顶部风化、卸荷及构造节理十分发育，以中等透水为主，厚度多在10m左右，故帷幕底部伸入汝阳群12～15m，高程660.00m，帷幕总深度132.6m。综合分析库岸各岩层透水情况，和廊道间合理的层间高差，决定在上水库环库设三层灌浆廊道，高程分别为760.00m、730.00m、700.00m，由坝顶至相对不透水层分四段灌浆，每段高度30～40m。

帷幕设计遵循的基本原则有3条：①要求基岩中的平均水力坡降小于该岩层允许水力坡降。②帷幕承受的水力坡降应小于幕体允许水力坡降。③总渗水量应在允许范围内。灌浆标准根据规范要求，ω值应小于1Lu。根据上述原则和标准，及承受水压力的不同，四段帷幕厚度各不相同，由上至下逐层加厚，最低一层厚达6.3m。帷幕后设排水幕，以便集中渗漏水再抽回库内。

灌浆廊道共设三层，沿库岸布置。为了施工方便，灌浆孔垂直钻进。三层廊道在同一垂线上。廊道截面尺寸依各层帷幕厚度要求的钻孔排数的不同而各异。高程760.00m廊道尺寸为2.5m×3.0m，高程730.00m廊道尺寸为3m×3.5m，高程700.00m廊道尺寸为4.0m×3.5m。为防止跑浆，廊道采用钢筋混凝土衬砌，厚30cm。该方案的坝基防渗亦采用帷幕灌浆，灌浆孔设在趾板中部，采用落地式。

采用帷幕灌浆防渗的优点是库区清理量小，两岸岸坡自身稳定，下部坡度较缓，自然坡角25°～40°；上部较陡，自然坡角60°～90°。其节理裂隙为陡倾角，约在80°以上，且不发育，延伸长度不大。因此除覆盖层外，仅需对两岸局部高陡边坡进行适当削挖，同时对那些易风化的岩面作喷浆保护，表面处理工程量不大。三条环库灌浆廊道，可兼作地质探洞，以便详尽了解库区地质情况，随时修改灌浆设计。运行中可利用廊道监测渗漏情况，如有异常，可及时补灌，不影响水库正常运行。帷幕灌浆在廊道内施工，与其他项目施工干扰小。本方案的缺点：一是灌浆工程量大，钻孔总进尺达420000m；二是渗水量大，一般水泥灌浆帷幕的渗透系数为10－5cm/s，计算总渗水量达2.8万m3/d，对于抽水蓄能电站上水库来说偏大，由此而造成的电能损失亦是可观的。该方案工程量见表3.3－7。

3.3.5　黏土护底沥青混凝土护坡方案（方案5）

该方案是方案1和方案2的组合方案。这种布置型式在美国的勒丁顿抽水蓄能电站上水库已成功运用，运行情况良好。库区防护分两部分，岸坡防渗采用沥青混凝土面板。首先将两岸山坡的覆盖层全部挖除，再根据沥青混凝土面板施工的要求边坡和库容需要对库岸进行修整削坡。此部分开挖仅在高程741.00m以上进行，对较陡岸坡以1：1.7的控制坡开挖，岸坡很缓的冲沟，则用堆石回填，以使库岸形成较规则的形状。

用沥青混凝土作防渗材料的可行性在方案2的论述中已经阐明，面板厚度设计采用了公式计算和工程类比两种方法，见表3.3－8。

国内已建沥青混凝土面板堆石坝与本工程作用水头相近的有陕西省的石砭峪坝，面板采用简式断面，总厚度20cm，其中整平胶结层10cm，防渗层10cm；杨家庄坝，坝高48m，面板为简式断面，总厚度20cm，其中整平胶结层10cm，防渗层10cm。作为抽水蓄能电站的上水库，天荒坪水位变幅42.2m，库区护坡最大高度45.3m，沥青混凝土护面板采用简式断面，总厚度20.2cm，其中整平胶结层10cm、防渗层10cm、封闭层0.2cm。宝泉上水库水位变幅30.5m，库岸防护最大高度49m，与上述几个工程相近。根据上述计算和工程类比，宝泉上水库沥青混凝土护面板采用简式断面，总厚度20.2cm，其中整平胶结层10cm、防渗层10cm、封闭层0.2cm。面板以下设碎石排水垫层，厚60cm。

库底采用黏土铺盖防渗，布置同方案1，即对表面5m厚的覆盖层清除后，将两岸开挖的石渣分层摊铺、碾压，堆渣顶面高程741.00m，其上做1m厚过渡层和两层共1m厚的反滤层，最上面厚为5m的黏土防渗层，顶面高程748.00m。

岸坡沥青混凝土面板与黏土铺盖搭接段高5m，在高程748.00～743.00m的搭接段内设两道土工薄膜止水，面板底部设混凝土截水墙，墙内布置排水观测廊道，截面尺寸1.5m×2.1m，沿程设排水管与岸坡面板下的排水层连通，以排除岸坡渗水。

为使库坝一致，大坝采用沥青混凝土面板堆石坝，坝顶高程由调洪结果经计算为791.9m。为使大坝沥青混凝土面板与库岸防护面板平顺连接，在原新上线基础上，将两坝肩坝轴线以圆弧型式向上游弯转与库岸相切，该部位面板中加设高强聚酯网以增加抗拉能力。

大坝上游坡1：1.7，下游坡1：1.3，坝顶宽10m，调整后的轴线长度517m。由于上水库为全包式防渗体系，库底有黏土铺盖，大坝在高程743.00m以下不设防渗结构，沥青混凝土面板在黏土铺盖底部水平向上游延伸6m，用半径为15m的反弧连接，减小应力集中。为加强黏土铺盖与坝体防渗面板的衔接，确保库坝防渗可靠，将黏土铺盖沿坝坡以1：3.5的坡度向上铺至高程753.00m，该处黏土宽2.5m（水平向），在高程753.00～743.00m的搭接段内，设置三道土工薄膜止水。

该方案综合了方案1、方案2的主要优点，库底采用黏土铺盖防渗，就地取材，施工简便，造价低。黏土铺盖适应地基变形能力强，不仅可保留一部分覆盖层，而且库底可回填石渣，减小土石方外运工程量。岸坡沥青混凝土防渗性能好，且沥青混凝土属柔性结构，有一定自愈能力，对软硬相间岩石基础的不均匀变形有适应能力。其缺点是黏土料场的开采要毁坏农田；沥青混凝土需在高温下施工，技术要求高。该方案主要工程量见表3.3－9。

3.3.6　沥青混凝土全护（二）方案（方案6）

将方案5中的黏土铺盖改为沥青混凝土铺盖即为本方案。铺盖厚度18.2cm，其中整平胶结层厚8cm，防渗层厚10cm，封闭层厚0.2cm。

天荒坪抽水蓄能电站上水库沥青混凝土防渗面层大部分建在全风化土上，压实后的基础干密度仅1.96t/m3，最大荷载时的变形模量较低，平均38～39MN/m2。宝泉上水库库底堆渣为两岸削坡的岩石，经分层碾压后干容重可达到2.0～2.1t/m3，变形模量远较天荒坪的风化土高，完全能够满足施工机械的正常行驶和作业。经计算，沥青混凝土允许变形大于堆渣可能最大变形，沥青混凝土有一定的适应变形能力和自愈能力，在堆石上铺筑沥青混凝土铺盖是可行的。

该方案的优点一是全部采用沥青混凝土防渗，防渗性能好，电能损失小。二是库区除进出水口外，全部采用同一材料，施工设备单一，施工干扰小。三是用沥青混凝土代替黏土铺盖，在铺盖顶面高程不变的条件下，库内可增加60余万m3的石渣回填量，减小外运工程量。不用黏土，则可不破坏农田，减少工程的补偿投资。缺点除沥青混凝土价格较贵，施工工艺复杂外，库底堆渣中一部分为风化岩石，一部分为软岩，有些遇水即泥化，堆石最厚约50m，河床狭窄，存在不均匀沉陷问题，该方案主要工程量见表3.3－10。

3.3.7　黏土护底钢筋混凝土护坡方案（方案7）

该方案库底布置同方案1，岸坡在清除了全部覆盖层后，高程743.00m以上按左岸1：1.5，右岸1：1.2边坡开挖。

钢筋混凝土面板采用等厚度，厚30cm，单层双向配筋，各向配筋率0.4%。面板沿库周分块，每块板宽不大于16m，设两道止水。面板以下设厚30cm无砂混凝土排水层。面板底部支撑结构为混凝土截水墙，高4m、宽4.8m，底面高程739.00m，墙内布置排水观测廊道，由排水管与板下排水层相连。面板与黏土铺盖搭接高5m，搭接段设两道土工薄膜，以阻止渗水沿两种材料的接触缝渗漏；下部与截水墙相接，为适应温度应力和不均匀变形，面板与截水墙间设周边缝，周边缝设三道止水。

大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高程792.00m，最大坝高94m，坝顶长446m，大坝布置及坝基防渗措施同方案1。

本方案布置克服了1、3两方案的缺点，综合了两方案的优点，整个防护面积的50%采用当地材料，造价低。高程743.00m以上用钢筋混凝土面板护坡，形状规整，坡度一致，便于拉模施工，且国内混凝土面板施工经验丰富，有竞争力的专业施工队伍很多，立足国内施工有可靠保证，其主要工程量见表3.3－11。

3.3.8　上水库防渗方案比较

综上所述，7个上库防渗设计方案中沥青混凝土全护（一）方案（方案2）和钢筋混凝土全护方案（方案3）的开挖方量最大，方案2仅库区土石方开挖就有700余万m3，加上坝基开挖约800万m3；方案3稍小些，库区亦有500多万m3，总计约630万m3，仅开挖量已超过所需有效库容，而如此大的开挖量大部分处在死水位以下，形成约500万m3的死库容。若降低死水位，进水口高程相应降低，使电站最大与最小水头比超过1.2，影响机组正常运行，而且使电站总水头降低，引水流量及引水洞尺寸加大，进而带来下水库发电库容增加，下水库灌溉兴利库容减少等一系列问题。除此之外，衬砌工程量大，大量土石方需要外运，根据上水库近区的地形条件，尚无收容如此大方量的弃渣场地，远距离运输又增加了运费，综合分析，此两方案不可取。

帷幕灌浆方案（方案4），由于上库库区内存有大量的坡积物、崩积物，在库区发生暴雨和水位骤降时，其中的较细颗粒有可能随水流进入引水口，影响机组安全。且库岸岩层软硬间隔分布，有些软岩极易风化，泥化，在长期水作用下可能失稳，这部分岩面亦需要加以保护。因而，该方案除灌浆工程量巨大（达42万m）外，库内的覆盖层清理，高陡岩坡开挖，软岩表面防护等工程量亦不小，而更致命的是帷幕灌浆所能达到的防渗标准低，初估渗水量达2.8万m3/d，造成较多的电能损失，作为蓄能电站的上水库是不能接受的，因而否定了此方案。其余四个方案，均是从挖填平衡方面考虑，在库底堆置开挖石方，在堆渣表面作铺盖防渗的布置型式。

黏土护底、喷混凝土护坡方案（方案1），喷层与软岩的结合情况尚待试验研究，防渗层下的排水问题亦没有更好的解决办法，采用全面喷无砂混凝土排水层存在锚杆锈蚀问题。且目前国内外尚无一个抽水蓄能电站采用喷混凝土防渗的实例，故暂不作为上水库防渗推荐方案。至此，上水库防渗方案，仅剩黏土护底沥青混凝土护坡方案（方案5）、沥青混凝土全护（二）方案（方案6）和黏土护底钢筋混凝土护坡方案（方案7）三个，下面对上述三个方案进行综合比较。

（1）工程特性。由于不同方案开挖情况的区别，其工程特性稍有不同，见表3.3－12。

（2）渗水量比较。三个方案对不同材料采用不同的渗透系数，其中沥青混凝土K＝10－8cm/s、钢筋混凝土K＝10－7cm/s、黏土K＝10－6cm/s，应用达西定律估算其各方案的总渗水量（见表3.3－13）。

三个方案中，方案7的渗水量最大。方案5与方案7比，除去黏土铺盖的渗水量外，钢筋混凝土面板的渗水量约为沥青混凝土面板的6倍，实际观测值更大。统计显示，面板堆石坝中坝高小于50m时，钢筋混凝土面板的渗漏量平均值约为9.26L/（万m2·s），抽水蓄能电站沥青混凝土面板渗漏量平均值仅为0.14L/（万m2·s），从防渗考虑，沥青混凝土明显优于钢筋混凝土。

（3）适应变形能力比较。由于库岸岩石软硬相间，有些岩石遇水泥化，可能会造成面板下基础的不均匀变形，特别是库底堆渣部分，因厚薄不均，虽经碾压，仍有不均匀沉陷。三个方案的护岸材料，沥青混凝土面板在常温情况下属柔性结构，变形模量小，适应不均匀沉陷变形能力较好；钢筋混凝土面板属刚性结构，变形模量大，对不均匀变形的适应能力较差。另外，混凝土常温下的抗拉强度为1.3MPa，沥青混凝土在－30℃时的极限抗拉强度为5.0MPa，因而，沥青混凝土有较高的适应变形能力，较钢筋混凝土为优。库底的黏土铺盖与沥青混凝土面板相比，黏土铺盖由于厚度大，适应基础不均匀变形能力更强。

（4）施工比较。从施工角度看，采用黏土护底比沥青混凝土优。一是因为黏土适应性强，对其底部的堆渣碾压标准要求可稍低些，而沥青混凝土作铺盖，则要求堆渣部分要薄层铺筑，加强碾压以尽量减小不均匀变形。二是黏土施工工艺简单，而沥青混凝土复杂。作为护坡材料，钢筋混凝土衬砌需要设置大量的结构缝，再加上施工缝等，缝面较多，其止水安装要求较高，给施工带来很大不便；沥青混凝土护面不需设结构缝，施工缝的处理亦很简单。但沥青混凝土要在高温下作业，施工工艺复杂。从施工经验看，钢筋混凝土面板堆石坝的施工在国内已有成熟的经验，抽水蓄能电站上库用钢筋混凝土面板全面防渗已在十三陵抽蓄电站实施。沥青混凝土面板的施工，特别是上水库全面防渗施工，国内经验较少。因此就施工条件而论，方案7最优。

（5）运行、检修条件比较。钢筋混凝土面板的止水一旦失效，将造成漏水通道，且修复困难。沥青混凝土没有结构缝，完整性好，适应性强，不易损坏，如有裂隙仅需涂上沥青玛蹄脂即可封闭，修复简便。黏土铺盖厚度大，柔性强，能适应较大变形，且一旦破坏可在不放空水库条件下抛土修复，简单易行。

（6）经济比较。经济比较是在均满足有效库容，根据不同库容曲线所确定的不同的正常蓄水位、最高洪水位、坝顶高程等条件下进行。三个方案，库区排水及断层处理等工程量大体相当；环库公路以上的岩石开挖方量已计入库区开挖工程量；喷锚支护工程量虽有区别，但相差不大。

（7）结论。综上所述，本阶段推荐方案5，黏土护底、沥青混凝土护岸方案。