江苏省某市区新建一座蓄能电站,紧靠周围城镇用电区和负荷中心,是日调节式抽水蓄能电站。此抽水蓄能电站预计装机容量为1350MW ( 6×225MW) ,共分两期进行施工,主要枢纽由上水库、输水系统、下水库、开关站、地下厂房组成,上下库施工设计为一次建成。上水库由混凝土主坝、混凝土副坝、库周公路、库盆防渗等组成,是直径约为1390m的三面环山天然盆地,共集水 3.96km',近五年平均径流量0.155m2/s，正常蓄水水位265m，总库容1723km',上水库和下水库的主坝和副坝均使用沥青混凝土面板堆石坝。总平面图如图1所示。

低只有63m左右,需要采取措施增高上水库库底,从而增高水库的天然水头,于是经技术人员探讨确定上水库库盆施工方式选择半填半挖的方式,但是这种施工方式土石方的开挖和填方工程量比较大,预计库底的填方高度要达到120m左右,工程总平面图见图1。
2上水库工程特点
上水库位于山峰南侧,在上水库的北面、东面和南面由高程为283.6 - 400.7m 的亚口和山脊组成，上水库的南面为一高程为88-117m的沟底,地形较复杂,水库施工难度较大。下水库位于山峰东北侧，库盆是由桥沟和小冲沟组成,下水库地面高程为55-83m,沟底地势较平坦。上文提到,上水库和下水库的天然水头较低只有63m左右,需要采取人工填渣措施增高上水库库底,从而增高水库的天然水头。
1)上水库渗透现象严重。上水库周围亚口、山脊、沟底存在形式较多,地势复杂,周围山体主要为弱–中强度的白云岩,在岩体的岩脉接触带、断层带和层面岩溶发育较好,有较强透水性和通透性,地质勘探发现岩体内还存在岩溶管道方向通向库外,岩溶的形成较深,岩体相对隔水层顶板和库坝区地下水埋深较大,专家推断在岩断层的内部可以出现了集中渗漏,因此不能使用垂直帷幕的方法做防渗处理,根据上水库地质条件综合考虑后其库岸防渗施工采用沥青混凝土面板防渗,以保证库岸的工程质量[1-3]。
2)上水库防渗难度大要求高。上水库形成的天然盆地集水面积较小,天然水量较少,仅有7.81km2,在施工时库盆需要半挖半填,施工量较大石渣回填高度可达120m左右,人工回填石渣会产生不均匀沉降、库底防渗施工和周边建筑连接处容易变形等问题。针对这种现象,决定采用土工膜作为防渗施工的库底防渗体,土工膜有较好的延展性,渗透性也比较小,适用于变形较大的建筑施工,本工程采用土工膜作为库底防渗材料,能够降低库底的渗透量,符合工程设计要求。
综上,在本工程的上水库中,使用沥青混凝土面板对上水库的库岸进行防渗处理,对水库的库底则使用土工膜的方法进行防渗施工。沥青混凝土面板在库岸中的防渗处理应用简式的结构,要求整平胶结层与防渗层的厚度相同,均为10cm,而表面的封闭层厚度2mm,大坝和库岸承受最大水头为30m左右。
3库底土工膜的防渗排水设计3.1防渗的设计
土工膜设计通过建成的库底钢筋混凝土连接板和大坝及库岸的沥青混凝土面板进行连接,主要结构包括上部保护层、下部支持层、土工膜防渗层等。
土工膜结构的下部支持层主要包括过渡层、厚垫层、土工席垫,施工厚度分别为150cm , 60cm 、6mm,施工方式按照自上而下进行。过渡层的施工材料选择微风化、级配良好、粒径在30cm内的开挖爆破料,孔隙率要达到20% ,渗透系数保证在8×10-3-2 x10'cm/ s之间,干密度设计23.6KN/m3。厚垫层施工材料选择小石、中石、砂掺配成的混合材料,后垫层上部铺设20cm混合材料最大粒径保证在2cm以内,后垫层下部铺设40cm混合材料最大粒径
1年在 4cm 以内,孔隙率要达到18% ,渗透系数保证
22.4KN/m'。土工席垫是一种三维网状材料,表面
平整,在热熔条件下塑料丝条可以进行连接,抗压性较强、耐久性较好,将土工席垫设置在土工膜和碎石垫层之间可以很好起到缓冲的作用降低土工膜的受力,防止石块划破土工膜影响库底防渗的施工质量。
土工膜防渗材料选用高密度聚乙烯(HDPE)土4库底土工膜的有限元计算
4.1库底回填区沉降位移分析
竣工期坝最大断面上的位移如图2所示。

由图2可以看出,回填区的沉降位移程度比较大,沉降量最大位置发生在库底1/3处,沉降量可达170cm ,对回填区沉降量大的原因进行分析发现,其主要原因是回填区回填材料参数比大坝的填筑材料参数低。在上水库蓄水后,在水压作用下,库底沉降加剧,最大沉降量增加到206cm,库底回填高度为120m,其最大沉降量为库底回填高度的1.72%。4.2土工膜变形分析
本工程施工的土工膜防渗设计变形分析采用膜单元进行模拟操作,工程采用的土工膜弹性模量比较低,与下伏堆石体变形幅度相差很小,由此在采用膜单元模拟时,可以忽略由土工膜和土体出现相对滑移。为方便后面的计算,将堆石体产生的位移当作土工膜位移进行变形处理。
蓄水期最大断面回填区土工膜变形曲线见图3，主要包括蓄水沉降、顺河向、轴向3部分。

库底存在非常高的填渣,并且回填的渣料十分的复杂,由此导致在水库蓄水之后土工膜的形变较大,出现较大沉降,尤其是在混凝土连接板外边缘与库底填渣连接处的形变较大。

由图4也明显看到,土工膜的拉应变在接板外边缘和库底填渣连接处发生明显,最大拉应变达到1.07%。另外开挖和回填分界线位置拉应变也比较明显,最大拉应变达到0.36% ,分析其形成的原因是坝体施工材料和库底填渣材料性质差别太大,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长率为16% ,对比上述数据,均在施工设计范围内,不会出现土工膜破裂。
4.3局部加固分析
从图4可以看出土工膜的拉应变在混凝土连接板外边缘与库底填渣连接处最大拉应变达到1.07% ,为了防止连接处的拉应变随着水库投入使用进一步扩大,需要进行加固处理,降低库底填渣的沉降量。具体的加固措施见图5 ,加固的材料和上游堆石区材料的属性相同,经计算后确定水库在蓄水期,最大断面处土工膜的拉应变及变形量见图6、图7,混凝土连接板外边缘与库底填渣连接处拉应变由1.07%降为0.33% ,降低率约为69%。从上述数据可以看出,采取加固措施后可以有效降低土工膜的不均匀沉降,提高水库的稳定性和防渗能力。