黏土铺盖的防渗原理与施工难点

抽水蓄能电站的库盆防渗，特别是上水库，事关工程正常运行和效益保障，无天然径流补给的抽水蓄能电站，上水库日渗漏量一般控制在总库容的0.02%～0.05%。

宝泉抽水蓄能电站上水库库底采用的“库底黏土铺盖+库岸沥青混凝土”联合防渗体系，当时国内外均无成功经验，国外一例是Ludington 抽水蓄能电站采用类似方案，但该工程在完工后30 多年的运行中，经历过多次较大的漏水修补。故对大面积库底黏土铺盖填筑而言，施工技术上就更具挑战性。

3.2.2.1　库底黏土铺盖防渗原理及特点

库底防渗黏土铺盖与坝体黏土防渗体(心墙或斜墙)相比，两者防渗的机理基本相同，但结构和工作原理有较大差异。

坝体防渗体(心墙或斜墙)结构是平面上长宽比大，其运行工况是垂直防渗体，抵御水平方向的渗流，因此其层间结合面要求较高;而库底黏土铺盖结构则是平面面积大，纵横长宽比例不规则，其运行工况是水平防渗体，抵御垂直方向的渗流，故其层间结合面状况对防渗的影响与坝体防渗体有一定的区别。在施工中如何理解这一区别并高效、优质地进行施工，是解决施工技术的重点。两者防渗工作原理如图3-3所示。

图3-3　黏土铺盖与黏土心墙防渗原理示意图

从工作原理和结构设计来分析，库底防渗黏土铺盖的主要特点是:

①水平防渗体，抵御垂直方向的渗流;

②平面尺寸大，长宽不规则;

③与岸坡防渗体结合部位极为重要;

④黏土铺盖填筑施工技术要求高。

库底防渗黏土铺盖的设计及施工合同技术条款均引用DL/T5129-2001《碾压式土石坝施工规范》的相关规定，但该规范中相关条款主要是针对坝体黏土心墙和斜墙的，并未对库底防渗黏土铺盖有专门的规定。其他规范也没有适用于库底黏土铺盖的规定和条款。为了优质、高效地完成好该工程建设，就必须突破DL/T5129-2001《碾压式土石坝施工规范》限制，针对库底防渗黏土铺盖的特点，创新或改进相关施工技术。

3.2.2.2　库盆防渗设计

宝泉抽水蓄能电站上水库库岸采用沥青混凝土面板防渗，全库底设黏土水平铺盖防渗，不设垂直防渗系统，铺盖厚度t 根据下式计算:

式中:Δh——铺盖任意点的水头差值，m;

in——铺盖允许水力坡降。

上水库正常蓄水位为789.60m，黏土顶部高程为749.70m，黏土承受水头Δh=789.60-749.70=39.9m。根据上水库黏土铺盖实际工作状态，铺盖允许水力坡降参照《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001 第5.5.2条“土质防渗体断面应满足渗透比降、下游浸润线和渗透流量的要求……斜墙不宜小于水头的1/5，心墙不宜小于水头的1/4。”和第6.2.8条“……混凝土防渗墙顶应作成光滑的楔形，插入土质防渗体高度宜为1/10 坝高……”，取in=10。in=10 计算得t≥3.99m，设计选取黏土铺盖厚为4.50m，压实度不小于98%，渗透系数不大于10-6cm/s，全库盆黏土填筑量约为65×104m3。(www.xing528.com)

黏土铺盖沿库周约20m宽范围设贴坡，黏土顶高程由749.70m升高至752.70m，坡比1:5.0，顶宽3.0m，以延长黏土与沥青混凝土面板的接触渗径;黏土与沥青混凝土面板接触段设0.5m厚高塑性黏土，利用黏土的高塑性适应变形，防止黏土开裂渗水。

黏土底部设两道反滤层，一道过渡层，两道反滤层各厚0.5m，过渡层厚1.0m。

黏土铺盖施工结束到来年水库蓄水要经过一个冬季，同时为避免施工期运输机械对已铺筑黏土造成破坏，故黏土铺盖上部设0.3m厚的保护层，保护层材料主要利用龟山料场和库区开挖弃料;若采用土夹石弃料，应控制含石最大粒径不大于15cm，压实度按95%控制，含水率控制在最优含水率;若采用龟山等料场碎石弃料，应控制石料最大粒径不大于15cm，干密度不小于2.1g/cm3，宜优先考虑龟山料场弃料。

3.2.2.3　填筑技术指标

通过碾压试验及设计单位要求，确定参数如下:

(1)黏土最优含水率20.8%，施工含水率按18.8%～23.8%控制。

(2)黏土松铺厚度35cm，动压8 遍。

(3)15t 凸块碾(激振频率0Hz-30Hz，碾压采用25.4Hz)全振法碾压，碾压行进速度小于2km/h。

(4)黏土填筑碾压后渗透系数小于10-6 cm/s，压实度不小于98%，不含砾黏土最大干密度按1.66t/m3控制，含砾黏土干密度根据含石量按规范要求进行相应调整。

3.2.2.4　黏土铺盖施工工艺流程

黏土铺盖施工工艺流程如图3-4所示。

3.2.2.5　施工技术难点

根据上水库库盆联合防渗体系的总体施工安排，以及库底防渗黏土铺盖的特点，其主要施工技术难点是:

(1)由于库底面积较大(约15.5×104m2)，黏土铺盖施工工期安排与库岸面板施工工期须较长时间搭接，为此库底黏土铺盖必须分期分区进行填筑。库底平面长宽尺寸比例较接近，按工序安排必然先填中部，后填周边。如何对铺盖施工进行科学合理分区，既保证施工质量，又能使整个库底施工道路利用率最高，减少动态布置道路数量，以高效均衡地进行生产，是施工规划的一大技术难点。

(2)黏土铺盖施工区所有干道和支道都必须布置在黏土面上，采用怎样的上料方式和设备配置，既保证黏土运输车在工作面正常行驶，又不会破坏已填筑好的防渗体，从而保证机械化施工的高效生产，也是本工程施工的一大难点。

图3-4　黏土铺盖施工工艺流程图

(3)与土石坝黏土防渗体施工相比，库底铺盖施工平面面积较大，若按常规凸块碾碾压施工工艺，层间结合面的处理时间较长，不仅降低了工效，而且延长了已压层表面水分的蒸发时间和覆盖时间，对施工质量将产生不利影响，采用怎样的施工工艺来解决这个问题，是铺盖施工的首要技术难点。

(4)由于库岸采用沥青混凝土面板防渗，为延长黏土铺盖与沥青混凝土面板的接触渗径，本工程在库底周边设有高约10m、沿面板斜长约20m的黏土贴坡带，且库岸边坡坡比为1:1.7，结合部不宜使用重型机械施工，如何保证贴坡黏土填筑质量，又不会对其下部的沥青面板造成损害，是整个防渗体系施工技术关键点。