水利水电工程建筑中的渗流控制技术研究

引言

水利水电工程作为国家重要的基础设施，在防洪、灌溉、发电、供水等方面发挥着不可替代的作用。然而，在水利水电工程建筑中，渗流问题是一个普遍存在且严重影响工程安全和运行效益的关键因素。渗流会导致土体颗粒流失、结构强度降低，引发坝体沉降、滑坡等灾害，还可能造成水库水量损失、降低灌溉和发电效率等。因此，深入研究并应用有效的渗流控制技术，对于保障水利水电工程建筑的安全稳定运行具有至关重要的意义。

1.水利水电工程渗流问题的成因与危害

1.1 渗流问题的成因

水利水电工程渗流问题的产生主要与工程地质条件、工程结构设计以及施工质量等因素密切相关。从地质条件来看，岩土体的渗透性是决定渗流大小的关键因素。若坝基或坝体所在区域的岩土体孔隙率大、裂隙发育，如砂卵石层、破碎岩层等，就为渗流提供了良好的通道，容易导致大量渗流发生。此外，地下水水位的变化、地质构造运动等因素也会影响渗流的分布和强度。

在工程结构设计方面，如果坝体防渗结构设计不合理，如防渗体厚度不足、防渗材料选择不当，或者排水系统设计不完善，无法及时排除渗流，都可能加剧渗流问题。例如，在土石坝设计中，若心墙或斜墙的防渗性能不佳，就难以有效阻挡水流渗透。施工质量问题同样不容忽视，在混凝土浇筑过程中，若存在振捣不密实、施工缝处理不当等情况，会在坝体内部形成渗水通道；在地基处理时，若未对软弱夹层或破碎带进行有效处理，也会导致渗流集中，增加渗流风险。

1.2 渗流问题的危害

渗流问题给水利水电工程带来的危害是多方面的。首先，渗流会造成水资源的浪费，降低工程的供水和发电效益。大量的水通过渗流流失，无法有效用于灌溉、发电等用途，影响工程的经济效益和社会效益。其次，渗流可能引发渗透变形，危及工程结构安全。当渗流力超过岩土体的抗渗强度时，会导致管涌、流土等渗透变形现象。管涌是指在渗流作用下，土中的细颗粒通过粗颗粒的孔隙被带走，逐渐形成管状通道；流土则是指在渗流作用下，表层土体整体被抬起或冲走。这些渗透变形会削弱坝体或坝基的强度，导致坝体裂缝、塌陷，甚至引发溃坝事故，对下游人民生命财产安全造成巨大威胁。此外，渗流还可能对周边环境产生影响，如引起地下水位变化，导致土地盐碱化、沼泽化等问题，破坏生态平衡。

2.水利水电工程常用渗流控制技术

2.1 防渗墙技术

防渗墙是水利水电工程中常用的一种垂直防渗措施，通过在坝基或坝体中建造连续的墙体来截断渗流通道，达到防渗目的。根据墙体材料的不同，防渗墙可分为混凝土防渗墙、塑性混凝土防渗墙、水泥土搅拌桩防渗墙等。混凝土防渗墙具有强度高、抗渗性能好的优点，适用于各种复杂地质条件，尤其是在深厚覆盖层地基中应用广泛。其施工方法主要采用冲击钻、回转钻等设备进行成槽，然后在槽内浇筑混凝土形成墙体。塑性混凝土防渗墙则具有较好的柔性，能够适应地基的变形，常用于土坝坝基防渗。水泥土搅拌桩防渗墙是通过将水泥浆与土体强制搅拌，形成连续的水泥土桩体，相互搭接形成防渗墙，该方法施工简便、成本较低，适用于浅层地基防渗。

2.2 帷幕灌浆技术

帷幕灌浆是通过钻孔将水泥浆、化学浆液等注入到坝基或坝体的裂隙、孔隙中，形成一道连续的阻水帷幕，以降低坝基或坝体的渗透性，减少渗流量。帷幕灌浆按灌浆材料可分为水泥灌浆、化学灌浆等。水泥灌浆是最常用的灌浆方法，适用于基岩裂隙发育的情况，通过填充裂隙，提高岩体的整体性和抗渗性。化学灌浆则常用于处理细微裂隙或特殊地质条件，其浆液具有良好的渗透性和胶结性能，能够有效封堵细小渗流通道。帷幕灌浆的施工工艺包括钻孔、冲洗、压水试验、灌浆等环节，每个环节都需要严格控制质量，以确保帷幕的防渗效果。

2.3 排水减压技术

排水减压技术是通过设置排水设施，将渗入坝体或坝基的水及时排出，降低渗透压力，减少渗流对工程结构的影响。常见的排水设施有坝体排水孔幕、坝基排水孔、排水减压井等。坝体排水孔幕通常设置在坝体内部，通过在坝体中钻孔并安装排水管，将坝体内部的渗水引至下游；坝基排水孔则布置在坝基中，用于排除坝基内的渗水，降低扬压力；排水减压井是一种深层排水设施，适用于解决坝基深层承压水问题，通过抽水降低地下水位，减小渗透压力。排水减压技术与防渗措施相结合，能够形成有效的渗流控制体系，提高工程的抗渗稳定性。

2.4 其他渗流控制技术

除了上述常用技术外，还有一些其他渗流控制技术在水利水电工程中也有应用。例如，土工合成材料防渗技术，利用土工膜、土工布等土工合成材料的防渗性能，铺设在坝体或坝基表面，形成防渗层。土工合成材料具有重量轻、施工方便、抗渗性能好等优点，可用于临时防渗或小型水利工程防渗。此外，植被护坡技术也可在一定程度上起到渗流控制作用，通过在边坡种植植被，增加土壤的抗侵蚀能力，减少坡面渗流引起的水土流失，同时植被根系还能起到加固土体的作用，提高边坡稳定性。

3.水利水电工程渗流控制技术应用案例分析

3.1 案例一：某土石坝混凝土防渗墙应用

某土石坝工程位于砂卵石覆盖层地基上，坝高50 米，坝基渗流问题严重。为解决渗流问题，采用了混凝土防渗墙技术。防渗墙厚度 0.8 米，深度贯穿砂卵石覆盖层进入基岩 1 米。施工过程中，采用冲击钻成槽，泥浆护壁，确保槽壁稳定。混凝土浇筑采用导管法，保证墙体的连续性和密实性。工程完工后，通过渗流监测数据显示，坝基渗流量显著减少，较施工前降低了 80% 以上，有效解决了坝基渗流问题，保障了大坝的安全稳定运行。

3.2 案例二：某重力坝帷幕灌浆应用

某重力坝工程坝基岩石裂隙发育，渗流量较大。为降低坝基渗流，采用了水泥帷幕灌浆技术。根据地质勘察资料，设计帷幕灌浆孔深度为30-50米，孔距 2 米，排距 1.5 米，呈梅花形布置。灌浆过程中，严格控制灌浆压力、灌浆量等参数，采用自上而下分段灌浆法。灌浆完成后，通过压水试验检测，坝基岩体的透水率大幅降低，满足设计要求。运行多年来，坝基渗流量稳定，未出现明显的渗透变形问题，表明帷幕灌浆技术取得了良好的防渗效果。

结束语

综上所述，水利水电工程中，渗流控制关乎工程安全稳定运行。渗流问题受地质、设计、施工等因素影响，危害工程效益、结构安全与周边环境。当下，防渗墙、帷幕灌浆、排水减压等技术广泛应用且作用显著。实际工程需依地质、结构及渗流问题程度，合理选或组合技术。未来，随着新材料、新技术发展，要探索更高效、经济、环保的渗流控制技术，为工程建设运行提供支撑。

参考文献

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