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江蘇省某市區(qū)新建一座蓄能電站,緊靠周圍城鎮(zhèn)用電區(qū)和負(fù)荷中心,是日調(diào)節(jié)式抽水蓄能電站。此抽水蓄能電站預(yù)計裝機容量為1350MW ( 6×225MW) ,共分兩期進行施工,主要樞紐由上水庫、輸水系統(tǒng)、下水庫、開關(guān)站、地下廠房組成,上下庫施工設(shè)計為一次建成。上水庫由混凝土主壩、混凝土副壩、庫周公路、庫盆防滲等組成,是直徑約為1390m的三面環(huán)山天然盆地,共集水 3.96km',近五年平均徑流量0.155m2/s，正常蓄水水位265m，總庫容1723km',上水庫和下水庫的主壩和副壩均使用瀝青混凝土面板堆石壩?？偲矫鎴D如圖1所示。

低只有63m左右,需要采取措施增高上水庫庫底,從而增高水庫的天然水頭,于是經(jīng)技術(shù)人員探討確定上水庫庫盆施工方式選擇半填半挖的方式,但是這種施工方式土石方的開挖和填方工程量比較大,預(yù)計庫底的填方高度要達到120m左右,工程總平面圖見圖1。
2上水庫工程特點
上水庫位于山峰南側(cè),在上水庫的北面、東面和南面由高程為283.6 - 400.7m 的亞口和山脊組成，上水庫的南面為一高程為88-117m的溝底,地形較復(fù)雜,水庫施工難度較大。下水庫位于山峰東北側(cè)，庫盆是由橋溝和小沖溝組成,下水庫地面高程為55-83m,溝底地勢較平坦。上文提到,上水庫和下水庫的天然水頭較低只有63m左右,需要采取人工填渣措施增高上水庫庫底,從而增高水庫的天然水頭。
1)上水庫滲透現(xiàn)象嚴(yán)重。上水庫周圍亞口、山脊、溝底存在形式較多,地勢復(fù)雜,周圍山體主要為弱–中強度的白云巖,在巖體的巖脈接觸帶、斷層帶和層面巖溶發(fā)育較好,有較強透水性和通透性,地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)巖體內(nèi)還存在巖溶管道方向通向庫外,巖溶的形成較深,巖體相對隔水層頂板和庫壩區(qū)地下水埋深較大,專家推斷在巖斷層的內(nèi)部可以出現(xiàn)了集中滲漏,因此不能使用垂直帷幕的方法做防滲處理,根據(jù)上水庫地質(zhì)條件綜合考慮后其庫岸防滲施工采用瀝青混凝土面板防滲,以保證庫岸的工程質(zhì)量[1-3]。
2)上水庫防滲難度大要求高。上水庫形成的天然盆地集水面積較小,天然水量較少,僅有7.81km2,在施工時庫盆需要半挖半填,施工量較大石渣回填高度可達120m左右,人工回填石渣會產(chǎn)生不均勻沉降、庫底防滲施工和周邊建筑連接處容易變形等問題。針對這種現(xiàn)象,決定采用土工膜作為防滲施工的庫底防滲體,土工膜有較好的延展性,滲透性也比較小,適用于變形較大的建筑施工,本工程采用土工膜作為庫底防滲材料,能夠降低庫底的滲透量,符合工程設(shè)計要求。
綜上,在本工程的上水庫中,使用瀝青混凝土面板對上水庫的庫岸進行防滲處理,對水庫的庫底則使用土工膜的方法進行防滲施工。瀝青混凝土面板在庫岸中的防滲處理應(yīng)用簡式的結(jié)構(gòu),要求整平膠結(jié)層與防滲層的厚度相同,均為10cm,而表面的封閉層厚度2mm,大壩和庫岸承受最大水頭為30m左右。
3庫底土工膜的防滲排水設(shè)計3.1防滲的設(shè)計
土工膜設(shè)計通過建成的庫底鋼筋混凝土連接板和大壩及庫岸的瀝青混凝土面板進行連接,主要結(jié)構(gòu)包括上部保護層、下部支持層、土工膜防滲層等。
土工膜結(jié)構(gòu)的下部支持層主要包括過渡層、厚墊層、土工席墊,施工厚度分別為150cm , 60cm 、6mm,施工方式按照自上而下進行。過渡層的施工材料選擇微風(fēng)化、級配良好、粒徑在30cm內(nèi)的開挖爆破料,孔隙率要達到20% ,滲透系數(shù)保證在8×10-3-2 x10'cm/ s之間,干密度設(shè)計23.6KN/m3。厚墊層施工材料選擇小石、中石、砂摻配成的混合材料,后墊層上部鋪設(shè)20cm混合材料最大粒徑保證在2cm以內(nèi),后墊層下部鋪設(shè)40cm混合材料最大粒徑
1年在 4cm 以內(nèi),孔隙率要達到18% ,滲透系數(shù)保證
22.4KN/m'。土工席墊是一種三維網(wǎng)狀材料,表面
平整,在熱熔條件下塑料絲條可以進行連接,抗壓性較強、耐久性較好,將土工席墊設(shè)置在土工膜和碎石墊層之間可以很好起到緩沖的作用降低土工膜的受力,防止石塊劃破土工膜影響庫底防滲的施工質(zhì)量。
土工膜防滲材料選用高密度聚乙烯(HDPE)土4庫底土工膜的有限元計算
4.1庫底回填區(qū)沉降位移分析
竣工期壩最大斷面上的位移如圖2所示。

由圖2可以看出,回填區(qū)的沉降位移程度比較大,沉降量最大位置發(fā)生在庫底1/3處,沉降量可達170cm ,對回填區(qū)沉降量大的原因進行分析發(fā)現(xiàn),其主要原因是回填區(qū)回填材料參數(shù)比大壩的填筑材料參數(shù)低。在上水庫蓄水后,在水壓作用下,庫底沉降加劇,最大沉降量增加到206cm,庫底回填高度為120m,其最大沉降量為庫底回填高度的1.72%。4.2土工膜變形分析
本工程施工的土工膜防滲設(shè)計變形分析采用膜單元進行模擬操作,工程采用的土工膜彈性模量比較低,與下伏堆石體變形幅度相差很小,由此在采用膜單元模擬時,可以忽略由土工膜和土體出現(xiàn)相對滑移。為方便后面的計算,將堆石體產(chǎn)生的位移當(dāng)作土工膜位移進行變形處理。
蓄水期最大斷面回填區(qū)土工膜變形曲線見圖3，主要包括蓄水沉降、順河向、軸向3部分。

庫底存在非常高的填渣,并且回填的渣料十分的復(fù)雜,由此導(dǎo)致在水庫蓄水之后土工膜的形變較大,出現(xiàn)較大沉降,尤其是在混凝土連接板外邊緣與庫底填渣連接處的形變較大。

由圖4也明顯看到,土工膜的拉應(yīng)變在接板外邊緣和庫底填渣連接處發(fā)生明顯,最大拉應(yīng)變達到1.07%。另外開挖和回填分界線位置拉應(yīng)變也比較明顯,最大拉應(yīng)變達到0.36% ,分析其形成的原因是壩體施工材料和庫底填渣材料性質(zhì)差別太大,形成一定的沉降。工程采用的高密度聚乙烯(HDPE)土工膜最大拉伸屈服伸長率為16% ,對比上述數(shù)據(jù),均在施工設(shè)計范圍內(nèi),不會出現(xiàn)土工膜破裂。
4.3局部加固分析
從圖4可以看出土工膜的拉應(yīng)變在混凝土連接板外邊緣與庫底填渣連接處最大拉應(yīng)變達到1.07% ,為了防止連接處的拉應(yīng)變隨著水庫投入使用進一步擴大,需要進行加固處理,降低庫底填渣的沉降量。具體的加固措施見圖5 ,加固的材料和上游堆石區(qū)材料的屬性相同,經(jīng)計算后確定水庫在蓄水期,最大斷面處土工膜的拉應(yīng)變及變形量見圖6、圖7,混凝土連接板外邊緣與庫底填渣連接處拉應(yīng)變由1.07%降為0.33% ,降低率約為69%。從上述數(shù)據(jù)可以看出,采取加固措施后可以有效降低土工膜的不均勻沉降,提高水庫的穩(wěn)定性和防滲能力。