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抽水蓄能電站大壩施工期洪水破壞質(zhì)量問題的探討
水電水利規(guī)劃設(shè)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(shè)經(jīng)驗，但工程建設(shè)者對抽蓄電站大壩施工期暴雨洪水災(zāi)害估計不足，壩體施工期防洪措施考慮不周全，工程設(shè)計、建設(shè)、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(jié)構(gòu)受損等問題，對工程質(zhì)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(shè)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(xiàn)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(jié)其現(xiàn)象、后果，分析問題產(chǎn)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(shè)和高質(zhì)量建設(shè)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(shè)規(guī)模急劇躍升?！冻樗钅墚a(chǎn)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(shè)，抽蓄電站大壩面臨的施工期洪水破壞質(zhì)量問題也逐漸凸顯出來，不利于抽水蓄能電站工程質(zhì)量的安全建設(shè)和高質(zhì)量建設(shè)。
根據(jù)我國近30年來抽水蓄能電站建設(shè)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(fēng)險，處置不當易發(fā)生基坑淹沒破壞、沖刷破壞及結(jié)構(gòu)受損等問題，對工程質(zhì)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(xiàn)象，近年來隨著抽蓄電站大規(guī)模建設(shè)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(xiàn)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(zhì)量問題歸納如下：
（一）基坑淹沒破壞
現(xiàn)象：表現(xiàn)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(zhì)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(chǎn)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(xiàn)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(nèi)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(zhì)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(jié)構(gòu)破壞
現(xiàn)象：壩體內(nèi)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(jié)構(gòu)是面板堆石壩的生命線，防滲結(jié)構(gòu)破壞嚴重影響工程質(zhì)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(diào)研發(fā)現(xiàn)，盡管我國已有近三十年的抽蓄電站專業(yè)化建設(shè)經(jīng)歷，但工程建設(shè)者對抽蓄電站大壩施工期暴雨洪水災(zāi)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(fù)發(fā)生，也說明工程建設(shè)者尚未充分吸取問題經(jīng)驗和教訓(xùn)。
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(zhì)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(shè)計規(guī)范》NB/T 10491-2021第3.8.3條對大壩基坑排水主要強調(diào)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(jié)合，容易導(dǎo)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(shè)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(nèi)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(dǎo)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(shè)可靠的反向排水措施。
（三）反向排水設(shè)施設(shè)置不足。
（四）壩體反排水設(shè)計和施工質(zhì)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(dǎo)致壩體防滲結(jié)構(gòu)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(zhì)量問題，根據(jù)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(yīng)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(zhuǎn)變，以避免帶來不必要的工程問題，確保工程質(zhì)量安全。
其次在防范措施上，統(tǒng)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(shè)計要做好系統(tǒng)的截排水設(shè)計、反向排水設(shè)計，同時應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場情況研究提出反向排水失效情況的應(yīng)對措施。
四、工程建議措施
為應(yīng)對抽蓄電站面板壩施工期洪水破壞質(zhì)量問題，建議采取“高水截排、低水抽排、內(nèi)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(nèi)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(yīng)盡量充分利用有利地形條件，對高于圍堰堰頂?shù)乃瑧?yīng)盡量利用自流式排水。在基坑開挖邊坡和圍堰邊坡上，應(yīng)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(nèi)有較大集雨面積的溪溝時，還需有相應(yīng)的導(dǎo)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(fù)建公路排水系統(tǒng)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(yīng)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(fēng)險。
三是對大壩基坑范圍內(nèi)無法截排的匯水，在大壩前后設(shè)置擋水坎和集水坑，進行抽排或?qū)?。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(shè)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(chǔ)高程或下游水位高出趾板建基面高程的大壩，應(yīng)設(shè)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(shè)置完善可靠的排水系統(tǒng)，以免面板產(chǎn)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(shè)計單位統(tǒng)一進行設(shè)計。設(shè)計時可采用趾板底部埋設(shè)反向排水管+壩內(nèi)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(shè)置數(shù)量要足夠，如績溪抽蓄下水庫根據(jù)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(shè)置閥門，施工期經(jīng)常檢查，防止淤堵。對排水管布置范圍內(nèi)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(yīng)盡可能設(shè)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(jù)排水孔出流情況，一步步?jīng)Q策向下抽水。
六是在混凝土面板中預(yù)埋主動排水反濾措施，防堵疏排，保證大壩防滲結(jié)構(gòu)安全。
五、結(jié) 語
抽蓄電站面板壩施工期有遭受暴雨洪水破壞的質(zhì)量風(fēng)險，其主要原因是工程建設(shè)者對抽蓄電站大壩施工期暴雨洪水災(zāi)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(zhì)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(shè)和高質(zhì)量建設(shè)有所助益。
