抽水蓄能電站大壩施工期洪水破壞質量問題的探討
水電水利規(guī)劃設計總院
李太成 傅兆慶 胡聰
摘要：我國已有近三十年的抽水蓄能電站專業(yè)化建設經驗，但工程建設者對抽蓄電站大壩施工期暴雨洪水災害估計不足，壩體施工期防洪措施考慮不周全，工程設計、建設、施工管理存在失誤，由此造成大壩基坑淹沒破壞、壩體沖刷破壞及結構受損等問題，對工程質量、施工進度、工程投資等造成較大影響。隨著我國抽蓄電站大規(guī)模建設帶來的地形條件的多樣性，以及近年來極端天氣降雨的多發(fā)性，此問題逐漸呈現多發(fā)態(tài)勢，需引起重視，加強防范。本文歸納了我國抽蓄電站大壩施工期洪水破壞的主要問題，總結其現象、后果，分析問題產生的根本原因，并提出了針對性的綜合解決方案和工程措施，希望對我國抽水蓄能電站工程的安全建設和高質量建設有所助益。
一、問題概述
近年來，隨著我國雙碳目標的落實，我國抽水蓄能電站工程建設規(guī)模急劇躍升?！冻樗钅墚a業(yè)發(fā)展報告2022》顯示，我國抽水蓄能電站在建規(guī)模達到1.67億千瓦。然而隨著抽蓄電站的大規(guī)模建設，抽蓄電站大壩面臨的施工期洪水破壞質量問題也逐漸凸顯出來，不利于抽水蓄能電站工程質量的安全建設和高質量建設。
根據我國近30年來抽水蓄能電站建設實踐，我國抽蓄電站大壩工程主流壩型為混凝土土面板堆石壩，該壩型在施工期有遭受暴雨洪水破壞的風險，處置不當易發(fā)生基坑淹沒破壞、沖刷破壞及結構受損等問題，對工程質量、施工進度、工程投資等造成較大影響。此問題過去為偶發(fā)現象，近年來隨著抽蓄電站大規(guī)模建設帶來的庫盆、岸坡、壩址地形條件的多樣性，以及極端天氣降雨的多發(fā)性，此問題逐漸呈現多發(fā)態(tài)勢，需引起重視，加強防范。
我國已建抽水蓄能電站面板壩施工期洪水破壞的典型質量問題歸納如下：
（一）基坑淹沒破壞
現象：表現為大壩基坑在施工期被淹沒或長時間淹沒，壩體進水。
后果：抽水處理費時費力，對工程施工進度造成較大影響。大壩已填筑墊層料受到雨水浸泡細顆粒被帶出造成質量受損。大壩基坑淹沒期間，作用在壩坡上的波浪也將對邊坡產生剝蝕破壞。壩體浸水后也可能發(fā)生壩面塌陷、沉降等變形。
（二）壩體沖刷破壞
現象：基坑山坡匯水、沖溝洪水、降雨集中徑流沖刷已填筑壩體或進入壩體內部。
后果：造成填筑體的沖刷破壞，特別是墊層料及其坡面防護的沖蝕、滲透破壞，造成工程質量問題，需要重新進行填筑施工。事故處理費時費力，影響工程施工進度。
（三）防滲結構破壞
現象：壩體內外水位高差較大造成大壩及庫岸面板、趾板、止水頂托破壞。
后果：大壩防滲結構是面板堆石壩的生命線，防滲結構破壞嚴重影響工程質量，必須進行拆除重新施工。事故處理費時費力，影響工程施工進度。
二、原因分析
調研發(fā)現，盡管我國已有近三十年的抽蓄電站專業(yè)化建設經歷，但工程建設者對抽蓄電站大壩施工期暴雨洪水災害估計不足，壩體施工期防洪措施考慮不周全，由造成了較嚴重的問題。這些問題在工程實踐中反復發(fā)生，也說明工程建設者尚未充分吸取問題經驗和教訓。
通過實際案例分析，我國抽水蓄能電站大壩施工期洪水破壞暴露的主要質量問題，其根本原因為：
（一）可行性研究及技施階段對庫盆周邊和基坑排水考慮不周全。
《水電工程施工組織設計規(guī)范》NB/T 10491-2021第3.8.3條對大壩基坑排水主要強調抽排，且考慮短時間強排，排水強度按多年日最大降水量在當天抽干計算，未考慮岸坡截排、引排。在工程實踐中，強降雨和基坑不利地形條件的結合，容易導致大壩基坑被淹沒，甚至多次淹沒。
《混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》DL/T 5128-2009對壩體反滲水問題提出了原則性的處理要求，但大壩設置反向排水管的排水能力主要解決壩體的常規(guī)施工用水（包括大壩填筑灑水和兩壩肩降水等）的排水問題，但是超常規(guī)（如從上、下游大量漫入大壩基坑）進入壩體內的水不是反向排水管能夠有效解決的，需要進行有效的疏導處理。
（二）部分大壩未考慮壩體反排水措施，庫岸防滲面板也未設可靠的反向排水措施。
（三）反向排水設施設置不足。
（四）壩體反排水設計和施工質量不可靠，運行中容易堵塞。
（五）在大壩基坑淹沒后，參建單位盲目組織抽水，基坑排水下降速度快，導致壩體防滲結構承受較大反向水壓力而破壞。
三、總體解決方案
針對抽蓄電站面板壩施工期洪水破壞暴露的質量問題，根據其原因分析，提出針對性的解決方案。
首先在思想認識上，必須認識到近年來極端天氣情況時有發(fā)生，給抽蓄工程大壩施工期防洪安全帶來了挑戰(zhàn)，應充分考慮雨洪對混凝土面板堆石壩整個施工期度汛安全的可能影響，從不知防范、被動防范到主動防范轉變，以避免帶來不必要的工程問題，確保工程質量安全。
其次在防范措施上，統籌做好庫盆、岸坡、基坑和壩體排水工作。對于處于低洼區(qū)域的重要建筑物（如趾板和面板），建議設計要做好系統的截排水設計、反向排水設計，同時應結合現場情況研究提出反向排水失效情況的應對措施。
四、工程建議措施
為應對抽蓄電站面板壩施工期洪水破壞質量問題，建議采取“高水截排、低水抽排、內水引排、防堵疏排”綜合性防范措施，具體闡述如下：
一是對庫盆和基坑范圍內沖溝洪水和岸坡匯水進行妥善截排，減少外水進入大壩基坑和壩體，降低基坑淹沒的概率，防范雨洪對大壩填筑體的沖刷破壞。在布置排水溝和集水井時，應盡量充分利用有利地形條件，對高于圍堰堰頂的水，應盡量利用自流式排水。在基坑開挖邊坡和圍堰邊坡上，應盡可能分層布置排水溝和集水井，把雨水或滲透水按不同高程排出基坑之外。當基坑范圍內有較大集雨面積的溪溝時，還需有相應的導流措施，以防暴雨徑流淹沒基坑。盡可能利用環(huán)庫公路或復建公路排水系統進行截流，暴雨季節(jié)對匯入大壩基坑的公路涵洞進行封堵引排，將庫盆及基坑高高程岸坡雨洪引排至基坑以外。
二是在面板壩壩體填筑中，特別是多雨地區(qū)或雨季施工時應做好壩面排水工作。在壩體填筑過程中，盡可能保持上游壩面高于下游壩面，盡量避免壩上的集中水流沖蝕墊層。大壩填筑期間，需及時完成墊層料護坡施工，降低墊層料沖刷破壞或滲透破壞的風險。
三是對大壩基坑范圍內無法截排的匯水，在大壩前后設置擋水坎和集水坑，進行抽排或導排。對趾板下挖較深的抽蓄大壩，尤其是壩后河床高程高于壩前的大壩，建議設下游圍堰并進行防滲處理。
四是對壩址河床為反向坡的，或趾板建基面高程低于壩體基礎高程或下游水位高出趾板建基面高程的大壩，應設壩體反向排水措施。壩后反坡高差不大的，可在壩基中部開挖排水槽（填堆石料）。對抽蓄電站庫岸防滲面板，也需重視面板的反向排水問題，設置完善可靠的排水系統，以免面板產生嚴重的破壞。
壩體排水及反向排水涉及面板和趾板汛期度汛安全，建議由設計單位統一進行設計。設計時可采用趾板底部埋設反向排水管+壩內集水井+水泵抽排的方案?；炷撩姘宥咽瘔畏聪蚺潘贾玫湫推拭嫒鐖D1所示。
圖1 梅州、績溪抽蓄大壩反向排水典型剖面圖
反向排水管的設置數量要足夠，如績溪抽蓄下水庫根據需要布置了14道反向排水管（如圖2所示）。
圖2 績溪抽蓄下水庫大壩反向排水管布置圖
反向排水管需考慮防淤堵措施，如梅州抽蓄上水庫反向排水管出口設置閥門，施工期經常檢查，防止淤堵。對排水管布置范圍內基巖，噴10cm厚混凝土進行保護，以避免趾板灌漿時串漿堵塞排水管。反向排水管如有堵塞，應盡可能設法進行疏通。
汛前需及時完成大壩面板和表層止水，以及面板消缺工作。對低水位差的面板壩建議及時將壩前蓋重料填筑上形成壓重。
五是對汛期淹沒的大壩基坑需謹慎處理。及時在混凝土面板上人工造孔排出反滲水，基坑水位每下降2m打一排減壓排水孔，根據排水孔出流情況，一步步決策向下抽水。
六是在混凝土面板中預埋主動排水反濾措施，防堵疏排，保證大壩防滲結構安全。
五、結 語
抽蓄電站面板壩施工期有遭受暴雨洪水破壞的質量風險，其主要原因是工程建設者對抽蓄電站大壩施工期暴雨洪水災害估計不足，壩體施工期防洪措施考慮不周全，通過典型問題分析，建議采取針對性的解決方案和工程措施，可以防范質量問題的發(fā)生，希望對我國抽水蓄能電站工程的安全建設和高質量建設有所助益。
