CN115467291A - 一种上库库盆防渗结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种上库库盆防渗结构，属于水利水电工程技术领域。该结构包括库盆，所述库盆内从上至下依次铺设有保护层、防渗层、基础层和排水层，所述库盆内设有闭合锚固沟，所述防渗层的中部下凹到闭合锚固沟内，且闭合锚固沟内填充有混凝土压住防渗层。施工时，可以在全库盆内从下至上依次施工排水层、基础层、防渗层和保护层，施工连续性好，施工效率高，有助于降低施工成本。由于保护层、防渗层、基础层和排水层为柔性结构，所以防渗结构铺设条件要求低，对地形适应性强，能最大程度利用原生库盆。具有耐久性好、防渗性能好、自修复性强、易维修、造价经济和环保性能好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种上库库盆防渗结构，属于水利水电工程技术领域。
背景技术
随着我国经济的迅速发展，城市用电量也越来越大，抽水蓄能电站可在电网中承担调峰、填谷、调频等任务，其效益及优越性已被世界各国所公认。抽水蓄能电站上水库由于所处高程较高，通常无水源补给或补给很少，抽上去的水来之不易，水量的损失也就意味着电量损失，并且渗漏还影响着周边建筑物基础、岸坡的安全和正常运行管理。所以抽水蓄能电站上水库的库盆防渗要求非常高。表面防渗型式是库盆防渗的一种主要型式，其适用于库盆地质条件较差，库岸地下水位低于正常蓄水位或断层、构造段发育的情况，表面防渗型式主要包括钢筋混凝土面板防渗、沥青混凝土面板防渗、黏土铺盖防渗和土工膜防渗。
公开号为CN112523264A的中国专利文献，公开了一种高陡边坡防渗系统，用于矿坑的防渗，所述高陡边坡防渗系统包括场底防渗结构、位于所述场底防渗结构一侧的斜边坡防渗结构及位于所述斜边坡防渗结构远离所述场底防渗结构一侧的陡峭边坡防渗结构；所述场底防渗结构包括从外到内布设的场底反滤层、渗沥液导流层、场底防渗膜保护层、场底防渗层、场底GCL膨润土层、膜下保护层及场底基底层，所述场底防渗层为双光面高密度聚乙烯土工膜；所述斜边坡防渗结构包括从外到内布设的斜边坡保护层、斜边坡防渗膜保护层、斜边坡防渗层、斜边坡GCL膨润土层、斜边坡坡面钝化层及斜边坡基底层，所述斜边坡防渗层为双糙面高密度聚乙烯土工膜，所述双糙面高密度聚乙烯土工膜与所述双光面高密度聚乙烯土工膜通过接缝焊接方法连接；所述陡峭边坡防渗结构与所述斜边坡防渗结构相同。采用边铺设边填埋、由下至上的铺设工艺，增大了铺设施工的作业安全，使得防渗膜的焊接质量也得到了保证。
该防渗系统用于对矿坑中回填的有机营养土的渗沥液进行防渗，主要包括场底防渗结构、斜边坡防渗结构和陡峭边坡防渗结构三部分，各部分的结构和施工方式存在较大差异，施工连续性差，导致其应用于抽水蓄能电站上水库库盆防渗时，存在施工效率低、施工成本高的不足。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种上库库盆防渗结构。
本发明通过以下技术方案得以实现：
一种上库库盆防渗结构，包括库盆，所述库盆内从上至下依次铺设有保护层、防渗层、基础层和排水层，所述库盆内设有闭合锚固沟，所述防渗层的中部下凹到闭合锚固沟内，且闭合锚固沟内填充有混凝土压住防渗层。
所述保护层包括从下至上依次铺设的土工布、粗砂层和块石层，且粗砂层和块石层的厚度不小于15cm。
所述防渗层为由土工膜与GCL膨润土防水毯组成的复合防渗结构，且土工膜铺设在GCL膨润土防水毯上，或者防渗层为由GCL膨润土防水毯形成的单层防渗结构。
所述防渗层被闭合锚固沟划分为水下防渗区和水位变幅区，水位变幅区位于水下防渗区的上侧，水下防渗区的防渗层为复合防渗结构或单层防渗结构，水位变幅区的防渗层为复合防渗结构。
所述水下防渗区的防渗层为复合防渗结构时，复合防渗结构的库底渗透系数k按照下述公式计算：
k＝(h1+h2)/(h1/k1+h2/k2)
其中k1为土工膜的渗透系数，h1为土工膜的厚度，k2为GCL膨润土防水毯的渗透系数，h2为GCL膨润土防水毯的厚度。
所述复合防渗结构的渗漏量Q按照下述公式计算：
土工膜未破损时：
Q＝kiA
土工膜破损时：
Q1＝kiA1
Q2＝kiA2
A＝A1+A2
Q＝Q1+Q2
其中A为整个库盆表面积，i为水力梯度，k为复合防渗结构的库底渗透系数，A1为破损面积，A2为未破损面积，Q1为破损处引起的渗漏量，Q2为未破损处引起的渗漏量。
所述库盆的水位变幅线高程与闭合锚固沟的高程相等，且水位变幅线到坝顶的距离为15～25m。
所述库盆的迎水面设有上库挡水坝。
所述基础层采用级配碎石铺设形成，且基础层的厚度不小于15cm。
所述排水层采用填渣体或碎石铺设形成，且排水层的厚度不小于30cm；排水层中埋设有排水管，且排水管位于库盆的底部。
本发明的有益效果在于：施工时，可以在全库盆内从下至上依次施工排水层、基础层、防渗层和保护层，施工连续性好，施工效率高，有助于降低施工成本。由于保护层、防渗层、基础层和排水层为柔性结构，所以防渗结构铺设条件要求低，对地形适应性强，能最大程度利用原生库盆。具有耐久性好、防渗性能好、自修复性强、易维修、造价经济和环保性能好等优点。
附图说明
图1为本发明的俯视结构示意图；
图2为本发明的保护层、复合防渗结构、基础层和排水层的剖视图；
图3为本发明的保护层、单层防渗结构、基础层和排水层的剖视图；
图4为本发明的剖视图。
图中：1-保护层，2-防渗层，21-土工膜，22-GCL膨润土防水毯，3-基础层，4-排水层，5-复合防渗结构，6-单层防渗结构，7-库盆，8-水位变幅线，9-闭合锚固沟，10-库底轮廓线，11-上库挡水坝。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1至图4所示，本发明所述的一种上库库盆防渗结构，包括库盆7，所述库盆7内从上至下依次铺设有保护层1、防渗层2、基础层3和排水层4，所述库盆7内开挖有闭合锚固沟9，所述防渗层2的中部下凹到闭合锚固沟9内，且闭合锚固沟9内填充有混凝土压住防渗层2。施工时，可以在全库盆7内从下至上依次施工排水层4、基础层3、防渗层2和保护层1，施工连续性好，施工效率高，有助于降低施工成本。
所述保护层1包括从下至上依次铺设的土工布、粗砂层和块石层，且粗砂层和块石层的厚度不小于15cm。在使用时，粗砂层和块石层的具体级配及厚度根据当地环境及施工条件决定。
所述防渗层2为由土工膜21与GCL膨润土防水毯22组成的复合防渗结构5，且土工膜21铺设在GCL膨润土防水毯22上，或者防渗层2为由GCL膨润土防水毯22形成的单层防渗结构6。在使用时，防渗层2为柔性结构，能适应较大的变形，且防渗层2转弯处铺设工艺较成熟，能最大程度的利用当地地形，在库容一定的情况下不会增加坝体高度。GCL膨润土防水毯22是一种通过针刺等工艺将钠基膨润土包裹在土工织物间的一种防水材料，其不受气温影响，在寒冷气候条件下也不会脆断，且对强腐蚀性、强盐碱性的地下水环境也具有良好的抵御性能，同时，由于钠基膨润土遇水膨胀的特点，对于一些小孔隙可自我修复，自愈性较好。GCL膨润土防水毯22的接缝处连接简单、可靠，只需用膨润土粉末和钉子、垫圈等进行连接和固定。钠基膨润土是一种天然无机矿物，具有良好的遇水高膨胀的特性，钠基膨润土理化性能稳定，不随时间改变发生老化、腐蚀等，遇水膨胀、干燥、再膨胀、再干燥....反复无穷，其防水性能始终不变。
所述防渗层2被闭合锚固沟9划分为水下防渗区和水位变幅区，水位变幅区位于水下防渗区的上侧，水下防渗区的防渗层2为复合防渗结构5或单层防渗结构6，水位变幅区的防渗层2为复合防渗结构5。水下防渗区铺设一层GCL膨润土防水毯22(即单层防渗结构6)，由于钠基膨润土始终处于吸水膨胀状态，会形成一层比较密实的浆状体防水层，能有效隔绝水的入侵，并能自行修补其他细微的裂缝，防渗效果较好。考虑到水下修补需放空水库，影响发电效益，为保证防渗效果，水下防渗区也可铺设土工膜21与GCL膨润土防水毯22组成的复合防渗结构5。水位变幅区受到紫外线、冰冻等影响，防渗材料极易老化、破坏，故水位变幅区采用土工膜21与GCL膨润土防水毯22组成的复合防渗结构5，一方面当土工膜21被刺穿时，可以通过GCL膨润土防水毯22进行二次防渗，对局部渗漏点起到补漏的作用；另一方面，土工膜21亦在水位降低时承担起防渗的作用，同时可作为保护GCL膨润土防水毯22的保护层，延长其寿命。
所述水下防渗区的防渗层2为复合防渗结构5时，复合防渗结构5的库底渗透系数k按照下述公式计算：
k＝(h1+h2)/(h1/k1+h2/k2)
其中k1为土工膜21的渗透系数，h1为土工膜21的厚度，k2为GCL膨润土防水毯22的渗透系数，h2为GCL膨润土防水毯22的厚度。提供复合防渗结构5的库底渗透系数k的计算公式或方法，可以通过上述公式验证上库库盆防渗结构的防渗合理性，确保上库库盆防渗结构的防渗安全性和可靠性。
所述复合防渗结构5的渗漏量Q按照下述公式计算：
土工膜21未破损时：
Q＝kiA
土工膜21破损时：
Q1＝kiA1
Q2＝kiA2
A＝A1+A2
Q＝Q1+Q2
其中A为整个库盆7表面积，i为水力梯度，k为复合防渗结构5的库底渗透系数，A1为破损面积，A2为未破损面积，Q1为破损处引起的渗漏量，Q2为未破损处引起的渗漏量。因A1远小于A2，故A1可忽略不计，故无论上层土工膜21是否破损，总渗漏量均可表示为：Q＝kiA。提供复合防渗结构5渗漏量Q计算公式，为后续分级建立防渗应急处置措施提供了理论依据。
所述库盆7的水位变幅线8高程与闭合锚固沟9的高程相等，且水位变幅线8到坝顶的距离为15～25m。
所述库盆7的迎水面设有上库挡水坝11。
所述基础层3采用级配碎石铺设形成，且基础层3的厚度不小于15cm。
所述排水层4采用填渣体或碎石铺设形成，且排水层4的厚度不小于30cm；排水层4中埋设有排水管，且排水管位于库盆7的底部。抽水蓄能电站的上水库水位的日变幅远大于常规水电站，短时间内水位大幅变动会引起岸坡土体内孔隙水压力急剧变化，附加的渗透水压力会促使土质边坡失稳。设置排水系统，可以通过排水管4快速排出渗水，以使原来土质边坡内的孔隙水压力尽可能不受水库水位急剧变动的影响，从而维持边坡的稳定。
Claims (10)
1.一种上库库盆防渗结构，其特征在于：包括库盆(7)，所述库盆(7)内从上至下依次铺设有保护层(1)、防渗层(2)、基础层(3)和排水层(4)，所述库盆(7)内设有闭合锚固沟(9)，所述防渗层(2)的中部下凹到闭合锚固沟(9)内，且闭合锚固沟(9)内填充有混凝土压住防渗层(2)。
2.如权利要求1所述的上库库盆防渗结构，其特征在于：所述保护层(1)包括从下至上依次铺设的土工布、粗砂层和块石层，且粗砂层和块石层的厚度不小于15cm。
3.如权利要求1所述的上库库盆防渗结构，其特征在于：所述防渗层(2)为由土工膜(21)与GCL膨润土防水毯(22)组成的复合防渗结构(5)，且土工膜(21)铺设在GCL膨润土防水毯(22)上，或者防渗层(2)为由GCL膨润土防水毯(22)形成的单层防渗结构(6)。
4.如权利要求3所述的上库库盆防渗结构，其特征在于：所述防渗层(2)被闭合锚固沟(9)划分为水下防渗区和水位变幅区，水位变幅区位于水下防渗区的上侧，水下防渗区的防渗层(2)为复合防渗结构(5)或单层防渗结构(6)，水位变幅区的防渗层(2)为复合防渗结构(5)。
5.如权利要求4所述的上库库盆防渗结构，其特征在于：所述水下防渗区的防渗层(2)为复合防渗结构(5)时，复合防渗结构(5)的库底渗透系数k按照下述公式计算：
k＝(h1+h2)/(h1/k1+h2/k2)
其中k1为土工膜(21)的渗透系数，h1为土工膜(21)的厚度，k2为GCL膨润土防水毯(22)的渗透系数，h2为GCL膨润土防水毯(22)的厚度。
6.如权利要求5所述的上库库盆防渗结构，其特征在于：所述复合防渗结构(5)的渗漏量Q按照下述公式计算：
土工膜(21)未破损时：
Q＝kiA
土工膜(21)破损时：
Q1＝kiA1
Q2＝kiA2
A＝A1+A2
Q＝Q1+Q2
其中A为整个库盆(7)表面积，i为水力梯度，k为复合防渗结构(5)的库底渗透系数，A1为破损面积，A2为未破损面积，Q1为破损处引起的渗漏量，Q2为未破损处引起的渗漏量。
7.如权利要求1所述的上库库盆防渗结构，其特征在于：所述库盆(7)的水位变幅线(8)高程与闭合锚固沟(9)的高程相等，且水位变幅线(8)到坝顶的距离为15～25m。
8.如权利要求1所述的上库库盆防渗结构，其特征在于：所述库盆(7)的迎水面设有上库挡水坝(11)。
9.如权利要求1所述的上库库盆防渗结构，其特征在于：所述基础层(3)采用级配碎石铺设形成，且基础层(3)的厚度不小于15cm。
10.如权利要求1所述的上库库盆防渗结构，其特征在于：所述排水层(4)采用填渣体或碎石铺设形成，且排水层(4)的厚度不小于30cm；排水层(4)中埋设有排水管，且排水管位于库盆(7)的底部。
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-
2022
- 2022-10-29 CN CN202211340105.2A patent/CN115467291A/zh active Pending
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