关于抽水蓄能电站大坝施工期洪水破坏质量问题的探讨

抽水蓄能电站大坝施工期洪水破坏质量问题的探讨

水电水利规划设计总院

李太成 傅兆庆 胡聪

摘要：我国已有近三十年的抽水蓄能电站专业化建设经验，但工程建设者对抽蓄电站大坝施工期暴雨洪水灾害估计不足，坝体施工期防洪措施考虑不周全，工程设计、建设、施工管理存在失误，由此造成大坝基坑淹没破坏、坝体冲刷破坏及结构受损等问题，对工程质量、施工进度、工程投资等造成较大影响。随着我国抽蓄电站大规模建设带来的地形条件的多样性，以及近年来极端天气降雨的多发性，此问题逐渐呈现多发态势，需引起重视，加强防范。本文归纳了我国抽蓄电站大坝施工期洪水破坏的主要问题，总结其现象、后果，分析问题产生的根本原因，并提出了针对性的综合解决方案和工程措施，希望对我国抽水蓄能电站工程的安全建设和高质量建设有所助益。

一、问题概述

近年来，随着我国双碳目标的落实，我国抽水蓄能电站工程建设规模急剧跃升。《抽水蓄能产业发展报告2022》显示，我国抽水蓄能电站在建规模达到1.67亿千瓦。然而随着抽蓄电站的大规模建设，抽蓄电站大坝面临的施工期洪水破坏质量问题也逐渐凸显出来，不利于抽水蓄能电站工程质量的安全建设和高质量建设。

根据我国近30年来抽水蓄能电站建设实践，我国抽蓄电站大坝工程主流坝型为混凝土土面板堆石坝，该坝型在施工期有遭受暴雨洪水破坏的风险，处置不当易发生基坑淹没破坏、冲刷破坏及结构受损等问题，对工程质量、施工进度、工程投资等造成较大影响。此问题过去为偶发现象，近年来随着抽蓄电站大规模建设带来的库盆、岸坡、坝址地形条件的多样性，以及极端天气降雨的多发性，此问题逐渐呈现多发态势，需引起重视，加强防范。

我国已建抽水蓄能电站面板坝施工期洪水破坏的典型质量问题归纳如下：

(一)基坑淹没破坏

现象：表现为大坝基坑在施工期被淹没或长时间淹没，坝体进水。

后果：抽水处理费时费力，对工程施工进度造成较大影响。大坝已填筑垫层料受到雨水浸泡细颗粒被带出造成质量受损。大坝基坑淹没期间，作用在坝坡上的波浪也将对边坡产生剥蚀破坏。坝体浸水后也可能发生坝面塌陷、沉降等变形。

(二)坝体冲刷破坏

现象：基坑山坡汇水、冲沟洪水、降雨集中径流冲刷已填筑坝体或进入坝体内部。

后果：造成填筑体的冲刷破坏，特别是垫层料及其坡面防护的冲蚀、渗透破坏，造成工程质量问题，需要重新进行填筑施工。事故处理费时费力，影响工程施工进度。

(三)防渗结构破坏

现象：坝体内外水位高差较大造成大坝及库岸面板、趾板、止水顶托破坏。

后果：大坝防渗结构是面板堆石坝的生命线，防渗结构破坏严重影响工程质量，必须进行拆除重新施工。事故处理费时费力，影响工程施工进度。

二、原因分析

调研发现，尽管我国已有近三十年的抽蓄电站专业化建设经历，但工程建设者对抽蓄电站大坝施工期暴雨洪水灾害估计不足，坝体施工期防洪措施考虑不周全，由造成了较严重的问题。这些问题在工程实践中反复发生，也说明工程建设者尚未充分吸取问题经验和教训。

通过实际案例分析，我国抽水蓄能电站大坝施工期洪水破坏暴露的主要质量问题，其根本原因为：

(一)可行性研究及技施阶段对库盆周边和基坑排水考虑不周全。

《水电工程施工组织设计规范》NB/T 10491-2021第3.8.3条对大坝基坑排水主要强调抽排，且考虑短时间强排，排水强度按多年日最大降水量在当天抽干计算，未考虑岸坡截排、引排。在工程实践中，强降雨和基坑不利地形条件的结合，容易导致大坝基坑被淹没，甚至多次淹没。

《混凝土面板堆石坝施工规范》DL/T 5128-2009对坝体反渗水问题提出了原则性的处理要求，但大坝设置反向排水管的排水能力主要解决坝体的常规施工用水(包括大坝填筑洒水和两坝肩降水等)的排水问题，但是超常规(如从上、下游大量漫入大坝基坑)进入坝体内的水不是反向排水管能够有效解决的，需要进行有效的疏导处理。

(二)部分大坝未考虑坝体反排水措施，库岸防渗面板也未设可靠的反向排水措施。

(三)反向排水设施设置不足。

(四)坝体反排水设计和施工质量不可靠，运行中容易堵塞。

(五)在大坝基坑淹没后，参建单位盲目组织抽水，基坑排水下降速度快，导致坝体防渗结构承受较大反向水压力而破坏。

三、总体解决方案

针对抽蓄电站面板坝施工期洪水破坏暴露的质量问题，根据其原因分析，提出针对性的解决方案。

首先在思想认识上，必须认识到近年来极端天气情况时有发生，给抽蓄工程大坝施工期防洪安全带来了挑战，应充分考虑雨洪对混凝土面板堆石坝整个施工期度汛安全的可能影响，从不知防范、被动防范到主动防范转变，以避免带来不必要的工程问题，确保工程质量安全。

其次在防范措施上，统筹做好库盆、岸坡、基坑和坝体排水工作。对于处于低洼区域的重要建筑物(如趾板和面板)，建议设计要做好系统的截排水设计、反向排水设计，同时应结合现场情况研究提出反向排水失效情况的应对措施。

四、工程建议措施

为应对抽蓄电站面板坝施工期洪水破坏质量问题，建议采取“高水截排、低水抽排、内水引排、防堵疏排”综合性防范措施，具体阐述如下：

一是对库盆和基坑范围内冲沟洪水和岸坡汇水进行妥善截排，减少外水进入大坝基坑和坝体，降低基坑淹没的概率，防范雨洪对大坝填筑体的冲刷破坏。在布置排水沟和集水井时，应尽量充分利用有利地形条件，对高于围堰堰顶的水，应尽量利用自流式排水。在基坑开挖边坡和围堰边坡上，应尽可能分层布置排水沟和集水井，把雨水或渗透水按不同高程排出基坑之外。当基坑范围内有较大集雨面积的溪沟时，还需有相应的导流措施，以防暴雨径流淹没基坑。尽可能利用环库公路或复建公路排水系统进行截流，暴雨季节对汇入大坝基坑的公路涵洞进行封堵引排，将库盆及基坑高高程岸坡雨洪引排至基坑以外。

二是在面板坝坝体填筑中，特别是多雨地区或雨季施工时应做好坝面排水工作。在坝体填筑过程中，尽可能保持上游坝面高于下游坝面，尽量避免坝上的集中水流冲蚀垫层。大坝填筑期间，需及时完成垫层料护坡施工，降低垫层料冲刷破坏或渗透破坏的风险。

三是对大坝基坑范围内无法截排的汇水，在大坝前后设置挡水坎和集水坑，进行抽排或导排。对趾板下挖较深的抽蓄大坝，尤其是坝后河床高程高于坝前的大坝，建议设下游围堰并进行防渗处理。

四是对坝址河床为反向坡的，或趾板建基面高程低于坝体基础高程或下游水位高出趾板建基面高程的大坝，应设坝体反向排水措施。坝后反坡高差不大的，可在坝基中部开挖排水槽(填堆石料)。对抽蓄电站库岸防渗面板，也需重视面板的反向排水问题，设置完善可靠的排水系统，以免面板产生严重的破坏。

坝体排水及反向排水涉及面板和趾板汛期度汛安全，建议由设计单位统一进行设计。设计时可采用趾板底部埋设反向排水管+坝内集水井+水泵抽排的方案。混凝土面板堆石坝反向排水布置典型剖面如图1所示。

图1 梅州、绩溪抽蓄大坝反向排水典型剖面图

反向排水管的设置数量要足够，如绩溪抽蓄下水库根据需要布置了14道反向排水管(如图2所示)。

图2 绩溪抽蓄下水库大坝反向排水管布置图

反向排水管需考虑防淤堵措施，如梅州抽蓄上水库反向排水管出口设置阀门，施工期经常检查，防止淤堵。对排水管布置范围内基岩，喷10cm厚混凝土进行保护，以避免趾板灌浆时串浆堵塞排水管。反向排水管如有堵塞，应尽可能设法进行疏通。

汛前需及时完成大坝面板和表层止水，以及面板消缺工作。对低水位差的面板坝建议及时将坝前盖重料填筑上形成压重。

五是对汛期淹没的大坝基坑需谨慎处理。及时在混凝土面板上人工造孔排出反渗水，基坑水位每下降2m打一排减压排水孔，根据排水孔出流情况，一步步决策向下抽水。

六是在混凝土面板中预埋主动排水反滤措施，防堵疏排，保证大坝防渗结构安全。

五、结 语

抽蓄电站面板坝施工期有遭受暴雨洪水破坏的质量风险，其主要原因是工程建设者对抽蓄电站大坝施工期暴雨洪水灾害估计不足，坝体施工期防洪措施考虑不周全，通过典型问题分析，建议采取针对性的解决方案和工程措施，可以防范质量问题的发生，希望对我国抽水蓄能电站工程的安全建设和高质量建设有所助益。

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