CN115059022A - 一种防止防渗土工膜鼓胀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防止防渗土工膜鼓胀的方法，在抽水蓄能电站的库底铺设垫层料，在垫层料的表层铺设网格状的排水料，再在它们的表层铺设防渗土工膜，使防渗土工膜覆盖垫层料和排水料，然后在防渗土工膜上安装单向阀，使每个单向阀可拆卸地固定在网格状排水料的交叉点处，最后将回填料填在防渗土工膜的表层。本发明提供的单向阀可用于水电站库底防渗土工膜，当地下水压较高时，地下水顶推弹簧阀体，弹簧阀体沿着壳体内的锥形空腔向上移动，露出溢水孔道，引导地下水沿着溢水孔道流出壳体外，且水流只能从溢水孔道外溢，实现了水流单向流动的效果，可以防止地下水压力较高时库底防渗的土工膜被顶起破坏，保证了土工膜防渗体系安全性。

Description

一种防止防渗土工膜鼓胀的方法

技术领域

本发明属于土工膜防渗技术领域，具体涉及一种防止防渗土工膜鼓胀的方法。

背景技术

新能源风电、太阳能等得到了快速发展，新能源出力峰值与负荷峰值存在不匹配性，使得电网运行不稳定，出现弃电与缺电并存的情况。为了消纳新能源，需要配套储能设施，抽水蓄能电站作为调峰电源，可以保障电网安全稳定运行，可以预见大批量抽水蓄能电站将会得到开发建设。

土工膜以其特有的经济性竞争优势，广泛应用于抽水蓄能电站的库底防渗，作为水库主 要防渗体，其结构安全性将会牵涉到整个防渗体系的安全。实际服役过程中，由于暴雨雨水 下渗，地下水位会升高，或者土工膜底部筑坝料排水不良导致扬压力过大；如此当水库水位 消落到死水位工况下，由于地下水压力较大，防渗土工膜可能会被顶起，导致土工膜结构破 坏失去防渗作用，将会威胁整个水库的渗透稳定性，不能保障电站的安全运行。

发明内容

本发明目的在于提供一种防止防渗土工膜鼓胀的方法，以克服上述技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种防止防渗土工膜鼓胀的方法，包括以下步骤：

在抽水蓄能电站的库底铺设垫层料，在垫层料的表层铺设网格状的排水料，再在它们的 表层铺设防渗土工膜，使防渗土工膜覆盖垫层料和排水料，然后在防渗土工膜上安装单向阀， 使每个单向阀可拆卸地固定在网格状排水料的交叉点处，最后将回填料填在防渗土工膜的表 层。

进一步地，单向阀包括壳体和弹簧阀体，其中壳体为具有中空腔体的结构，在中空腔体 的下方开设有引水孔道，引水孔道与网格状的排水料相通，在引水孔道的上方是内径逐渐增 大的锥形空腔；

弹簧阀体密封坐封在锥形空腔内，在两者的接触处开设有溢水孔道，回填料位于溢水孔 道以下，且溢水孔道开设于壳体的壳壁，两个孔道均与外界相沟通。

进一步地，壳体为上下开口且贯通的空心柱状体，它的中空腔体的形状自上至下依次是 上部大圆柱段、中部倒圆台段、下部小圆柱段，围绕上部大圆柱段沿其周向均匀布设了若干 个开设在壳体的壳壁上的进水孔道；

若干个溢水孔道围绕中部倒圆台段沿其周向均匀布设。

进一步地，所有的溢水孔道和所有的进水孔道均沿壳体的径向均匀间隔布设，且所有的 溢水孔道和所有的进水孔道均相互平行。

进一步地，弹簧阀体与锥形空腔的接触处设有套设在弹簧阀体的外壁上的止水橡胶圈。

进一步地，顶盖包括圆盘状封盖，封盖的圆形边缘垂直向下延伸形成环形凸缘，封盖的 上表面中心垂直向上延伸形成手持部，其中顶盖通过环形凸缘被嵌合在壳体的上部大圆柱段 的顶部开口端。

当地下水压较高时，地下水透过防渗土工膜自引水孔道向上顶推锥状阀芯，锥状阀芯沿 着壳体内的锥形空腔向上移动，露出溢水孔道，地下水沿着溢水孔道流出壳体外，排走防渗 土工膜下部的地下水，释放部分地下水压力；

当回填料的水位升至进水孔道处时，水自进水孔道进入壳体内，水压力作用于锥状阀芯， 锥状阀芯沿着壳体内的锥形空腔向下移动，使锥状阀芯紧密贴合在锥形空腔内，阻止水流向 下流。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的单向阀可用于水电站库底防渗土工膜，当地下水压较高时，地下水顶推弹 簧阀体，弹簧阀体沿着壳体内的锥形空腔向上移动，露出溢水孔道，引导地下水沿着溢水孔 道流出壳体外，且水流只能从溢水孔道外溢，实现了水流单向流动的效果，可以防止地下水 压力较高时库底防渗的土工膜被顶起破坏，保证了土工膜防渗体系安全性。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明 如下。

附图说明

图1是防渗土工膜的应用示意图；

图2是防渗土工膜的平面布置图；

图3是单向阀的结构示意图(箭头所示为水流流向)；

图4是弹簧阀体的分解示意图；

图5是壳体的结构示意图；

附图标记说明：

1.弹簧阀体；101.顶盖；102.压缩弹簧；103.锥状阀芯；104.过水孔；

2.壳体；201.引水孔道；202.锥形空腔；203.溢水孔道；204.进水孔道；

3.排水料；

4.单向阀；

5.回填料；

6.防渗土工膜；

7.垫层料。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示 的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右，即视为本说明书中所述的防止防渗 土工膜鼓胀的方法的上、下、左、右。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施， 并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且 向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中 的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常 的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关 领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本实施方式涉及一种防止防渗土工膜鼓胀的方法，包括以下步骤：

参照图1和图2，在抽水蓄能电站的库底铺设垫层料7，在垫层料7的表层铺设网格状的 排水料3，再在它们的表层铺设防渗土工膜6，使防渗土工膜6覆盖垫层料7和排水料3，然 后在防渗土工膜6上安装单向阀4，使每个单向阀4可拆卸地固定在网格状排水料3的交叉 点处，最后将回填料5填在防渗土工膜6的表层。

防渗土工膜6用于水电站库底防渗，一般采用两布一膜：

土工布(500g/m²)+1.50mm厚HDPE土工膜+土工布(500g/m²)。

垫层料7应符合行业标准DL/T5016-2011《混凝土面板堆石坝设计规范》的要求，可为 0.5～1m厚，渗透系数宜为1×10^-3cm/s～1×10^-2cm/s。

排水料3由级配碎石料和土工织物组成，布置在防渗土工膜6的底部及垫层料7的填筑 层表部，级配碎石料应包裹土工织物如土工布作为反滤，防止细料进入排水料3而发生堵塞。 级配碎石料应符合行业标准DL/T5016-2011《混凝土面板堆石坝设计规范》的要求，断面尺 寸为正方形，边长一般为20～30cm，渗透系数宜不小于1×10^-1cm/s。

排水料3在平面布置上间距2～4m。

回填料5填筑在防渗土工膜6的上方，起到压覆防渗土工膜6的作用，厚度一般为20～30cm。

参照图3，单向阀4包括壳体2和弹簧阀体1，其中壳体2为具有中空腔体的结构，在中 空腔体的下方开设有引水孔道201，引水孔道201与网格状的排水料3相通，在引水孔道201 的上方是内径逐渐增大的锥形空腔202，如图5所示，弹簧阀体1密封坐封在锥形空腔202 内，在两者的接触处开设有溢水孔道203，回填料5位于溢水孔道203以下。

单向阀4的工作原理或工作过程如下：

将单向阀4安装在防渗土工膜6的上表面，当地下水压较高时，地下水透过防渗土工膜 6自引水孔道201向上顶推弹簧阀体1，弹簧阀体1沿着壳体2内的锥形空腔202向上移动， 露出溢水孔道203，地下水沿着溢水孔道203流出壳体2外，由于在常态下，溢水孔道203是被弹簧阀体1遮挡封闭的参照图3，只有水压较高时才会顶推露出溢水孔道203，因此水流只能从溢水孔道203外溢。

溢水孔道203开设于壳体2的壳壁，两个孔道(指的是引水孔道201和溢水孔道203)均与外界相沟通。

引水孔道201的作用是引导水流进入，因此引水孔道201的开口端是穿过防渗土工膜6 的。

参照图3和图4，弹簧阀体1至少包括自上至下依次相接的顶盖101、压缩弹簧102和锥 状阀芯103，压缩弹簧102的顶端固接于顶盖101的下表面，压缩弹簧102的底端固接于锥状阀芯103的上端部，其中顶盖101和锥状阀芯103，两者留有间距被压缩弹簧102隔开、 不接触。

压缩弹簧102为具有防锈要求的压缩弹簧，给锥状阀芯103提供一定数值的弹力。

锥状阀芯103呈封闭的、空心倒圆锥形状，在倒圆锥的底面开设有过水孔104。

具体地说，锥状阀芯103是在封闭的倒圆锥的顶点开设了过水孔104。

其中锥状阀芯103密封坐封在锥形空腔202内，在水压的作用下，锥状阀芯103在锥形 空腔202内可以上下滑移，以打开露出或关闭遮挡溢水孔道203。

如图5所示，壳体2为上下开口且贯通的空心柱状体，它的中空腔体的形状自上至下依 次是上部大圆柱段、中部倒圆台段、下部小圆柱段，上部大圆柱段的直径大于下部小圆柱段 的直径，中部倒圆台段即为锥形空腔202，或者说中部倒圆台段作为锥形空腔202的腔壁。

围绕上部大圆柱段沿其周向均匀布设了若干个开设在壳体2的壳壁上的进水孔道204。

具体地说，所有的进水孔道204的一端孔口对着锥形空腔202，另一端孔口则对着壳体2 的外部，也就是说，进水孔道204将锥形空腔202和壳体2的外部相连通，当壳体2的外部 水较多时，水自进水孔道204流入锥形空腔202，水压作用在锥状阀芯103的顶面，锥状阀芯103沿着锥形空腔202下移，直至封闭溢水孔道203，此时水流被截留在锥形空腔202内，无法再继续下行，进而实现单向阀4的单向流动功能。

若干个溢水孔道203围绕中部倒圆台段沿其周向均匀布设。

由于水的流出、流入均是来自于各个方向的，为了尽可能确保全范围水流的进入或排出， 所有的溢水孔道203和所有的进水孔道204均沿壳体2的径向均匀间隔布设，且所有的溢水 孔道203和所有的进水孔道204均相互平行。

壳体2可以由塑料材质或防腐钢材制成。

弹簧阀体1与锥形空腔202的接触处设有套设在弹簧阀体1的外壁上的止水橡胶圈。

具体地说，止水橡胶圈在锥状阀芯103与锥形空腔202的接触处，套在锥状阀芯103上。

锥状阀芯103采用塑料材质，在上部水压力的作用下会越压越紧密贴在外部壳体2的锥 形空腔202内，达到止水的作用，另外，止水橡胶圈可以进一步确保水不会从上部流向下部， 止水效果更好。

如图4所示，顶盖101包括圆盘状封盖，封盖的圆形边缘垂直向下延伸形成环形凸缘， 封盖的上表面中心垂直向上延伸形成手持部，其中顶盖101通过环形凸缘被嵌合在壳体2的 上部大圆柱段的顶部开口端。

顶盖101为圆形，可以通过螺纹或活扣的方式自由拆卸或安装在外部壳体2上，达到维 修内部弹簧阀体1的作用，而顶盖101可以由塑料材质或防腐钢材制成。

单向阀4的具体应用如下：

在抽水蓄能电站的库底铺设垫层料7，在垫层料7的填筑层表部铺设网格状的排水料3， 再在它们的表层铺设防渗土工膜6，然后在防渗土工膜6上安装单向阀4，使每个单向阀4可 拆卸地固定在网格状排水料3的交叉点处，如单向阀4的壳体2的底面凸缘与防渗土工膜6 粘贴，引水孔道201与网格状的排水料3相连，然后将回填料5填在防渗土工膜6的表层， 确保单向阀4的溢水孔道203及以上都是露出的回填料5，即没有被回填料5埋没。

在上述基础上，当地下水压较高时，地下水透过防渗土工膜6自引水孔道201向上顶推 锥状阀芯103，锥状阀芯103沿着壳体2内的锥形空腔202向上移动，露出溢水孔道203，地 下水沿着溢水孔道203流出壳体2外，排走防渗土工膜6下部的地下水，释放部分地下水压 力；

当回填料5的水位升至进水孔道204处时，水自进水孔道204进入壳体2内，水压力作 用于锥状阀芯103，锥状阀芯103沿着壳体2内的锥形空腔202向下移动，使锥状阀芯103紧密贴合在锥形空腔202内，阻止水流向下流。

具体地，引水孔道201的开口端穿过土工膜伸入或深入排水料。

为了增大壳体2底部与排水料的接触面积、增大摩擦力，提高被水流冲刷时的稳定性， 如图3和图5所示，壳体2的底面沿径向延伸形成圆环状的凸缘，该凸缘可以插入排水料， 应粘贴固定在土工膜上。

在本发明中，单向阀4具有单向流水的功能，平面上布置在排水料3的十字交叉处(参 见图1)，单向阀4的底部突出外圈应与防渗土工膜6紧密连接，单向阀4的壳体2下部长度L1应与回填料5的厚度一样。

本发明提供的单向阀4的工作原理是：

上部作用力：F_上＝G+F1+F2

G为锥状阀芯103的自重；

F1为压缩弹簧102提供的弹力；

F2为上部水压力，即自进水孔道204进入壳体2内的水流作用于锥状阀芯103的水压力；

下部作用力：F_下＝F3

F3为下部水压力，即来自引水孔道201内的水流作用于锥状阀芯103的水压力；

当F_上>＝F_下时，锥状阀芯103压紧贴在锥形空腔202内，水流就不会从上部流向下部。

当F_上<F_下时，锥状阀芯103脱离锥形空腔202，水流就会从下部流向上部，释放地下水。

本发明中防渗土工膜6不发生鼓胀的条件：

上部单位面积应力：P_上＝γ’_土H_土+γ_水H_水上

下部单位面积应力：P_下＝γ_水H_水下

P_上>P_下

γ’_土为回填料5的浮容重；

γ_水为水的容重；

H_土为回填料5的厚度；

H_水上为防渗土工膜6上部的水头，即水库水位至防渗土工膜6之间的水深；

H_水下为防渗土工膜6下部的水头，即地下水位高于防渗土工膜6的数值。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实 际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种防止防渗土工膜鼓胀的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在抽水蓄能电站的库底铺设垫层料(7)，在垫层料(7)的表层铺设网格状的排水料(3)，再在垫层料(7)和排水料(3)的表层铺设防渗土工膜(6)，使防渗土工膜(6)覆盖垫层料(7)和排水料(3)，然后在防渗土工膜(6)上安装单向阀(4)，使每个单向阀(4)可拆卸地固定在网格状排水料(3)的交叉点处，最后将回填料(5)填在防渗土工膜(6)的表层。

2.如权利要求1所述的防止防渗土工膜鼓胀的方法，其特征在于，所述单向阀(4)包括壳体(2)和弹簧阀体(1)，其中壳体(2)为具有中空腔体的结构，在中空腔体的下方开设有引水孔道(201)，引水孔道(201)与网格状的排水料(3)相通，在引水孔道(201)的上方是内径逐渐增大的锥形空腔(202)；

弹簧阀体(1)密封坐封在锥形空腔(202)内，在两者的接触处开设有溢水孔道(203)，回填料(5)位于溢水孔道(203)以下，且所述溢水孔道(203)开设于壳体(2)的壳壁，两个孔道均与外界相沟通。

3.如权利要求2所述的防止防渗土工膜鼓胀的方法，其特征在于，所述弹簧阀体(1)至少包括自上至下依次相接的顶盖(101)、压缩弹簧(102)和锥状阀芯(103)，锥状阀芯(103)呈空心倒圆锥形状，在倒圆锥的底面开设有过水孔(104)；

其中，锥状阀芯(103)密封坐封在锥形空腔(202)内。

4.如权利要求2或3所述的防止防渗土工膜鼓胀的方法，其特征在于，所述壳体(2)为上下开口且贯通的空心柱状体，它的中空腔体的形状自上至下依次是上部大圆柱段、中部倒圆台段、下部小圆柱段，围绕上部大圆柱段沿其周向均匀布设了若干个开设在壳体(2)的壳壁上的进水孔道(204)；

若干个溢水孔道(203)围绕中部倒圆台段沿其周向均匀布设。

5.如权利要求4所述的防止防渗土工膜鼓胀的方法，其特征在于，所有的溢水孔道(203)和所有的进水孔道(204)均沿壳体(2)的径向均匀间隔布设，且所有的溢水孔道(203)和所有的进水孔道(204)均相互平行。

6.如权利要求2或3所述的防止防渗土工膜鼓胀的方法，其特征在于，所述弹簧阀体(1)与所述锥形空腔(202)的接触处设有套设在弹簧阀体(1)的外壁上的止水橡胶圈。

7.如权利要求4所述的防止防渗土工膜鼓胀的方法，其特征在于，所述顶盖(101)包括圆盘状封盖，封盖的圆形边缘垂直向下延伸形成环形凸缘，封盖的上表面中心垂直向上延伸形成手持部，其中顶盖(101)通过环形凸缘被嵌合在壳体(2)的上部大圆柱段的顶部开口端。

8.如权利要求7所述的防止防渗土工膜鼓胀的方法，其特征在于，当地下水压升高时，地下水透过防渗土工膜(6)自引水孔道(201)向上顶推锥状阀芯(103)，锥状阀芯(103)沿着壳体(2)内的锥形空腔(202)向上移动，露出溢水孔道(203)，地下水沿着溢水孔道(203)流出壳体(2)外，排走防渗土工膜(6)下部的地下水，释放部分地下水压力；

当回填料(5)的水位升至进水孔道(204)处时，水自进水孔道(204)进入壳体(2)内，水压力作用于锥状阀芯(103)，锥状阀芯(103)沿着壳体(2)内的锥形空腔(202)向下移动，使锥状阀芯(103)紧密贴合在锥形空腔(202)内，阻止水流向下流。

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