水利水電工程中堤壩滲漏原因以及防滲加固技術(shù)研究

亢春波

（靈寶市黃河河務(wù)局，河南 三門峽 472500 ）

0 引言

在水利水電工程中，最關(guān)鍵的就是水利水電工程中堤壩的防滲漏問題。水利水電工程中一旦出現(xiàn)堤壩滲漏的現(xiàn)象，必然會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的安全問題。因此，針對水利水電工程中堤壩滲漏問題一直是相關(guān)部門的重點(diǎn)研究內(nèi)容。在以往針對水利水電工程中堤壩滲漏方面的研究中，主要采用虹吸放水管加固水利水電工程中堤壩，起到堤壩防滲漏的作用，但此種方法在應(yīng)用中仍然偶然會(huì)出現(xiàn)堤壩滲漏現(xiàn)象，證明傳統(tǒng)方法無法徹底解決水利水電工程中堤壩滲漏問題，在以往研究中仍有不足之處有待加強(qiáng)。為此，本文通過設(shè)計(jì)一種水利水電工程中堤壩防滲加固技術(shù)，致力于彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)中的不足，徹底解決水利水電工程中堤壩滲漏問題。

1 水利水電工程中堤壩滲漏原因

考慮到造成水利水電工程中堤壩滲漏的原因多種多樣，主要包括外部的自然環(huán)境、堤壩磚砌體的材料以及施工過程中造成的泄漏，針對以上原因的具體分析內(nèi)容如下。

1.1 外部的自然環(huán)境

基于外部自然環(huán)境差異大的特點(diǎn)，水利水電工程中堤壩會(huì)受到外部自然環(huán)境的影響，尤其是在汛期，降雨量極大，由于雨水的不斷沖擊，進(jìn)而造成水利水電工程中堤壩滲漏問題。在北方，常見的為冰凍現(xiàn)象，破壞水利水電工程中堤壩的外墻硬度；在南方，常見的為汛期暴雨現(xiàn)象，由于雨水大量、長時(shí)間的沖刷，也會(huì)在一定程度上破壞水利水電工程中堤壩的外墻硬度。尤其是酸雨，會(huì)大面積侵蝕水利水電工程中堤壩的外墻，導(dǎo)致水利水電工程中堤壩滲漏問題加劇。

1.2 堤壩磚砌體的材料

由于目前我國水利水電工程中堤壩施工主要采用輕質(zhì)的磚砌體材料作為堤壩建筑材料，雖然屬于環(huán)保型建材，但這種磚砌體的材料普遍具備易吸水的特質(zhì)，存在較大的孔隙率，導(dǎo)致很容易出現(xiàn)滲漏的問題。不僅如此，磚砌體的材料存在硬度低的問題，一旦產(chǎn)生裂縫，必然會(huì)伴隨出現(xiàn)水利水電工程中堤壩滲漏的問題。

1.3 施工過程中造成的泄漏

在水利水電工程中堤壩施工時(shí)，必然會(huì)留有孔洞，便于施工，但在施工結(jié)束后，如對孔洞的處理不當(dāng)，這些孔洞就會(huì)成為水利水電工程中堤壩滲漏的隱患。與此同時(shí)，一旦出現(xiàn)對裂縫的密封不當(dāng)，也同樣會(huì)導(dǎo)致水利水電工程中堤壩滲漏。在施工過程中安裝不規(guī)范，導(dǎo)致存在縫隙，是水利水電工程中堤壩滲漏的主要誘因。

2 水利水電工程中堤壩防滲加固技術(shù)

在明確水利水電工程中堤壩滲漏原因的基礎(chǔ)上，為防止水利水電工程中堤壩滲漏問題的發(fā)生。本文設(shè)計(jì)水利水電工程中堤壩防滲加固技術(shù)，通過在堤壩設(shè)置鋼圍堰導(dǎo)流管，起到對水利水電工程中堤壩防滲加固的作用。水利水電工程中堤壩防滲加固技術(shù)流程圖，如圖1 所示。

圖1 水利水電工程中堤壩防滲加固技術(shù)流程圖

結(jié)合圖1 所示，本文針對圖中5 步主要流程加以詳細(xì)研究，具體研究內(nèi)容，如下文所述。

2.1 安裝鋼圍堰導(dǎo)流管

為實(shí)現(xiàn)水利水電工程中堤壩防滲加固，本文在堤壩處安裝鋼圍堰導(dǎo)流管，通過鋼圍堰導(dǎo)流管的導(dǎo)流能力，對水利水電工程中堤壩起到防滲加固的作用。在應(yīng)用鋼圍堰導(dǎo)流管防滲加固堤壩過程中，必須確定鋼圍堰導(dǎo)流管在堤壩中安裝位置。考慮到鋼圍堰導(dǎo)流管對架體的側(cè)壓力大，為增加水利水電工程中堤壩架體的整體穩(wěn)定性，將鋼圍堰導(dǎo)流管與堤壩溢洪道位置兩側(cè)結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行剛性連接。為達(dá)到防滲加固效果，鋼圍堰導(dǎo)流管在安裝過程中采用雙層木膠合板，上下層面板用鐵釘固定，保證其安裝位置適用于堤壩防滲加固的具體情況。這樣一來，通過安裝鋼圍堰導(dǎo)流管提高堤壩防滲加固的抗側(cè)剛度，還可以結(jié)合剛度較大的外套筒擬制中心直接與支撐進(jìn)行連接。

2.2 計(jì)算堤壩防滲加固中鋼圍堰導(dǎo)流管導(dǎo)流能力

安裝鋼圍堰導(dǎo)流管后，還需要計(jì)算堤壩防滲加固中鋼圍堰導(dǎo)流管導(dǎo)流能力。鋼圍堰導(dǎo)流管導(dǎo)流能力作為堤壩防滲加固中最關(guān)鍵的核心指標(biāo)，能夠直接決定水利水電工程中堤壩防滲加固效果。本文考慮到鋼圍堰導(dǎo)流管在不同狀態(tài)下的導(dǎo)流能力，分別為：自由出流、過度出流以及淹沒出流。設(shè)堤壩防滲加固中鋼圍堰導(dǎo)流管導(dǎo)流能力的表達(dá)式為N ，可得公式（2）。

公式（2）中，m 指的是鋼圍堰導(dǎo)流管在堤壩防滲加固中自由出流的流量系數(shù)；p 指的是水利水電工程中上游水深；B 指的是堤壩的寬度；δ 指的是鋼圍堰導(dǎo)流管在堤壩防滲加固中過度出流的流量系數(shù)；φ 指的是鋼圍堰導(dǎo)流管在堤壩防滲加固中淹沒出渡的流量系數(shù)。通過公式（2），計(jì)算得出堤壩防滲加固中鋼圍堰導(dǎo)流管導(dǎo)流能力。以此為判據(jù)，為下文設(shè)定堤壩防滲加固中進(jìn)、出口高程提供理論依據(jù)。

2.3 設(shè)定堤壩防滲加固中進(jìn)、出口高程

根據(jù)計(jì)算得出的堤壩防滲加固中鋼圍堰導(dǎo)流管導(dǎo)流能力，合理設(shè)定堤壩防滲加固中進(jìn)、出口高程，其最核心的目的就是保證水利水電工程中堤壩防滲加固后能夠正常導(dǎo)流供水，尤其是在直角、轉(zhuǎn)彎處不出現(xiàn)擁塞，進(jìn)而加快加固后堤壩斷面平均流速，達(dá)到堤壩防滲加固的目的。在設(shè)定過程中，必須保證鋼圍堰導(dǎo)流管在堤壩防滲加固中的水口底部完全淹沒在死水位下，保證水利水電工程中堤壩的潛水進(jìn)口裝置處于密封狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)進(jìn)水的現(xiàn)象。與此同時(shí)，在設(shè)定堤壩防滲加固中進(jìn)、出口高程時(shí)還要與地庫能夠保持一定的安全距離，需要預(yù)留出1 米的安全距離。

2.4 復(fù)核堤壩防滲加固中高程真空度

在完成堤壩防滲加固中進(jìn)、出口高程后，還需要進(jìn)一步復(fù)核堤壩防滲加固中高程真空度，保證堤壩防滲加固中的安全性，不出現(xiàn)氣體液化的現(xiàn)象。結(jié)合以往研究表明，堤壩防滲加固中高程真空度與行進(jìn)流速有關(guān)，基于此可將堤壩防滲加固中水頭損失代入能量方程，判斷其高程真空度。設(shè)此過程的目標(biāo)函數(shù)為v，則有公式（3）。

公式（3）中，λ 指的是堤壩防滲加固中死水位自由面高程；l 指的是堤壩防滲加固中死水位至鋼圍堰導(dǎo)流管的高度差；d 指的是鋼圍堰導(dǎo)流管管頂軸線長度。通過公式（3），得出堤壩防滲加固中高程真空度，確保v 的取值在5-7.5 范圍內(nèi)，滿足堤壩防滲加固中高程真空度的復(fù)核條件。

2.5 實(shí)現(xiàn)水利水電工程中堤壩防滲加固

在堤壩防滲加固中高程真空度后，考慮到水利水電工程中堤壩結(jié)構(gòu)的梁板為普通截面，總體屬于高度超高但荷載不大的高支模施工。因鋼圍堰導(dǎo)流管結(jié)構(gòu)在安裝過程中對水利水電工程中堤壩架體的側(cè)壓力大，為增加堤壩防滲加固架體的整體穩(wěn)定性，將堤壩防滲加固架體與鋼圍堰導(dǎo)流管結(jié)構(gòu)兩側(cè)結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行剛性連接。針對堤壩防滲加固技術(shù)實(shí)施的特點(diǎn)與難點(diǎn)，最終確定選用鍍鋅管作為管材，并配備離心泵，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)堤壩防滲加固中鋼圍堰導(dǎo)流管導(dǎo)流量，增加堤壩防滲加固架體的整體穩(wěn)定性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水利水電工程中堤壩防滲加固。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為構(gòu)建實(shí)例分析，實(shí)驗(yàn)對象選取某水利水電工程，工程內(nèi)容為堤壩防滲加固。堤壩防滲加固施工項(xiàng)目及要求，如表1 所示。

表1 堤壩防滲加固施工項(xiàng)目及要求

結(jié)合表1 所示，在保證不受到外部環(huán)境干擾的條件下，首先使用本文設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)行水利水電工程中堤壩防滲加固，記為實(shí)驗(yàn)組；而后使用傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行水利水電工程中堤壩防滲加固，記為對照組。共設(shè)計(jì)在堤壩處10 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)的選取為以往水利水電工程中堤壩易滲漏點(diǎn)位，通過對比兩種技術(shù)下在一年內(nèi)有無出現(xiàn)滲漏情況，證明該技術(shù)的防滲漏性能，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如下表2 所示。

表2 兩種技術(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表

通過表2 可知，在使用兩種技術(shù)加固一年后，設(shè)計(jì)加固技術(shù)下10 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位均未出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象；而傳統(tǒng)加固技術(shù)在監(jiān)測點(diǎn)3、監(jiān)測點(diǎn)7 以及監(jiān)測點(diǎn)10 出現(xiàn)滲漏情況。且監(jiān)測點(diǎn)7 的滲漏情況較為嚴(yán)重。從表2 可以看出，此次設(shè)計(jì)的加固技術(shù)防滲漏性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)加固技術(shù)，具有良好的防滲漏效果，證明了此次設(shè)計(jì)的技術(shù)能夠滿足水利水電工程中堤壩防滲加固的實(shí)際要求，有必要在現(xiàn)實(shí)中廣泛投入使用。

4 結(jié)束語

通過上文研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)水利水電工程中堤壩防滲加固中存在的問題。由此可見，本文設(shè)計(jì)的技術(shù)是具有現(xiàn)實(shí)意義的，能夠指導(dǎo)水利水電工程中堤壩防滲加固優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大本文設(shè)計(jì)技術(shù)在水利水電工程中堤壩防滲加固中的應(yīng)用力度。在日后的研究中還需要進(jìn)一步對水利水電工程中堤壩防滲加固的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，為提高水利水電工程中堤壩的綜合性能提供參考。