水利水电工程防渗排水系统优化设计方法

1 防渗墙选用的新材料新技术

一是选用复合土工膜防渗新材料新技术。采用高密度聚乙烯（HDPE）材料制成的土工膜，其防水性能和化学稳定性极佳，具有轻质、耐久、灵活应用和可定制等特性。在复合土工膜防渗墙的施工过程中，可根据实际地形和工程需求进行精确设计和施工，从而确保基坑的不同形状和深度都能得到有效的防渗处理 [3]。土工膜的轻质特性使其易于运输和安装，而耐久特性则保证了其长期稳定的防渗效果。

二是选用水泥混凝土注浆防渗墙新技术。该种防渗墙新技术通过向地下注入水泥浆料，使其与原有土体紧密结合，可形成一道坚固的防渗屏障。水泥混凝土注浆防渗墙在复杂地质条件下展现出强大的适应性，特别是在岩石缝隙较多或上层土壤松散的地区，能有效防止水分渗透和土壤侵蚀。在实际应用中，复合土工膜防渗墙技术与水泥混凝土注浆防渗墙技术相辅相成，共同构成一套完整的防渗体系。

2 水利水电工程防渗排水系统优化设计方法

2.1 防渗排水系统优化策略

针对坝址区域的水文地质特性，研究制定了防渗帷幕灌浆与排水孔幕的优化方案。防渗帷幕灌浆工艺通过向岩层或土体裂隙中注入特殊浆液，构建完整的水密屏障，有效控制渗流速率并降低水压影响。该技术能显著改善坝基渗漏状况，提升基础结构的整体稳固性。排水孔幕系统采用线性排列的钻孔布置方式，通过有序排出基岩内部积水来调节坝基压力分布。这种排水结构可精准控制渗流总量，为坝基提供可靠的稳定性保障。在与水工建筑物连接部位的基础及边坡区域，采用竖向防渗构造（包括混凝土阻渗墙、水泥土隔水层、板桩或灌浆帷幕等）是预防渗透破坏的有效手段。

2.2 防渗排水系统布置

基于现有渗流特性参数，对防渗排水系统的配置方案进行改进，以增强其运行稳定性和实际效能。同时，通过分析岩层透水特性，建立符合工程实际的防渗方案，保障水库大坝的持久稳定运行。在大型水电工程实施过程中，渗流管控属于核心工艺难题，渗流数值模拟则是实现渗控方案优化的关键手段。鉴于于桥水库主河道附近坝体坡脚出现裂隙现象，且裂隙岩体内的雷诺数较低，水流处于层流运动状态，可采用达西公式进行渗流计算。该定律作为渗透率测定的理论依据，揭示了渗流速率与水力梯度之间的正比关系。为验证设计方案在工程实践中的适用性与稳定性，精确模拟防渗帷幕注浆工艺和排水孔网布置是评价渗控成效的重要前提。本研究运用SVA 技术对防渗帷幕和排水孔网的布置方案进行改良，以保证其在工程实践中的功能表现和运行可靠性。结合于桥水库大坝的具体工程地质条件，明确数值模拟的计算域范围及边界约束条件。

将计算区域分割为多个子结构单元，采用分步求解策略进行处理。随后运用变分不等式理论解决渗流场中的非线性难题及复杂边界条件问题。最终借助自适应罚函数技术动态调节计算约束，保证数值解的稳定收敛。针对该大型水利枢纽工程，渗漏防控方案主要从防渗体系与排水系统两方面着手：一方面构筑防渗帷幕，另一方面布设排水孔网。通过对比原始设计方案与数值模拟结果，从多维度评估现有防渗排水措施的效能。在工程实施过程中，必须统筹考虑建设投资与渗控效果这两个关键要素。值得注意的是，任何设计参数的微小变动都会对这两个因素产生耦合影响，且这种关联呈现显著的非线性特征。即便参数仅作细微调整，也可能引发系统性能的剧烈波动，这大大提升了优化过程的复杂程度和不可预测性。鉴于水利工程系统固有的多样性与复杂性特征，其优化设计面临诸多挑战。为此，本研究采取重点突破策略，选取核心设计参数进行针对性优化，在确保优化效果的同时显著提升计算效率。

2.3 科学设计与实施导流围堰

在水利水电工程中采用新型防渗材料和技术后，导流围堰的合理设计与规范施工显得尤为重要。作为施工过程中的重要环节，导流围堰的建造质量不仅与工程安全密切相关，还会显著影响排水设施的工作效能。为此，在正式施工前必须结合项目实际特点和技术标准，制定并执行切实可行的施工计划。

主要施工阶段特意安排在枯水期进行，以此避开汛期高水位对工程造成的潜在威胁。在规划导流围堰时，技术人员以枯水季节的平均水位为基准，额外预留 0.5 米的安全高度来确定最终防洪水位标准。这种设计方案能够确保围堰在不同水位情况下都能有效阻隔水流，为施工区域提供可靠防护。围堰采用土石混合材料构筑，顶部宽度经过精确计算确定为 3.5 米，确保结构稳定性。针对迎水面和背水面的坡度，均采用 1：1.5 的合理比例进行施工。特别在迎水侧表面铺设专用防水布，大幅提升围堰的防渗能力，确保在雨季或水位上升时不会发生渗漏现象，保障施工区域作业安全。

在水利水电工程建设中，防渗排水环节尤为关键，此时导流围堰的作用显得至关重要。特别是在泵房基坑这类特殊区域，地质状况往往异常复杂。现场勘测显示，该区域不仅存在粗砂和细砂层，还分布着风化残积土层，这给施工带来了巨大挑战。通过详细的地质调查和专业技术评估，发现这些地层的透水深度可达 30 米。针对这一情况，工程团队采用了高压喷射灌浆与水泥搅拌桩的双重技术方案来确保围堰基坑的防渗效果。高压喷射灌浆工艺具有极强的穿透能力，能够深入地下形成连续完整的防渗屏障，有效阻隔地下水的渗流。与此同时，水泥搅拌桩技术则能显著增强围堰基坑的承载能力，为整个围堰结构提供可靠的支撑，从而大幅提升其整体稳固性。

2.4 联合排水结构的设计与实施

联合排水结构采用“表层排水 + 反滤拦截 + 深层释压”的复合设计思路。首先，在前池底部合理布设排水装置，通过交错排列方式提升表层排水效率；其次，针对性构建反滤结构，按“中粗砂 -碎石 - 卵石”分层设置，并在滤层底部增设土工布，有效拦截细小颗粒以防止堵塞；最后，在前池范围内呈梅花状布置小型砂井，通过深层渗透释放砂层水压，砂井顶部设置可拆卸盖板以方便维护。施工期间，同步在区域内增设降水井，保障基坑干燥作业条件。

结论

水利水电工程防渗排水系统的优化设计与施工工艺改进研究显示，其在增强工程可靠性、优化水资源管理效能以及推动环境友好型发展方面展现出突出成效。采用此类技术方案显著降低了工程渗漏风险，增强了结构整体稳固性，实现了可观的经济回报与生态保护效益。但需要指出的是，现行防渗排水优化方案仍存在改进空间，特别是在应对特殊地质构造时的适应性需要提升，同时设计方案中对各类环境要素的统筹考量也有待完善。

参考文献

[1] 袁雕 . 建筑室内排水管道施工防渗技术探讨 [J]. 居业 ，2024（3）：10-12.

[2] 袁德辉 . 荷湖水利工程电排站防渗排水布置与施工技术[J]. 水利科学与寒区工程 ，2024，7（2）：118-120.

[3] 张建良 . 深基坑支护中的防渗与排水技术研究 [J]. 工程与建设 ，2023，37（6）：1737-1739.

[4] 张雷 . 高海拔地区岩溶地质水库防渗施工技术与应用 [J].四川建材 ，2023，49（5）：149-151.