水利水電工程防滲排水結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)施技術(shù)

摘要：以珠江流域西江水系某水利水電樞紐工程為案例，對(duì)水利水電工程防滲排水結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)施技術(shù)展開(kāi)研究，通過(guò)確定防滲墻主要設(shè)計(jì)參數(shù)、選用新材料新技術(shù)進(jìn)行防滲墻施工、科學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施導(dǎo)流圍堰、施行聯(lián)合排水實(shí)現(xiàn)防滲排水優(yōu)化等方面工作，實(shí)現(xiàn)了該工程防滲排水結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化。研究結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的水利水電工程的防滲排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)施技術(shù)具有合理性，為該工程的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

關(guān)鍵詞：水利水電工程；防滲排水；新材料新技術(shù)；防滲墻；導(dǎo)流圍堰

0" "引言

在水利水電工程的建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中，滲漏問(wèn)題已成為制約水電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要原因。因此對(duì)水利水電工程進(jìn)行防滲排水優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)施，不僅關(guān)系到工程本身的安全與效益，也直接關(guān)系到周邊地區(qū)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定與發(fā)展[1]。

本文以珠江流域西江水系某水利水電樞紐工程為案例，對(duì)水利水電工程防滲排水結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)施技術(shù)展開(kāi)研究，通過(guò)確定防滲墻主要設(shè)計(jì)參數(shù)、選用新材料新技術(shù)進(jìn)行防滲墻施工、科學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施導(dǎo)流圍堰、施行聯(lián)合排水實(shí)現(xiàn)防滲排水優(yōu)化等方面工作，實(shí)現(xiàn)了該工程防滲排水結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化。

1" "工程概況

本文選取扼守珠江流域西江水系最后一個(gè)峽谷的大型水利水電樞紐工程作為防滲排水優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)施的案例。該水利樞紐工程的壩址距下游桂平市12km。該水利樞紐工程的規(guī)模為I等大（1）型，其建筑物包括泄水建筑物、河床式發(fā)電廠房、擋水壩、船閘、灌溉取水口、開(kāi)關(guān)站及魚(yú)道等。工程總裝機(jī)容量為1600MW，多年平均發(fā)電量為60.55億kW·h，水庫(kù)正常蓄水位為61.0m，水庫(kù)總庫(kù)容為34.79億m3，其中防洪庫(kù)容15億m3，船閘規(guī)模為我國(guó)內(nèi)河航運(yùn)最高等級(jí)3000t級(jí)。

2" "防滲排水結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

2.1" "防滲墻主要設(shè)計(jì)參數(shù)

該水利水電工程設(shè)計(jì)采用多端小直徑水泥攪拌樁防滲墻，針對(duì)防滲墻，在施工之前需要明確多端小直徑水泥攪拌樁防滲墻的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。多端小直徑水泥攪拌樁防滲墻主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

在設(shè)計(jì)防滲墻的基礎(chǔ)上引入引管，可以有效地將壩基孔隙水抽走，從而減小壩基壓力，抑制壩基裂縫擴(kuò)展。將防滲墻的地基與引管有機(jī)連接起來(lái)，并以地基的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，計(jì)算出防滲墻的厚度[2]。選擇防滲性能好的灌漿材料，通過(guò)科學(xué)的計(jì)算和設(shè)計(jì)，確保防滲墻止水的有效性。防滲墻厚度的計(jì)算公式如下：

式中：H表示防滲墻的厚度；L表示注漿間距；β表示防滲范圍；γ1表示基礎(chǔ)排洪排距；γ2表示壩基排水洞的孔幕長(zhǎng)度；η表示防滲墻的寬度。

經(jīng)以上計(jì)算，確定該工程防滲墻的厚度，并選擇具有優(yōu)質(zhì)防滲性能的注漿材料與施工技術(shù)進(jìn)行防滲墻施工。

2.2" "防滲墻選用的新材料新技術(shù)

2.2.1" "選用新材料新技術(shù)的重要性

該水利水電工程的防滲排水優(yōu)化設(shè)計(jì)中，防滲墻選用新型防滲材料至關(guān)重要。以往的防滲墻材料在應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的工程環(huán)境時(shí)往往顯得力不從心，為了提升工程的防滲性能，需要探索并應(yīng)用新型材料。例如復(fù)合土工膜防滲新材料通常具有更好的耐久性、更高的抗?jié)B性能和更強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠有效應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的地質(zhì)和水文條件，從而為水利水電工程提供更加可靠、高效的防滲保障。

2.2.2" "選用的新材料新技術(shù)

一是選用復(fù)合土工膜防滲新材料新技術(shù)。采用高密度聚乙烯（HDPE）材料制成的土工膜，其防水性能和化學(xué)穩(wěn)定性極佳，具有輕質(zhì)、耐久、靈活應(yīng)用和可定制等特性。在復(fù)合土工膜防滲墻的施工過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際地形和工程需求進(jìn)行精確設(shè)計(jì)和施工，從而確?；拥牟煌螤詈蜕疃榷寄艿玫接行У姆罎B處理[3]。土工膜的輕質(zhì)特性使其易于運(yùn)輸和安裝，而耐久特性則保證了其長(zhǎng)期穩(wěn)定的防滲效果。

二是選用水泥混凝土注漿防滲墻新技術(shù)。該種防滲墻新技術(shù)通過(guò)向地下注入水泥漿料，使其與原有土體緊密結(jié)合，可形成一道堅(jiān)固的防滲屏障。水泥混凝土注漿防滲墻在復(fù)雜地質(zhì)條件下展現(xiàn)出強(qiáng)大的適應(yīng)性，特別是在巖石縫隙較多或上層土壤松散的地區(qū)，能有效防止水分滲透和土壤侵蝕。

在實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)合土工膜防滲墻技術(shù)與水泥混凝土注漿防滲墻技術(shù)相輔相成，共同構(gòu)成一套完整的防滲體系。

2.3" "科學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施導(dǎo)流圍堰

2.3.1" "導(dǎo)流圍堰的設(shè)計(jì)與實(shí)施

該水利水電工程防滲墻選用新材料新技術(shù)之后，科學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施導(dǎo)流圍堰成為關(guān)鍵的一環(huán)。導(dǎo)流圍堰工程不僅關(guān)系到施工安全，還直接影響到排水系統(tǒng)的運(yùn)行效率，因此在施工之前需要根據(jù)工程的具體情況和要求，制定并實(shí)施科學(xué)合理的施工方案。

該工程的主體工程選擇在枯水季節(jié)施工，以規(guī)避高水位帶來(lái)的施工風(fēng)險(xiǎn)。在導(dǎo)流圍堰的設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先根據(jù)枯水期正常水位的中高水位數(shù)據(jù)，并考慮超高0.5m的安全裕量，來(lái)確定圍堰的設(shè)防水位[4]。這一設(shè)計(jì)可在圍堰在各種水位條件下有效發(fā)揮阻擋水流，保護(hù)施工區(qū)域。

圍堰結(jié)構(gòu)采用土石混合體，其頂寬設(shè)定為3.50m，以提供足夠的支撐面積。迎水坡和背水坡的坡比均精心計(jì)算，設(shè)置為1：1.5。在迎水坡面，特別設(shè)置一層防水斑馬布，進(jìn)一步增強(qiáng)圍堰的防水性能，保證在雨季或水位上漲時(shí)，水流不會(huì)滲透過(guò)圍堰，影響施工區(qū)域正常施工。

2.3.2" "導(dǎo)流圍堰在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用

在水利水電工程的施工過(guò)程中，一旦進(jìn)入防滲排水作業(yè)的關(guān)鍵階段，導(dǎo)流圍堰的重要性便愈發(fā)凸顯。特別是在泵房基坑這樣的區(qū)域，地質(zhì)條件尤為復(fù)雜。地層中不僅含有粗砂、細(xì)砂層，還深入至風(fēng)化殘積土，這無(wú)疑增加了施工的難度。經(jīng)過(guò)細(xì)致的地質(zhì)勘探與深入的專業(yè)分析，這些地層的透水層深度可達(dá)30.00m[5]。

為解決這一問(wèn)題，采用高壓噴射灌漿與水泥攪拌樁相結(jié)合的方式，對(duì)圍堰基坑進(jìn)行防滲處理。高壓噴射灌漿技術(shù)憑借其強(qiáng)大的穿透力，能夠深入地層，形成一層致密且連續(xù)的防滲層，可有效阻止地下水的滲透。而水泥攪拌樁則能夠加固圍堰基坑，為圍堰基坑提供堅(jiān)固支撐，提升圍堰整體的穩(wěn)定性。

2.4" "聯(lián)合排水實(shí)現(xiàn)防滲排水優(yōu)化

2.4.1" "聯(lián)合排水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

聯(lián)合排水法是一種集合多種排水手段的優(yōu)化設(shè)計(jì)，用于提高排水系統(tǒng)的整體效率和穩(wěn)定性。通過(guò)綜合運(yùn)用不同的排水技術(shù)和設(shè)備，優(yōu)化排水量、排水速度和排水質(zhì)量。具體如下：

一是在前池底板33.75m的區(qū)域，按照1.5m的間距、以梅花型布置DN100排水設(shè)施。二是在相應(yīng)位置設(shè)置反濾層，從上到下依次為0.3m的中粗砂、0.25m的瓜子片和0.25m的礫石。為了防止細(xì)顆粒被水沖走，在濾層下方鋪設(shè)一層土工織物。三是在前池內(nèi)布置24個(gè)梅花型的500個(gè)小砂井淺井。這些砂井在砂層處深達(dá)5m，用于完全排出砂層中的水壓力。砂井頂部高出地面0.3m，并配備可移動(dòng)的平板，以避免井孔堵塞并方便施工[6]。為了滿足施工階段的基坑降水要求，在前池中設(shè)置一口深水井。

2.4.2" "聯(lián)合排水結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與調(diào)試

在原有的防滲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)雙向泄水閥，實(shí)現(xiàn)了對(duì)排水管道的限流。同時(shí)設(shè)計(jì)了一種浮動(dòng)拖曳斷面，一端高于排水溝，另一端與壩基防滲構(gòu)筑物相連接，進(jìn)一步增強(qiáng)了該水利水電工程的防滲性能。聯(lián)合排水結(jié)構(gòu)如圖1所示。

以圖1為基礎(chǔ)，進(jìn)行組合排水工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和調(diào)試工作。根據(jù)大壩基礎(chǔ)的防滲處理?xiàng)l件，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠在突發(fā)事件下迅速實(shí)施聯(lián)合排水，充分發(fā)揮其對(duì)地基的保護(hù)作用，減小對(duì)地基的沖擊，進(jìn)一步減少滲漏問(wèn)題，構(gòu)建更為穩(wěn)定的防滲環(huán)境。

3" "施工效果分析

3.1" "施工準(zhǔn)備

3.1.1" "監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的選取

為了進(jìn)行水利水電工程防滲排水優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，需要進(jìn)行充分的工程準(zhǔn)備，并設(shè)定合理的監(jiān)測(cè)點(diǎn)和評(píng)估指標(biāo)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置和監(jiān)測(cè)目的如表2所示。

選取以上5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，綜合考慮了工程布局、地質(zhì)條件和滲流特性，能夠全面反映該水利水電工程的滲流情況，為防滲排水優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)施和效果評(píng)估提供有力支持。

3.1.2" "監(jiān)測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)備與維護(hù)

為確保每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都能準(zhǔn)確、高效地收集滲流數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備以下具體型號(hào)的監(jiān)測(cè)設(shè)備：

一是XYZ-SFJ-001型滲流計(jì)。其具有高度的測(cè)量精度和穩(wěn)定性，適用于長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量并記錄滲流量，具備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能，方便遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。二是ABC-SWJ-002型水位計(jì)，其采用非接觸式測(cè)量原理，不受水質(zhì)影響，測(cè)量準(zhǔn)確可靠，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水位變化，具備自動(dòng)校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償功能，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。三是DEF-SJQ-003型數(shù)據(jù)采集器。它可同時(shí)連接多個(gè)滲流計(jì)和水位計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步采集和傳輸。

在上述監(jiān)測(cè)設(shè)備到位后，對(duì)其進(jìn)行必要的校準(zhǔn)和調(diào)試，確保其精度和性能滿足實(shí)驗(yàn)要求。同時(shí)對(duì)上述監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)和檢查，確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2" "監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

3.2.1" "滲流量與環(huán)境因素監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以體現(xiàn)該水利水電工程防滲排水優(yōu)化設(shè)計(jì)的合理性。將該水利水電工程的滲流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按照不同時(shí)間段進(jìn)行了詳細(xì)記錄。由于各個(gè)時(shí)間段記錄的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)大體近似或相同，限于本文篇幅，選用其中一個(gè)時(shí)間段的檢測(cè)記錄。該水利水電工程5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的滲漏量與環(huán)境因素監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

3.2.2" "監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與結(jié)論

由表3可知，在該水利水電工程正常運(yùn)行情況下，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的滲流量均保持在較低水平；各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水位變化相對(duì)穩(wěn)定，未出現(xiàn)大幅波動(dòng)。這說(shuō)明其排水系統(tǒng)工作正常，能夠?qū)⑺槐３衷诤侠矸秶鷥?nèi)，溫度和濕度等環(huán)境因素的變化也未對(duì)滲流情況產(chǎn)生明顯影響。

根據(jù)以上分析得出結(jié)論：本文設(shè)計(jì)的水利水電工程的防滲排水優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)施技術(shù)是合理的，能夠有效地控制滲流，能夠應(yīng)對(duì)外部環(huán)境因素的變化，能夠保持水位穩(wěn)定，為該水利水電工程的長(zhǎng)期安全運(yùn)行提供了有力保障。

4" "結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)水利水電工程防滲排水結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的研究，不難發(fā)現(xiàn)其在提升工程安全性、保障水資源利用效率和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展方面所取得的顯著效果。應(yīng)用該技術(shù)有效減少了該工程滲漏問(wèn)題的發(fā)生，提高了其整體穩(wěn)定性，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。然而也應(yīng)當(dāng)正視防滲排水優(yōu)化設(shè)計(jì)方法存在的不足，例如在某些復(fù)雜地質(zhì)條件下的適用性還有待進(jìn)一步提高，設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于環(huán)境因素的綜合考慮仍需加強(qiáng)。

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