水閘滲流問題的研究

1、水閘滲流問題的研究王巖明（濱州市韓墩引黃灌溉管理局，山東，濱州，256621）【摘 要】進入新世紀，科學技術日新月異，各行各業(yè)都在迅猛發(fā)展，水利 工程的建設與發(fā)展也不例外。滲流是指水在巖土空隙之間的運動，在水利工程、 石油化工、環(huán)境保護等方面都有廣泛的應用。在水閘設計與工作中加入滲流理論, 主要還是為計算水閘中水流動向、水的滲透過程以及滲透引起的水閘結構變化。 對水閘滲流問題進行研究有助于合理的評價水壩安全指標，提升水閘穩(wěn)定性，對 社會的穩(wěn)定與發(fā)展有重要的意義?！娟P鍵詞】滲流；水閘；穩(wěn)定性；沉降；水利工程1. 滲流對水閘的影響我國是一個有著悠久水閘歷史的國家，建設水閘最早可以追溯到春秋時期。

2、建國后，我國水閘建設也逐漸豐富。水閘對于調節(jié)水壩水流有著重要的作用，而 滲流乂對水閘工作有重要的影響。許多水閘由于設備不完善，技術不完備，滲流 問題十分突出，需要人們進行深入的研究和探討。1.1影響水閘扌當水和泄洪滲流是河流、湖泊、水井集水廊道、水庫、水壩等水體周圍常見的現(xiàn)象，尤 其是水閘周圍，由于長時間處于工作或建設階段，大部分會使水體周邊土質松軟, 水體發(fā)生滲流現(xiàn)象的可能性更大。有時水閘處于關閉狀態(tài)進行扌當水，但由于周邊 土地經(jīng)常被水體浸泡，再加上水閘建設和日常工作活動，造成附近土質松軟，加 劇了水的滲透，影響扌當水效果。泄洪時也是一樣，由于水在巖土縫隙之間的大量 運動，容易使周邊土壤儲存

3、大量水分，影響開閘泄洪的放水效果。1.2滲流在閘基不均勻沉降中的作用實際上，我國大部分大壩都有不同程度的滲水現(xiàn)象，很大程度上是受水的滲 流作用影響。水的滲流現(xiàn)象會使大量水分滲入大壩內部，造成大壩身體的濕陷, 而每當雨季來臨，上游來水猛增，泄洪量驟然增大，水位提升，滲流會加劇對大 壩的不利影響。同時，滲流所產(chǎn)生的揚壓力會沖擊水閘工作質量，極有可能會造 成水閘抗滑穩(wěn)定性下降。而且滲流帶來的影響不止在抗滑穩(wěn)定性方面，對主體人 壩的應力分布也有重要影響。1.3對抗滑穩(wěn)定性的影響抗滑穩(wěn)定性是衡量一個大壩安全與否的重要指標，這一指標的提升也就意味 著水閘結構的穩(wěn)定性的提升。閘基滑動需要以連續(xù)的軟弱面作為支

4、撐，下游有足 夠的臨空面供其銜接，很多時候由于水分滲流現(xiàn)象嚴重，巖土含水量提升，土質 變松軟，并且會造成巖土之間空隙增大，摩擦力減小，產(chǎn)生大面積的臨空面，加 劇閘基的滑動。閘室滑移較多會影響水量控制質量，會對大壩造成更深層次的危 害，所以閘基閘室要有較高的抗滑系數(shù)。2. 滲流的計算2.1改進阻力系數(shù)法改進阻力系數(shù)法是將地下輪廓較為復雜的滲流區(qū)域分成若干段，對各個分段 的受力進行精確計算，得出各個分段的阻力系數(shù)，再簡單求和累計相加得到水閘 受力大小情況。這是常用的滲透計算方法中最為簡單的一種，也是使用最廣泛的 種。2.2有限單元法有限元方法的基礎是變分原理和加權余量法，其基本求解思想是把計算域劃

5、 分為有限個互不重疊的單元，在每個單元內，選擇一些合適的節(jié)點作為求解函數(shù) 的插值點，根據(jù)變分原理或加權余量法，解釋岀流體力學的數(shù)值。主要步驟是: 第一，控制方程和邊界條件，在滲流過程中巖土之間縫隙比率不變的前提下推導 岀二維滲流數(shù)值；第二，泛函和變分，精確出外力所做的功；第三，滲流場的離 散計算，將滲流場劃分為若干個常用的三角形單元，通過線性插值求得某面積內 的力；第四，單元滲流矩陣與整體平衡方程，對各部分的結果進行匯總整理。2.3比較分析法這種方法主要包括這樣幾點：第一，閘基輪廓線部分點水頭值的比較，這需 要合理運用阻力系數(shù)法；第二，閘基滲透壓力值比較，根據(jù)各個點水分的滲透壓 力值進行計算；

6、第三，出口滲透坡降比較，結合前邊考察各點壓力值的壓力分布 情況計算得出。3. 水閘防滲及處理工作3.1高壓灌漿法防滲法高壓噴射灌漿技術是利用高壓水槍將密度較大的灌漿噴涂在墻面上，以達到 防滲透的效果，大體上分為旋轉噴射、定向噴射、擺動噴射三種噴涂方式。這種 方法施工吋間短，設備靈活簡便，效果也十分顯著。但不同地段墻體質量參差不 齊，加上有些地段水流較快，或者礫石直徑過大，應謹慎使用這種防滲方法。比 如，1994年北港加固吋就用這種方法建設混凝土防滲墻，但由于地下水流動活 躍，導致防滲墻建設化為烏有，這說明河床兩側地下水滲透壓力較人，這是最好 采取高壓旋轉噴射進行防滲墻建設。3.2粉噴樁截滲墻進

7、行防滲處理粉噴樁截滲墻是指通過特制的深層攪拌機械，在地下深層將軟土和固化劑攪 拌，制作出有一定壓縮性的水泥土柱體，從而提升土地承載力和緊實程度。目前 我國對水閘地基進行防滲處理主要使用此種方法。幾年前，在小清河王道攔河閘 工程中，由于灌注樁和部分承臺施工完畢，導致?lián)Q樁難度大，費用高，只好采用 粉噴樁截滲墻的方法在已建成樁臺周圍進行防滲處理，提升土壤緊實度，才有效 阻止了滲流情況的發(fā)生。3.3平原水閘針對側向滲透破壞的防治措施針對平原水利工程中的滲流現(xiàn)象，通常要采取的解決方法主要包括三個方面: 第一，設計方面，灌溉渠道上的進水閘閘身橫斷面要小，而側向防滲工作設計中 應根據(jù)高防低排的原則，與閘下正

8、槽互相配合，最好適當增加反濾層，以減輕側 翼墻的防滲壓力；第二，施工方面，側向回填土盡量使用粘性土壤，而h要保證 土質純潔，雜質少，且含水量較少，每層小于30cm,層堆層夯，回填土壓實度 要高，慎重選擇反濾料，保證土壤既不會堵塞反濾層，也不能從反濾層滲出。第 三，管理方面，定期檢查，嚴格檢測水分滲透現(xiàn)象，管理人員落實好職責，堅決 杜絕人為因素引起的疏漏和破壞，加強上下游翼墻的修復維護。3.4規(guī)避人壩不規(guī)則沉降風險著手這幾項工作可以有效避免壩體的不均勻沉降：1、閘室結構盡量簡單， 質量較輕，減少對閘底的壓力；2、合理布局閘室位置，應保證閘室位置與臨近 結構重量一致；3、施工時優(yōu)先選擇大重量構件或

9、建筑，要等這些大型設施施工 完畢后自然沉降一段時間，結構趨于穩(wěn)定后，再選擇建設小型構件或建筑。4. 水閘滲流問題處理典型案例水閘滲流分析西南水閘位于北江下游左岸三水西南涌口，與另一側的蘆苞水閘共同控制北 江的流量。這里的水閘閘基采用分離式底板，閘室底板作為天然的承力基礎，使 用木樁作為閘墩樁基的主要材料。水閘前段用粘土覆蓋，閘身主體為混凝土底板, 閘后消力池建有多個反慮口，并且用大面積的漿砌石和干砌石防止沖槽，避免滲 流，在近年來將北江的徑流量控制在合理的范圍內，對于減輕珠江的洪水有著重 要作用。5. 結語水閘的滲流情況可以有效計算出滲流損失的具體數(shù)據(jù)，得出水閘滲透穩(wěn)定性 分析，是評價水閘工作情況、檢驗水利工程質量的重要標準。在設計中有效利用 水閘滲流制定防滲方案，避免由于滲流造成的閘基不均勻沉降和閘室的抗滑穩(wěn)定 性偏低等問題，有助于降