防渗排水（精选4篇）
防渗排水 篇1
在水利工程和航运过程中, 水闸主要发挥着水流拦截和泄洪的作用, 工作人员通过对水闸闸门的控制来调整闸门的起落高度, 进而实现控制水流量的目的。在洪水高发期, 可以通过降下闸门的方法以起到洪水拦截的作用, 同时还可以通过闸门的上升实现水流的排放, 为农田灌溉带来了便利。可以说, 闸门的设计对水流调节起到了巨大的作用, 因此, 在水利工程建设过程中, 要尤其注意提高水闸的施工质量, 以更好的发挥其功效。目前在我国, 水闸在运行中主要出现的问题就是渗漏现象较为严重, 要想延长水闸的使用寿命, 就必须找出问题的根源并加以有效改进。
1 水闸使用过程中容易出现的问题
水闸的建设和应用范围十分广泛, 但由于其所处运行环境的特殊性, 经常会出现各种各样的运行问题。首先, 新建成的水闸可能会由于施工技术方面的影响, 导致施工质量出现问题, 进而使得水闸在使用不长时间之后就不能正常发挥其功效;其次, 水闸在运行过程中长期处于浸水的环境中, 部件极易发生老化锈蚀现象, 同时由于地区气温的变化, 水闸还会经历水流冰冻和融化的过程, 并长期受到水流的冲击, 天长日久难免会危及使用的安全性;再次, 水闸地基长期受到水流冲刷必然会产生沉降现象, 从而导致水闸根基不稳, 发生变形。水闸工程中混凝土开裂也是影响水闸质量的重要因素。
2 导致水闸发生渗漏的原因分析和改进措施分析
水闸在使用过程中最为经常出现的问题就是发生渗漏现象, 尽管我国在水利建设过程中的施工技术日益提高, 但还是时常会出现水闸渗漏的情况, 为了降低水闸渗漏的发生率, 采取有效的防治措施十分必要。
2.1 引发渗漏现象的主要影响因素
水闸发生渗漏现象的原因可以归结为如下几方面:其一, 混凝土施工质量不过关导致闸体位置发生变形和偏移。混凝土工程极易受到温度的影响发生开裂现象, 同时又会在长期的水流冲击下发生沉降, 使得其稳固性受到严重影响。其二, 水闸止水片容易出现问题。止水片在水闸使用过程中起到加强密封性能的作用, 以弥补闸体结合处存在的渗水缺陷, 因此其对于水闸的防渗起到重要的作用。在水闸运行时, 止水片表面会受到大量外界污染物的侵蚀和水流的冲击, 长此以往会降低其防渗性能, 因此, 要定期对止水片进行清理。另外止水片本身也可能存在透水情况, 或者在长期使用过程中发生松动或脱落现象, 导致其无法发挥其正常的密闭性能。
2.2 有效的防渗改进措施分析
2.2.1 对于止水片的有效处理
首先, 在止水片的选用时要尤其注意检查其质量, 除了其型号要符合水闸施工要求之外, 还要检查其表面是否存在漏眼或腐蚀缺陷, 并实现做好防水性能试验;止水片的安装施工要严格按照安装步骤进行, 不得越步或违规操作, 安装和固定止水片的方法要恰当选择, 避免在安装时对止水片造成损坏;在水闸使用过程中, 要定期进行止水片的检验, 及时清理器表面上的污渍和杂物, 发现破损松动情况要及时维修或更换;止水片与其他部位的连接处要进行密闭处理, 可以采用焊接的方法提高其密封性能;安装完成后要进行密闭性试验;除此之外, 在混凝土施工和其他施工环节, 要注意尽量避免杂物粘附到止水片表面, 如果出现此种情况要及时清理, 以免降低止水片的密封性。
2.2.2 提高混凝土施工的质量
重要的一点是选取合适的水泥与骨料。矿渣水泥保水效果不明显, 收缩性大, 泌水性强, 所以在防渗处, 混凝土最好不要采取矿渣水泥, 而是应当以普通型硅酸盐水泥进行配制。此外应当注意混凝土的坍落程度要尽量降低, 泵送混凝土由于坍落程度大, 一般不予以使用。
2.2.3 接缝处理
一般在预先留置的沥青孔一面设计长度为1m的凹形混凝土槽, 每节凹槽依次安装于混凝土的墙面之上。每一缝槽分别以水泥砂浆进行固定, 沥青分别由每节顶端灌入。需注意在预制槽安装时, 不能使沥青孔内掉入垃圾与杂物, 否则必然会留下渗漏隐患。
3 如何提高水闸的排水效能
水闸的主要功效就是控制水流的排放, 要想实现理想的排水效果, 就一定要关注消力池下部排水、翼墙排水与闸基排水等问题, 应当做好以下2个方面的工作。
3.1 排水孔位置和尺寸的设计要科学
为了减少护坦基部的渗透压, 需要于水平护坦后侧安排垂直型排水孔, 在孔下部铺设反滤层。一些水闸消力池下面的排水孔在水平护坦位置开始直到尾部均有设置, 这种做法值得推敲。由于水流从水闸中出来以后, 在平稳整流后经由陡坡流入消力池底板, 在相交处形成收缩水深的急流。这一位置动能高、流速快, 如果此处有排水孔, 排水孔细粒结构受到基部压力作用的影响, 有被从孔里面吸出的可能性, 长此以往, 底板位置可能会被掏空, 所以建议于消力池后部设计垂直型排水孔以达到降低池底板渗压的效果。
3.2 提高闸基的排水性能
因为存在上游与下游的水位差, 上游的水在河床位置入渗, 经过防渗铺盖、闸底板桩与反滤层, 从排水孔流至下游, 隔水铺盖、闸底板桩及地基接触面变为地下的轮廓线。布置地下轮廓线的总原则是低排高防, 即在高水位位置布置板桩与浅齿墙等, 增加底板上游位置的渗透面积, 减少作用于底板上的压力, 而在水位较低的一侧布设排渗管等设施, 让地基渗水及早排清。土基之上的水闸, 一般采取平铺型排水, 即以透水功能较好的砾石、粗砂与乱石等护坦、闸底板等位置, 上下游之间的涌流由此联通, 可以减少闸底的渗透压。排水体通常情况下不必专门进行设计, 只要把滤层里面粗粒径最大一层加大即可。而在一部分水闸工程的建设过程中, 底板后部的水平整流段及陡坡段, 未能设计专门的平铺型排水体, 甚至有些都没有设置反滤层, 这样的设计方式, 极大地增加了陡坡段与闸底板的渗透压, 会严重影响到水闸的稳定与安全。通常水闸在考虑排水功能时, 都要在闸室后侧平行整流段初始位置安排排水体, 闸基渗透压位于排水体初始处时应当为零。
4 结束语
水闸的施工和日常管理是否到位直接影响水闸排水效能的发挥和使用的寿命, 鉴于水闸在水利工程中的重要地位, 施工方和管理方必须协同努力, 在施工中确保水闸的施工质量, 并重视水闸在使用过程中的日常养护, 最大限度发挥其排水功效, 以更好的造福于人类。
参考文献
[1]黄木顺.浅谈水闸的防渗及排水设计[J].中国水运 (下半月) , 2012.
[2]蒋利俊浅谈水闸的防渗及排水处理[J].农业与技术, 2013.
[3]于长金, 石平.水闸的防渗及排水设施[J].黑龙江水利科技, 2007.
大坝防渗排水设计结构的作用分析 篇2
关键词：大坝,防渗,排水结构防渗帷幕
为了能够提高水库的防渗能力, 确保水库的蓄水量, 将大坝的排水防渗排水以及坝型设计成以下模式:拦河坝德坝型为粘土心墙堆石坝, 坝顶高度为2 095m, 坝高77.33, 心墙防渗体顶宽3m, 上下坡的比例为1:0.25。为了防止接触冲刷, 将基岩和土质防渗体分开, 底板采用的是厚度为1m的混凝土盖板, 这样同时也能够做灌浆盖板。将心墙防渗体轴线相对于坝轴线向上游偏移3m, 来确保心墙防渗体和防浪墙好好的结合, 使防浪墙的高度减小。
上面的大坝防渗排水系统设计是否合理、是否能够起作用, 这是需要分析来证明的。本文就是针对大坝的防渗系统 (指粘土心墙设计与大坝帷幕灌浆处理) 的布置效果来阐述分析。
1 防渗和排水设计
1.1 防渗帷幕布置
考虑到坝基岩体的渗透特性, 防渗依托主要用以下隔水岩石:滑石化灰岩 (有较弱的渗透性、靠近建基面) 、泥灰岩 (白云质) 和D3h岩组砂岩、石英砂岩夹页岩, 这样可以有效的控制透水岩体的渗漏能力, 这类岩石以栖霞灰岩为主, 并对防渗面积还有防渗线路进行缩减, 确保防渗体是安全经济、可靠合理、简便施工的基础上建造的。坝基防渗帷幕轴线在坝轴线下游5.5m处, 与隔水层相交, 呈“U”型结构。
1.2 幕体结构
帷幕深度按照防渗范围来讲:在河床段应该是70~85m, 左岸45~175m, 右岸30~170 m。一般情况下基础灌浆廊道要设在河床坝体中, 在两岸, 三层灌浆洞设在近河段, 两层设在远河段。一般在用混凝土衬砌后灌浆洞的尺寸为3m×5m。防渗灌浆主帷幕被灌浆洞分段, 这样单层的帷幕灌浆深度就会降到50m左右, 上下帷幕分层搭接呈现出迭瓦式。衔接帷幕将上层帷幕底部与下层帷幕顶部连接起来, 上层帷幕孔一直深入到下层灌浆洞底板以下5m处。除了河床和近河地段其余地段都是2排, 只有这两处是三排。在3排区除了上有是斜孔之外其他的都是垂直孔。在排距方面的设计, 上游排和中间排之间0.5m, 中间排和下游排是1.5m, 孔距都是2.5m。在灌浆洞底板以上20~90cm处衔接帷幕要向下打深深入基岩7m的扇形孔。灌浆压力除了在河床及近河地段为4.5MPa外其余地段为3OPa。
1.3 主、副排水孔
在基础灌浆廊道主帷幕下游是平行帷幕布置的主排水孔, 其孔深度是主帷幕深度的1/3到1/2之间, 一般的情况下是30.0~44.0m, 18°、30°的顶角, 倾向下游, 孔距为3m, 孔径是110mm。在大坝基础纵横排水廊道的里面是孔深为12~15m的副排水孔, 除了第一副排水时斜孔之外, 剩下的都是垂直孔, 其中斜孔倾向上游, 15°的顶角。孔距分别为3m和4m, 孔径91是mm。
2 计算模型
2.1 计算方法
1) 渗流数学模型和数值模拟方法[2], 渗流场分析旨在求解满足定解条件的存在性、解的唯一性以及稳定性3个条件的数值结果;
2) 渗流量的计算[4]。渗流量计算是指通过某一指定过水断面的流量。假定过水断面是由一系列平面单元组成, 则通过该过水断面的流量。
2.2 有限元模型的坐标系
有限元模型坐标系 (X, Y) , 大坝轴轴线方向用X轴表示, 正方向向右, 负方向向左, 在X=0处表示坝顶中线。顺河向的水平方向用Y轴表示, 正方向为下游, 负方向为上游, Y=0处表示大坝轴线。
2.3 计算范围及计算边界
如何对计算范围及计算边界进行设置
1) 沿着高程的方向, 把从坝基开挖面两倍坝高 (H=66.33m) 到坝基相对隔水层作为计算范围, 即在高程方面沿着高程方向去1 845.0m。
2) 顺河方向, 计算范围是河长600m, 即从大坝的上游300m处到下游的300m处。对大坝的渗流进行测试的时候, 由于受到地形地质和水文条件的影响, 将计算边界定义为: (1) 在大坝上游面, 在水库水位一定的情况下, 渗流情况稳定, 那么这种情况下就符合迪利赫特条件, 即在X方向边界上已知水头, 不知道法向流速; (2) 坝基上下游和模型底部边界都为相对隔水层, 所以它满足纽曼边界条件, 即渗流边界上的法向流速已知, 水头未知; (3) 将大坝下游的表面边界认为是溢出面边界, 可是因为溢出点位置会随着蓄水位的变化不断变化, 所以定为未知边界, 这样可以把节点水头用计算迭代求出。
2.4 材料参数
通过仔细的分析研究, 并充分考虑地质条件、筑坝材料及设计目的, 运用物理学指标结合已建工程, 以及采用工程类比的方法进行综合分析材料参数, 加以确定, 所以计算出来的参数不但合理而且恰到好处的说明工程的实际情况。
3 结论
1) 通过渗流分析了解到该水库主要是坝基渗漏, 心墙渗漏较小。正常的蓄水位单宽渗漏量分别为3.15m3, 由此我们可以知道, 相对于水库上游平均地表的径流大坝总渗漏量所占比例不到0.02%, 所以大坝防渗设计是可以满足防渗要求的。
2) 此大坝的心墙底板局部地区渗透坡降很大。水位正常的时候大坝心墙底板渗透坡下降到19.20。可是这些仅仅位于和防渗帷幕的接触面地方, 离该部位较远的渗透坡会降迅速减小。所以底部心墙下游坡和下游侧是危险区域, 应该设有反滤保护层, 心墙底部必须设置混凝土盖板是避免局部渗透破坏。
3) 基础渗透性可以通过灌浆帷幕来降低, 可以控制渗流量的减小、提高抗渗变形能力, 因此大大提高了大坝的安全度, 在整个工程中起到相当大的作用。
参考文献
[1]杜延龄, 许国安, 韩连兵.复杂岩基三维渗流分析方法及其工程应用研究[J].水利水电技术, 2006 (1) :2-9.
[2]王镭, 刘中, 张有天.有排水孑L幕的渗流场分析[J].水利学报, 2007 (4) :15-20.
[3]周创兵, 熊文林.双场耦合条件下裂隙岩体的渗透张量[J].岩石力学与工程学报.
防渗排水 篇3
1.1 工程概况
瀑布沟水电站位于大渡河中游，水库正常蓄水位850.0m，总库容53亿m3，电站装机容量3 600 MW。枢纽建筑物包括砾石土心墙堆石坝、岸边溢洪道、泄洪洞、地下厂房系统等。
水电站地下厂房采用“首部式”布置，洞室群位于挡水坝下游、库水位以下约190 m的左岸山体内，采用三大洞室平行布置方式，以主厂房、主变室和尾水闸门室为骨架，形成“上下分层、前后分列、纵横交错”的地下洞室群，主厂房纵轴线方位N42°E。附属洞室还包括母线洞、进厂交通洞、排风竖井及平洞、厂房排水廊道等，见图1。
发电系统三大洞室尺寸：主副厂房长294.10 m、宽30.70 m、高度70.175 m;主变室位于主厂房下游，长249.10 m、宽18.3 m、高25.975 m;尾闸室位于主变室下游，长206.50 m、宽17.40 m、高56.35 m。厂房与主变室之间岩柱厚41.95 m，主变室与尾闸室之间岩柱厚32.7 m。
1.2 厂区工程地质及水文地质条件
1.2.1 工程地质条件
地下厂房洞室群位于挡水坝下游左凸岸花岗岩山体中，距河边约400 m，上覆岩体厚度220～360 m。岩性为单一中粗粒花岗岩体，其中有少量辉绿岩脉分布，岩性坚硬，强度高，无大的地质构造，完整性较好。厂区内无大的断层，仅有小断层、挤压破碎带和辉绿岩脉破碎带。岩体多较完整，以次块状—块状结构为主，围岩属Ⅱ、Ⅲ类为主。
1.2.2 水文地质条件
地下厂房洞室距水库岸坡最小距离120 m。由于左岸为河流凸岸，地形坡度较陡，地下水排泄条件较好，因此地下水埋藏较深。地下水赋存于左岸岩体中，多富集于断层破碎带、影响带及裂隙密集带，接受大气降水下渗和地下水侧向补给，向大渡河排泄。洞室开挖后一般均较干燥，厂区地下水不丰，仅局部有渗水、滴水现象。左岸厂区岩体主要是澄江期花岗岩侵入体，渗透系数为3.5×10-5cm/s。虽然厂区岩体大部分完整，渗透性较弱，但裂隙发育的岩体和断层带渗透性较强。水库正常蓄水位850.0 m，下游一台机运行水位667.6 m。
2 地下厂房洞室群防渗排水设计
2.1 设计目的及原则
地下厂房采用“首部式”布置，位置紧靠水库，渗径较短，并存在裂隙发育的岩体和渗透性较强的断层带，为减少渗透量，降低洞室围岩的外水压力，避免或减少渗漏水对洞室围岩稳定性及厂内电气设备正常运行的不利影响，合理疏排围岩地下水，应对厂区地下洞室群进行防渗排水系统设计。针对瀑布沟水电站地下厂房洞室群的布置特点，防渗排水设计与挡水坝岸坡段防渗帷幕相结合，并采用“先防后排，以排为主;防排结合，立体设计”原则。
厂区防渗排水系统平面布置见图1，典型剖面见图2。
2.2 洞室群上游侧防渗帷幕设计
地下厂房洞室群防渗帷幕作为阻水防线布置在厂房洞室群的上游侧，距厂房中心线63.67 m。防渗帷幕在平面上与厂房纵轴线平行，并向左侧(山体内侧)延伸超过厂房端头17.17 m，右侧(河岸侧)与挡水坝防渗帷幕连接，构成左岸防渗线。防渗帷幕渗透系数按3.0×10-5cm/s控制。
考虑灌浆钻孔施工能力和防渗效果，防渗帷幕分3层：第1、2层防渗帷幕顶高程约为856.0 m(坝顶高程)、796.0m，帷幕方向与铅直方向夹角5°;第3层防渗帷幕为铅直方向，顶高程约731.0 m，帷幕底深入压力钢管底部。各层帷幕顶、底搭接约4 m长。
2.3 洞室群外围排水系统设计
排水系统设计包括排水廊道和排水帷幕设计。根据工程枢纽布置，结合工程类比，排水廊道和排水帷幕共设4层，分别位于主厂房上游侧不同高程、距离处，见图2。
(1)第1层排水廊道与防渗帷幕灌浆廊道共用，距主厂房中心线63.67 m，廊道断面尺寸3.0 m×4.0 m(宽×高)，底高程为733.54～731.67 m，底板纵坡0.5%。在廊道顶拱下游侧钻设向上的Φ76 mm排水孔，倾向下游，与铅直方向夹角15°，孔距4.0 m，孔顶高程775.0 m，深40 m。廊道渗水与坝肩岩体渗水统一汇入坝体渗漏集水井，抽出洞外。
(2)第2层排水廊道距主厂房中心线51.39 m，布设于洞室群上游侧、左侧(山体内侧)，断面尺寸2.0 m×2.5 m(宽×高)，底高程695.7～693.33 m，位于主厂房顶拱拱座高程附近。在廊道顶拱下游侧钻设向上的Φ76 mm排水孔，倾向下游，与铅直方向夹角15°，孔距4.0 m，孔顶高程732.3 m，深35 m。洞室底板纵坡0.4%，渗水排入尾水闸门室。
此外，该层排水廊道底板上游段距左侧(靠山内侧)端墙约60 m处设14 m长平坡洞段，其下游墙角布设4孔斜向Φ76 mm连通排水孔与下层2#排水廊道相通，孔距4.0 m。
(3)第3层排水廊道距主厂房中心线35.0 m，布设于洞室群上游侧、左侧(山体内侧)，左侧包裹至安装间下游侧24.1 m，右侧包裹至主厂房上游墙位置，断面尺寸2.0 m×2.5 m(宽×高)，底高程为677.9～676.8 m，位于发电机层高程附近，洞室底板纵坡0.4%。在廊道顶拱下游侧钻设向上的Φ76 mm排水孔，倾向下游，与铅直向夹角15°，孔距4.0 m，孔顶高程714.3 m，深35 m。
在与上层排水廊道上游侧平坡洞段相应段，设14 m长平坡洞段，在廊道中央布设8孔铅直向Φ76 mm连通排水孔与下层排水廊道相通，孔距4.0 m;在该层排水廊道右侧端部附近，设4孔铅直向Φ76 mm连通排水孔与下层排水廊道相通，孔距3.75 m。本层排水廊道渗水全部由连通排水孔排入下层排水廊道。
(4)第4层排水廊道距主厂房中心线35.0 m，左侧从安装间端墙向山内水平延伸15 m，右侧从副厂房端墙向山外侧水平延伸15 m，断面尺寸2.0 m×2.5 m(宽×高)，底高程为649.0～647.9 m，位于操作廊道层高程附近，洞室底板纵坡0.4%。在廊道底板下游侧墙角处钻设铅直向下的Φ76mm排水孔，孔距4.0 m，深20 m。主厂房内操作廊道层汇集的渗水、设备冷却水等通过连接廊道排入第4层排水廊道。第4层排水廊道汇集了主机间设备部分冷却水、围岩中的大部分渗水，并通过连接廊道汇入主机间端部的渗漏集水井，再由水泵设备抽排入尾水。
2.4 三大洞室排水设计
根据工程类比，对三大洞室：主副厂房洞室、主变室、尾水闸门室，拟定排水措施如下。
主厂房顶拱、边墙布置Φ48 mm@4 m×4 m、L=7 m排水孔，主变室顶拱、边墙布置Φ48mm@4 m×4 m、L=6 m排水孔，尾水闸门室顶拱和高程681.50 m以上边墙设Φ48mm@4 m×4 m、L=7 m排水孔，高程681.50 m(尾水平台高程附近)以下边墙设Φ48 mm@4 m×4 m、L=5 m排水孔。
排水孔内水汇入排水沟，主副厂房及主变室的渗漏水排入厂内渗漏集水井，由水泵设备抽排至尾闸室，尾闸室渗漏水则直接排入尾闸室内，经无压尾水洞排入河道。
为降低厂内的湿度，在厂房、主变室四壁设置防潮隔墙，并与顶棚形成封闭的防潮体系。
3 洞室群三维渗流有限元计算
按照拟定的防渗排水系统设计，分析并复核岩体初始三维渗流场分布和施工期及运行期的渗流场分布规律;根据施工和运行期渗流场产生的渗流荷载，分别对施工开挖和运行期的围岩稳定进行分析。
3.1 计算资料
(1)由于地下洞室群上部地形坡度较陡，地下水排泄条件较好，因此地下水埋藏较深。施工期只考虑洞室开挖的影响，不考虑排水廊道和防渗帷幕的影响，地下洞室群处原始地下水位为825～819 m。
(2)正常运行期分析考虑了洞室开挖影响和排水廊道、防渗帷幕的作用，除山体的地下水外，还包括水库蓄水影响：上游按正常蓄水位850 m计算，下游按1台机运行水位667.6 m考虑。
(3)三维渗流场计算时考虑了主厂房上游1条主要断层f23，断层走向和倾角为N70°E/NW∠85°，断层厚度1.5m。根据岩体分类，各类岩体均按均质岩体渗流计算。
3.2 计算模型
三维渗流有限元计算模型的坐标：x轴为N132°E，与厂房纵轴线垂直，指向下游为正;y轴为N42°E，与厂房纵轴线重合，指向左端墙为正;z轴与大地坐标重合;坐标原点位于厂房纵轴线与6#机组中心线的交点。沿x、y、z轴3个方向的计算范围分别为1 229.0、84.9、678.1 m：沿x轴方向计算范围从厂房上游-402.0 m到下游827.0 m,沿y轴方向计算范围从-9.4 m到75.4 m,沿z轴方向计算范围从高程307.6 m到985.7 m。
3.3 计算工况
分析计算包括以下9种计算工况。
(1)计算工况1：计算地下洞室开挖前的初始渗流场;
(2)计算工况2～8：计算施工期第1到第7期开挖情况下渗流场变化;
(3)计算工况9：计算运行期水库蓄水后的渗流变化情况。
3.4 计算成果分析
根据以上计算依据进行三维渗流有限元计算，计算成果显示如下。
(1)在地下洞室开挖前，岩体渗流场的渗流等势线分布较均匀，等势线从上游到下游逐渐减小，岩体渗流的等水头分布均匀，从上到下逐渐加大，初始渗流场主要受地下水影响。在主厂房上游受断层f23影响，该区域渗流加大。
(2)在各期开挖中，地下洞室起到了一定的排水作用，随着地下洞室开挖的加大，排水效果增加，到第7期即洞室开挖完毕，主厂房和尾闸室处的渗流等势线的值分别由819 m和815 m降为720 m和694 m。各期开挖进程中，渗流等势线相应降低。
(3)洞室开挖完毕，水库蓄水后，由于上游水位提高，靠近帷幕上游的渗流等势线的值提高较大。由于防渗帷幕和排水帷幕发挥功用，厂房前端的排水廊道及排水孔幕的消减水头的作用明显，在防渗帷幕和排水幕的联合作用下，厂区上游来水得到了有效控制，自由面下降明显，主厂房和尾闸室处的渗流等势线的值分别降为660 m和677 m，与原始地下水状况和施工开挖期末渗流场状况对比明显，说明防渗排水系统作用较好。
(4)比较施工期和运行期等水头线分布，施工期等水头线在洞周有10～20 m作用水头，运行期洞周作用水头基本为0，但在上游防渗帷幕处作用水头较大，从80 m到150 m，对洞室围岩稳定有一定影响，渗流场受防渗帷幕和排水廊道布置影响较大，要注意运行期渗控措施的工作状态，尤其是排水帷幕，要确保各排水孔的排水畅通性。
3.5 厂区渗水量
地下厂房洞室开挖后，岩面基本干燥、仅局部出现少量渗水的实际情况，说明地下水不丰富。根据三维渗流有限元法计算成果，考虑防渗和排水帷幕的作用，水库蓄水后，库水对地下厂房洞室群的渗流量影响较小。综合分析取地下厂房区域岩体的设计总渗流量为350 m3/h，并据此作为渗漏集水井抽排水泵选型的依据之一。
在选取厂房渗漏排水设备时，综合考虑地下厂房洞室的岩体渗流量和厂内机组管路的漏水量，以及设备的运行可靠性，在布置条件许可的情况下，选用适当的水泵机型，并留有必要的排水安全储备，以保证地下厂房的运行安全。
3.6 岩体渗流场对地下厂房洞室围岩稳定影响的分析
根据施工期和运行期渗流场的渗流荷载，对初始状态、施工期和运行期的围岩稳定性进行分析，并进行对比。
(1)不考虑渗流作用和考虑渗流影响的洞周围岩破坏区分布特征基本相同。考虑渗流后，岩体的应力扰动和破坏区有所增加，但增加量很小。
(2)考虑施工期渗流作用后，围岩破坏区、洞周应力、锚杆应力、喷层应力、断层滑动系数、单元点安全系数都有所变化，但变化量值较小，洞周的位移变形稍大。主厂房顶拱最大位移为0.60 cm，上下游边墙最大位移分别为5.66 cm和5.30 cm;主变室顶拱最大位移为0.17 cm，上下游边墙最大位移分别为1.78 cm和2.68 cm;尾闸室顶拱最大位移为0.10 cm，上下游边墙最大位移分别为4.03 cm和3.24 cm;主厂房最大应力为-27.7 MPa,主变室最大应力为-35.2 MPa，尾闸室最大应力为-26.2 MPa，说明渗流对洞室围岩稳定有一定影响，但总体影响不大。
(3)运行期考虑了防渗和排水等措施，渗流对洞室围岩稳定影响相对较小。主厂房顶拱最大位移为0.65 cm，上下游边墙最大位移分别为5.55 cm和5.19 cm;主变室顶拱最大位移为0.21 cm，上下游边墙最大位移分别为1.78 cm和2.58 cm;尾闸室顶拱最大位移为0.05 cm，上下游边墙最大位移分别为3.95 cm和3.15 cm;主厂房最大应力为-27.6 MPa,主变室最大应力为-33.6 MPa，尾闸室最大应力为-26.1 MPa。运行期地下水虽然比施工期有较大增加，但由于采取了排水帷幕和防渗帷幕等措施，运行期渗流对洞室的稳定破坏影响很小。但防渗帷幕和排水廊道失效对洞室围岩稳定将有较大影响，做好各项防渗和排水措施对确保运行期洞室的围岩稳定是非常必要的。
综上看来，渗流对洞室围岩稳定有一定影响，但总体影响不大。在保证防渗帷幕的施工质量和排水帷幕正常运用下，运行期地下厂房洞室围岩稳定是安全的。
4 运行期监测分析
4.1 渗流资料分析
瀑布沟水库于2009年11月下闸蓄水，2010年10月蓄水达到正常蓄水位850 m,2011年8月水库水位消落至833 m左右。
根据瀑布沟地下厂房在蓄水前至今的渗水流量观测分析成果来看，第2层排水廊道渗水量与蓄水前相比基本呈现增加现象，其渗水主要由主变室对应部位顶部排水孔、副厂房及6#机组对应部位上游侧裂隙渗漏水、顶部排水孔渗漏水汇集而成，但渗水量小于0.5 L/s;第4层排水廊道蓄水前期稳定在4 L/s，随着1#～6#机组的发电运行及二期蓄水水位的逐渐下降，渗水量有小幅减小;2011年7月，根据目测判断，3#排水廊道渗流量约在20 L/s。
4.2 洞室群稳定性监测资料分析
根据对监测数据的整理与理论设计值比较分析，引水发电系统各部位物理量变化正常，符合一般规律。由于洞室群防渗排水措施发挥作用，库区水位升降变化对地下厂房洞室群位移、应力等监测指标影响不大。
5 结语
根据瀑布沟地下厂房洞室群防渗排水设计，结合蓄水以来渗流资料分析，有如下特点：
(1)由于洞室群防渗排水系统发挥功用，围岩渗流量在蓄水前后呈现一定幅度变化，并随着水位涨落有相应增加或减小，变化幅度满足设计控制范围。
(2)第4层排水廊道汇集了较多岩体渗漏水，这是因为第2层排水廊道部分渗水、第3层排水廊道全部渗水通过上下层连通排水孔汇入3#排水廊道，同时操作廊道层部分生产用水、主副厂房洞部分渗水也通过连接廊道汇入3#排水廊道，表明排水系统起到了较好作用。
(3)第4层排水廊道渗流量换算约为72 m3/h，渗漏井水泵设备满足使用要求，并有安全裕度。
就瀑布沟水电站地下厂房洞室群防渗排水措施的运行管理，还应注意以下事项：
(1)为保证排水系统经常处于良好的工作状态，发挥其正常作用，需对排水设施进行日常检查和维护，对排水管网设施的操作要严格按照有关操作规程进行。
(2)作好水情、雨情观测工作，及时预报;按要求作好洞室群渗流测量工作，并及时分析水情、雨情、渗流量相关分析工作。
(3)作好地下厂房洞室群监测工作，及时分析围岩稳定性状况。
防渗排水 篇4
1 土工膜
土工膜为高分子聚合物或由沥青制成的一种相对不透水薄膜。聚合物薄膜所用的聚合物有合成橡胶和塑料两类。合成橡胶薄膜可用尼龙丝布加筋, 其抗老化及各种力学性能都较好, 但价格比塑料薄膜贵。水利工程上采用的塑料薄膜主要是聚氯乙稀和聚乙烯制品, 此外, 还有各种复合型土工膜, 如将土工薄膜与土工织物复合成一体, 土工织物能起缓冲受力作用, 可弥补土工膜强度的不足, 又能改善接触面的抗磨性能。土工膜的渗流系数一般都在1×10-8cm/s以下。土工膜早期应用于渠道防渗, 20世纪60年代以后应用于土石坝, 在前苏联及法国等欧洲国家应用较多。据报道, 前苏联曾在150多座土石坝中使用土工膜防渗, 效果良好。1984年西班牙建成的波扎弟洛斯拉莫斯堆石坝, 坝高97m, 使用土工膜防渗运行良好, 现已加高到期134m。
应用土工膜作土石坝防渗体时, 可以铺设在上游面, 并在其上部和下部分别设置上垫层和下垫层, 再在表面加防护层。防护层可采用砂砾料、干砌或浆砌块石、混凝土块等;上垫层可采用砂砾料、沥青混凝土、土工织物或土工网等;下垫层可采用压实细粒土、土工织物、土工网、土工格栅等。当土工膜具有足够强度和抗老化能力时, 也可不设防护层、上垫层;复合土工膜可不设下垫层。采用土工膜的坝坡坡度受垫层和土工膜间的摩擦系数所控制, 一般比较平缓, 用料较多, 但铺设和检修较方便。也可将土工膜直立铺设于坝体中部, 此时坝坡坡度可不受其影响, 薄膜也不易损坏, 但以后的维修更新不便。土工膜多用于斜墙坝。在土工膜防渗体设计施工中, 要注意许多细部构造问题, 以保证其防渗效果, 如尽量采用复合型土工膜, 膜厚不宜小于0.5mm, 对于重要工程应适当加厚;对于次要工程, 可以适当减薄, 但最小不得薄于0.3mm;做好底部、周边与不透水地基或岸坡的结合, 一般采用锚固槽的连接方式;铺设时应保持松弛状态, 以避免高应力造成的破坏;注意薄膜的粘结或焊接工艺, 以保证连接质量。土石坝上游防渗土工膜铺设通常有平直坡形、折坡形、锯齿形、台阶形4种方式。施工工序主要有准备工作、铺设、拼接、质量检验和回填。土工膜防渗系统应进行稳定性验算及膜后排渗能力校核。
土工膜的老化和使用寿命问题为工程界所关注。通过大量室内和现场试验研究表明, 薄膜埋设于土石坝内中, 与温度、紫外线、大气等老化因素基本隔绝, 加上抗老化剂的应用, 可以认为, 老化并不严重。前苏联在有关规程中规定:聚乙烯薄膜可用于使用年限不超过50年的建筑。从试验室加速老化试验的结果推算, 埋在坝内的聚乙烯薄膜可使用100年。欧美国家也有类似的经验。
2 土工织物
土工织物为用聚酯 (PES) 、聚酰胺 (PA) 、聚丙烯 (PP) 、聚乙烯 (PE) 和聚乙烯醇 (PVA) 等高分子聚合物纤维制造的透水性织物, 但其中不得掺有棉、毛、丝、麻等天然纤维, 因其强度较低, 耐久性能较差。按加工工艺的不同, 可区分为织造土工织物和非织造 (无纺) 土工织物两类。用途较广的是非织造土工织物, 它的纤维呈不规则或随意排列, 用化学粘合、热力粘合、机械粘合等方法制成。其最大优点是强度没有明显的方向性, 不像纺织物沿经线、纬线的强度高, 与经线、纬线斜交方向的强度低。土工织物已较普遍地应用于排水反滤系统与护坡垫层。土工织物的渗流系数一般为10-3~10-4cm/s, 与面板堆石坝对垫层料的要求相近。但应用土工织物作反滤层, 要防止其被细粒土淤堵失效, 宜尽可能用在易修补部位, 如护坡下面的垫层、坝下游排水沟下面的反滤层、下游贴坡排水的反滤层等处。应用土工织物加筋垫层, 可增加坝坡的稳定性。在施工中应特别注意:当有往复水流时, 织物后面的土料不易形成天然滤层, 需要铺薄砂层予以改善.此外, 土工织物是聚合材料, 紫外线直接照射会引起降解等破坏作用, 故应尽早覆盖保护.传统用粒状材料建竖向或斜向反滤或排水体质量很难保证, 采用土工织物不仅能保证质量而且施工方便.
3 其它土工合成材料
由两种或两种以上土工合成材料复合而成的土工复合材料, 包括复合土工膜、复合土工织物、复合防排水材料 (排水带、排水管) 等, 可用于防渗、反滤、排水、加筋及防护等方面。土工特种材料为根据特殊需要加工而成的制品, 包括土工格栅、土工带、土工格室、土工网、土工模袋、土工网垫、土工织物膨润土垫 (GCL) 、聚苯乙烯 (EPS) 等, 主要用于防护、加筋等方面。
土工合成材料是一种很有发展前景的新型坝工材料, 随着其产品品种的不断增加, 具有防渗、排水、过滤、隔离、防护等多种功能, 越来越得到广泛的应用, 值得在土石坝工程中大面积推广使用。
参考文献
[1]中华人民共和国水利部.SLT225-1998水利水电工程土工合成材料应用技术规范.