水利水电工程中的防渗技术及其应用

摘要：水利水电工程中防渗技术的应用对于保障工程安全和提高水资源利用效率至关重要。当前，防渗技术面临环境适应性、耐久性、施工质量控制和经济性等挑战。针对这些问题，通过采用高性能材料、优化施工工艺、提高施工质量控制以及注重环境友好性，可以有效提升防渗效果。实践证明，这些优化策略能够显著增强工程的防渗能力，为工程安全运行和水资源保护提供了科学依据。未来，随着新材料技术的发展和环保要求的提高，环境友好型防渗技术将成为研究和应用的重点，以实现水利水电工程的可持续发展。

关键词：水利水电工程、防渗技术、应用效果、优化策略、水资源保护

引言

水利水电工程作为国家基础设施的重要组成部分，其安全稳定运行对能源供应和水资源管理至关重要。防渗技术在此过程中扮演着核心角色，直接影响到工程的耐久性和水资源的合理分配。随着工程规模的扩大和环境条件的复杂化，传统的防渗技术面临着诸多挑战，包括环境适应性、耐久性、施工质量控制和经济性等问题。探索和实施防渗技术的优化策略，对于提升工程性能、延长使用寿命、保障水资源安全具有重要意义。分析当前防渗技术的应用现状，探讨存在的主要问题，并提出相应的解决策略，以期为水利水电工程的可持续发展提供参考。

一、防渗技术在水利水电工程中的现状分析

防渗技术在水利水电工程中的应用是确保工程安全、延长使用寿命、提高水资源利用效率的关键。随着工程技术的不断进步，防渗技术已经从单一的土工膜防渗发展到了多种材料和技术的综合应用。当前，常用的防渗材料包括土工膜、混凝土、沥青等，它们通过不同的施工工艺实现对水体的隔离，防止渗漏。在土石坝、混凝土坝等不同类型的水利水电工程中，防渗技术的应用各有侧重。土工膜作为一种高分子合成材料，因其轻便、抗拉强度高、耐化学腐蚀性好等特点，在土石坝防渗中得到了广泛应用。土工膜的铺设通常结合土工布等辅助材料，形成复合防渗层，以增强防渗效果。然而，土工膜在施工过程中易受损伤，接缝处的密封性处理是防渗成功的关键。

混凝土防渗墙技术则在混凝土坝中发挥着重要作用，通过在坝体内部或周边建造连续的混凝土墙体，有效阻隔渗流路径，提高坝体的整体防渗性能。沥青混凝土作为一种传统的防渗材料，因其良好的粘附性和耐水性，在某些特定环境下仍然被采用。尽管现有的防渗技术在水利水电工程中发挥着重要作用，但也面临着一些挑战。例如，土工膜在紫外线照射和温度变化下易老化，影响其耐久性；混凝土防渗墙在施工过程中易出现裂缝，导致防渗性能下降；沥青混凝土在低温条件下易脆裂，影响其密封性。

这些问题的存在，要求工程技术人员在设计和施工过程中采取更加严格的质量控制措施，以确保防渗层的完整性和可靠性。为了提高防渗效果，工程界也在不断探索新的技术和材料。例如，高密度聚乙烯（HDPE）土工膜因其优异的耐老化性能和抗穿刺能力，逐渐成为土工膜防渗的优选材料。同时，对于混凝土防渗墙的裂缝问题，通过采用先进的施工工艺和材料，如高压喷射灌浆技术，可以有效减少裂缝的产生。对于沥青混凝土的脆裂问题，通过添加改性剂提高其低温韧性，也是当前研究的一个方向，见下图1。

二、水利水电工程防渗技术面临的挑战与问题

水利水电工程的防渗技术是确保工程安全和水资源合理利用的重要环节。然而，随着工程规模的扩大和环境条件的复杂化，防渗技术面临着一系列挑战和问题。其中，环境适应性是防渗材料选择和应用中的关键因素。不同的地理环境和气候条件对防渗材料的性能提出了不同的要求。例如，在高温多雨地区，土工膜材料需要具备良好的耐紫外线和耐水解性能，以防止材料老化和性能下降。在寒冷地区，防渗材料则需要具备良好的耐寒性和抗冻融性能，以避免因温度变化引起的材料脆裂和渗漏。

除了环境适应性问题，防渗结构的耐久性也是防渗技术中的一个重要问题。长期的水压作用、化学腐蚀以及微生物侵蚀等因素都可能影响防渗结构的稳定性和耐久性。特别是在水库和大坝工程中，防渗层的完整性直接关系到工程的安全性。如何提高防渗结构的耐久性，延长其使用寿命，是当前水利水电工程中亟待解决的问题。施工质量控制也是防渗技术中的一个挑战。防渗层的施工质量直接影响到防渗效果，而施工过程中的不当操作可能导致防渗层出现缺陷，如土工膜的破损、接缝处的不密封等。这些缺陷在施工过程中往往难以发现，但会在工程运行过程中逐渐显现，导致渗漏问题。提高施工质量，确保防渗层的完整性和连续性，是确保水利水电工程防渗安全的关键。

防渗技术的经济性也是一个不容忽视的问题。高性能的防渗材料往往成本较高，而工程的预算有限，这就要求在保证防渗效果的同时，尽可能地降低成本。这不仅涉及到材料的选择，还包括施工工艺的优化和成本控制。如何在保证工程质量的前提下，实现经济效益的最大化，是防渗技术研究和应用中需要考虑的问题。随着环保意识的增强，防渗技术的环境友好性也越来越受到重视。传统的防渗材料和施工方法可能会对环境造成一定的影响，如土工膜的废弃问题、沥青混凝土施工过程中的污染问题等。

三、防渗技术优化策略与实践效果

在水利水电工程中，防渗新材料、新技术和新工艺的应用对于提升工程的防渗效果至关重要。以下是一些具体的新材料、新技术和新工艺，以及它们的优点和相关案例：

（一）新材料

1. 高密度聚乙烯（HDPE）土工膜：

优点：HDPE土工膜具有极低的水蒸气透过率和优异的化学稳定性，抗拉强度高，耐久性好，能够有效阻止水分的渗透。

例如，在某水库防渗工程中，采用HDPE膜作为主要防渗层，经过三年的运行监测，未发现任何渗漏现象，显示出其卓越的防渗效果。

2. 改性沥青混凝土

优点：通过添加特定的改性剂，如橡胶粉、聚合物等，显著提高了沥青混凝土的低温韧性，有效解决了传统沥青混凝土在低温条件下易脆裂的问题，确保了在寒冷地区水利工程防渗结构的密封性。保留了沥青混凝土良好的粘附性和耐水性，与基层的粘结牢固，能有效抵抗水流的冲刷和渗透。

例如，北方某寒冷地区的小型水库，采用改性沥青混凝土对坝面进行防渗处理。经过几个冬季的运行，未出现因低温导致的防渗层开裂渗漏现象，水库的蓄水量保持稳定，防渗效果良好。

（二）新技术

1. 高压喷射灌浆技术：

优点：通过高压将水泥浆喷射到土层中，形成连续的混凝土墙体，有效阻隔渗流路径，提高墙体的均匀性和密实度，减少裂缝的产生。

例如，某大型水利枢纽工程的混凝土坝基础防渗处理中采用高压喷射灌浆技术建造混凝土防渗墙。施工过程顺利，防渗墙质量检测结果显示其防渗性能远超设计要求，在后续的水库蓄水运行中，坝基渗流量极小，有力地保障了大坝的安全运行。

2. 土工合成材料膨润土垫（GCL）技术

优点：具有自我修复能力，当防渗层出现微小破损时，膨润土遇水膨胀，能够自动填充缝隙，恢复防渗性能。施工简便，可大幅缩短施工工期，降低施工成本。同时，对铺设场地的平整度要求相对较低，适应性强。

例如，在某中型渠道防渗工程中应用 GCL 技术，在施工过程中尽管遭遇了一些局部的地基不均匀沉降，但 GCL 材料依靠其自我修复特性，有效保持了渠道的防渗功能，渠道的输水效率得到显著提高，渗漏损失大幅降低。

（三）新工艺

土工膜双层铺设和真空检测工艺

优点：双层铺设提供了额外的防渗保障，即使上层土工膜在施工或运行过程中出现破损，下层土工膜仍可维持防渗功能，大大降低了渗漏风险。真空检测技术能够在土工膜铺设完成后及时、准确地检测出膜间压力变化，从而精确定位微小损伤点，便于及时进行修复，确保了防渗层的完整性。

例如，某土石坝加固改造工程采用了土工膜双层铺设和真空检测工艺。在施工过程中，通过真空检测发现并修复了多处因施工操作不当造成的土工膜微小损伤。工程运行后，坝体渗漏情况得到了有效控制，渗漏量远低于预期，提高了坝体的安全性和稳定性，同时减少了后期维护成本。

这些新材料、新技术和新工艺的应用，已经在多个水利水电工程中显示出显著的效果，不仅提高了工程的防渗性能，还延长了工程的使用寿命，为水利水电工程的安全运行和水资源保护提供了坚实的技术支撑，见下图2。

结语

水利水电工程的防渗技术是确保工程安全和水资源合理利用的关键。面对环境适应性、耐久性、施工质量控制及经济性等挑战，优化策略的实施显得尤为重要。通过技术创新和材料研发，结合严格的施工质量控制和成本管理，可以有效提升防渗技术的性能。实践效果表明，采用高性能防渗材料、优化施工工艺和提高施工质量，能够显著增强工程的防渗能力。展望未来，随着环保意识的增强和新材料技术的不断进步，环境友好型的防渗技术将成为发展趋势，为水利水电工程的可持续发展提供坚实的技术支撑。

参考文献：

[1] 刘波. 水利工程防渗技术的应用与改进[J]. 水利科技与经济，2023， 29（5）： 45-48.

[2] 陈晨. 水电工程渗流控制技术研究[J]. 水力发电，2022， 40（8）： 78-81.

[3] 赵刚. 水库防渗技术研究与应用进展[J]. 水资源保护，2021， 37（6）： 52-55.