CN116289778A - 用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构及工艺方法，属于水利水电工程结构物设计建造技术领域。提供一种工程量相对较小，投资成本相对较低，排水效果好的用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构及工艺方法。所述的布置结构包括蓄水库盆，所述的布置结构还包括滑动型单向渗水降压系统，在所述蓄水库盆的内壁上铺设有防渗层，位于防渗层内外侧的压力水通过所述的滑动型单向渗水降压系统朝向蓄水库盆内侧单向连通。所述的工艺方法通过设置在蓄水库盆盆底上的单向渗水降低系统平衡掉蓄水库盆防渗层内外的水压力来消除地下水的顶托载荷。
Description
技术领域
本发明涉及一种布置结构，尤其是涉及一种用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构，属于水利水电工程结构物设计建造技术领域。本发明还涉及一种采用所述布置结构消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的工艺方法。
背景技术
术语解释：
全库盆防渗：指采用工程处理措施，对开挖库盆或天然库盆进行防渗处理，使库盆内的库水和外界水环境相隔离，以防止库盆内水的外渗；
地下水：赋存于地面以下地层中的水；
顶托作用：在库盆内水位低于库外地下水水位时，在水头差作用下，对全库盆防渗结构产生的浮托力。
抽水蓄能技术作为一种用水作为储能介质，是目前技术最为成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的储能方案，是实现新型电力系统转换的关键。众所周知，抽水蓄能是通过电能将下水库的水介质抽至上水库，实现能量储存，再通过上水库的水流至下水库实现势能与电能转换，过程中水是能量转换的关键，其渗漏问题是抽水蓄能建设过程中的关键问题。为解决上水库渗漏问题，大多采用全库盆防渗形式，将上水库库水和周围地下水环境相隔离。
尽管全库盆防渗形式能将库水和周围地下水环境相隔离，防止库水的渗漏。但全库盆防渗形式存在地下水的反作用，空库时容易形成地下水顶托作用，容易造成防渗体的破坏等，影响其防渗效果。
如上所述，全库盆防渗形式能将库水和周围地下水环境相隔离，防止库水的渗漏。但全库盆防渗形式存在地下水的反作用，空库时容易形成地下水顶托作用，造成防渗体的破坏等。现有技术主要有两个方面，一是通过全库盆防渗措施结构的自重来抵消地下水的顶托作用，二是以排导为主，在上水库库盆底部设置截、排水廊道，将地下水排出，降低地下水水位，来消除地下水的顶托作用。两种方案均存在工程量大、经济性不高、效果不可控等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种工程量相对较小，投资成本相对较低，排水效果好的用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构，本发明还提供一种采用所述布置结构消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的工艺方法。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构，包括蓄水库盆，所述的布置结构还包括滑动型单向渗水降压系统，在所述蓄水库盆的内壁上铺设有防渗层，位于防渗层内外侧的压力水通过所述的滑动型单向渗水降压系统朝向蓄水库盆内侧单向连通，
其中，所述的防渗层为铺设在蓄水库盆内壁上的沥青混凝土层。
进一步的是，所述的滑动型单向渗水降压系统包括单向过滤渗水机构和反向封水关闭机构，所述的单向过滤渗水机构镶嵌在蓄水库盆盆底的基础中，单向过滤渗水机构朝向蓄水库盆内的地下水输出口通过所述的反向封水关闭机构在防渗层内外侧水压的配下合开启或关闭。
上述方案的优选方式是，所述的单向过滤渗水机构包括输水基孔和单向渗水过滤层组，所述的输水基孔钻设在蓄水库盆盆底的基础中，所述的单向渗水过滤层组覆设在所述输水基孔的内壁上，所述的反向封水关闭机构插接在覆设有单向渗水过滤层组的输水基孔中。
进一步的是，所述的单向渗水过滤层组至少包括透水基层和反滤包层，所述的透水基层固结在输水基孔的内壁上，所述的反滤包层固结在透水基层上，所述输水基孔的内壁由反滤包层构成。
上述方案的优选方式是，所述的反向封水关闭机构至少包括导向输水管和封水关闭组件，所述的封水关闭组件设置在导向输水管敞开的上端；工作过程中，输水基孔敞开的上端通过插接在该输水基孔中的导向输水管在封水关闭组件和防渗层内外侧水压的配合下开启或关闭。
进一步的是，所述的导向输水管由一根钢管构成，在所述钢管的侧壁上均布有多个过水孔，所述的封水关闭组件设置在所述钢管敞开的上端上。
上述方案的优选方式是，所述的封水关闭组件包括固定头和密封垫，所述的密封垫通过所述的固定头布置在钢管敞开的上端上，输水基孔敞开的上端通过所述的密封垫在钢管地下水压力以及库盆水压力的配合下开启或关闭，
其中，所述密封垫的直径至少比所述输水基孔的内径大一倍。
进一步的是，布置在库盆盆底上的输水基孔为多个，各个所述输水基孔在蓄水库盆盆底内均布；在每一个所述输水基孔的内壁上均覆设有单向渗水过滤层组，在每一个所述的输水基孔中均布置有一个所述的反向封水关闭机构。
采用所述布置结构消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的工艺方法，所述的工艺方法通过设置在蓄水库盆盆底上的滑动型单向渗水降压系统平衡掉蓄水库盆防渗层内外的水压力来消除地下水的顶托载荷，
其中，所述的滑动型单向渗水降压系统只能在蓄水库盆内的水位低于蓄水库盆外的水位时朝向蓄水库盆内侧单向连通来平衡蓄水库盆防渗层内外的水压力。
进一步的是，在所述的蓄水库盆盆底设置滑动型单向渗水降压系统时是按下述步骤进行的，
A、根据蓄水库盆盆底地层透水性设置输水基孔，并钻设所述的输水基孔；
B、输水基孔钻制完成后，在所述输水基孔的底部和四周回填透水基层和安装反滤包；
C、将设置有过水孔的钢管置于输水基孔内；
D、在钢管顶部安装密封垫；
E、利用顶部固定头将密封垫与钢管紧密固定，并防止漏水；
F、重复步骤A～E步，直到完成所有输水基孔的钻制、回填、钢管安装以及密封垫的安装。
本发明的有益效果是：本申请提供的技术方案以现有的蓄水库盆为基础，先在所述蓄水库盆的内壁上铺设有防渗层，然后通过增加设置滑动型单向渗水降压系统，并使位于防渗层内外侧的压力水通过所述的滑动型单向渗水降压系统朝向蓄水库盆内侧单向连通。从而改变了现有技术中需要在以排、导为主进行地下水顶托载荷消除时采用的：在上水库库盆底部设置截、排水廊道等工程量大、经济性不高、效果不可控的技术措施，达到了有效降低地下水水位，消除地下水的顶托作用的目的。此时，本申请在消除防渗层外侧的地下水顶托防渗层时便可以通过设置在蓄水库盆盆底上的滑动型单向渗水降压系统平衡掉蓄水库盆防渗层内外的水压力来消除地下水的顶托载荷，相应的，所述的滑动型单向渗水降压系统只能在蓄水库盆内的水位低于蓄水库盆外的水位时朝向蓄水库盆内侧单向连通来平衡蓄水库盆防渗层内外的水压力。这样，由于本申请的技术方案仅是通过滑动型单向渗水降压系统将防渗层外侧的压力水朝向蓄水库盆内侧单向连通输入，实现当外侧地下水位高于内侧储蓄水水位时降低外侧水压力的目的，不使本申请技术方案的工程量相对较小，投资成本相对较低，而且排水效果特别好，而且本申请采用上述与布置结构相适应的工艺方法也可以显著缩短施工周期，减小工程量，达到降低投资成本的目的。
附图说明
图1为本发明用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构地下水位高于库内水位的剖视结构示意图；
图2为本发明用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构地下水位低于库内水位的剖视结构示意图；
图3为本发明用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构涉及到的滑动型单向渗水降压系统的剖视图；
图4为图3的A-A剖视图。
图中标记为：蓄水库盆1、滑动型单向渗水降压系统2、防渗层3、单向过滤渗水机构4、反向封水关闭机构5、输水基孔6、单向渗水过滤层组7、透水基层8、反滤包层9、导向输水管10、封水关闭组件11、过水孔12、固定头13、密封垫14。
具体实施方式
如图1、图2、图3以及图4所示是本发明提供的一种工程量相对较小，投资成本相对较低，排水效果好的用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构，以及一种采用所述布置结构消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的工艺方法。用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构，包括蓄水库盆1，其特征在于：所述的布置结构还包括滑动型单向渗水降压系统2，在所述蓄水库盆1的内壁上铺设有防渗层3，位于防渗层3内外侧的压力水通过所述的滑动型单向渗水降压系统2朝向蓄水库盆1内侧单向连通，其中，所述的防渗层3为铺设在蓄水库盆内壁上的沥青混凝土层。本申请提供的技术方案以现有的蓄水库盆为基础，先在所述蓄水库盆的内壁上铺设有防渗层，然后通过增加设置滑动型单向渗水降压系统，并使位于防渗层内外侧的压力水通过所述的滑动型单向渗水降压系统朝向蓄水库盆内侧单向连通。从而改变了现有技术中需要在以排、导为主进行地下水顶托载荷消除时采用的：在上水库库盆底部设置截、排水廊道等工程量大、经济性不高、效果不可控的技术措施，达到了有效降低地下水水位，消除地下水的顶托作用的目的。此时，本申请在消除防渗层外侧的地下水顶托防渗层时便可以通过设置在蓄水库盆盆底上的滑动型单向渗水降压系统平衡掉蓄水库盆防渗层内外的水压力来消除地下水的顶托载荷，相应的，所述的滑动型单向渗水降压系统只能在蓄水库盆内的水位低于蓄水库盆外的水位时朝向蓄水库盆内侧单向连通来平衡蓄水库盆防渗层内外的水压力。这样，由于本申请的技术方案仅是通过滑动型单向渗水降压系统将防渗层外侧的压力水朝向蓄水库盆内侧单向连通输入，实现当外侧地下水位高于内侧储蓄水水位时降低外侧水压力的目的，不使本申请技术方案的工程量相对较小，投资成本相对较低，而且排水效果特别好，而且本申请采用上述与布置结构相适应的工艺方法也可以显著缩短施工周期，减小工程量，达到降低投资成本的目的。
上述实施方式中，结合实际的生产状况，为了便于建造和安装，本申请所述的滑动型单向渗水降压系统2包括单向过滤渗水机构4和反向封水关闭机构5，所述的单向过滤渗水机构4镶嵌在蓄水库盆盆底的基础中，单向过滤渗水机构4朝向蓄水库盆1内的地下水输出口通过所述的反向封水关闭机构5在防渗层内外侧水压的配下合开启或关闭。此时，所述的单向过滤渗水机构4包括输水基孔6和单向渗水过滤层组7，所述的输水基孔6钻设在蓄水库盆盆底的基础中，所述的单向渗水过滤层组7覆设在所述输水基孔6的内壁上，所述的反向封水关闭机构5插接在覆设有单向渗水过滤层组7的输水基孔6中。而所述的单向渗水过滤层组7优选为至少包括透水基层8和反滤包层9，所述的透水基层8固结在输水基孔6的内壁上，所述的反滤包层9固结在透水基层8上，所述输水基孔6的内壁由反滤包层构成。相应的，所述的反向封水关闭机构5至少包括导向输水管10和封水关闭组件11，所述的封水关闭组件11设置在导向输水管10敞开的上端；工作过程中，输水基孔6敞开的上端通过插接在该输水基孔6中的导向输水管10在封水关闭组件11和防渗层3内外侧水压的配合下开启或关闭。此时，所述的导向输水管10优选为由一根钢管构成，在所述钢管的侧壁上均布有多个过水孔12，所述的封水关闭组件11设置在所述钢管敞开的上端上。所述的封水关闭组件11优选为包括固定头13和密封垫14，所述的密封垫14通过所述的固定头13布置在钢管敞开的上端上，输水基孔6敞开的上端通过所述的密封垫14在钢管地下水压力以及库盆水压力的配合下开启或关闭，为了提高关闭效果，所述密封垫14的直径至少比所述输水基孔6的内径大一倍。
当然，为了最大限度的提高消除地下水顶托载荷的效果，本申请布置在库盆盆底上的输水基孔6为多个，各个所述输水基孔6在蓄水库盆盆底内均布；在每一个所述输水基孔6的内壁上均覆设有所述的单向渗水过滤层组7，在每一个所述的输水基孔6中均布置有一个所述的反向封水关闭机构5。更为具体的是，在所述的蓄水库盆盆底设置滑动型单向渗水降压系统时是按下述步骤进行的，
A、根据蓄水库盆盆底地层透水性设置输水基孔6，并钻设所述的输水基孔6；
B、输水基孔6钻制完成后，在所述输水基孔6的底部和四周回填透水基层8和安装反滤包9；
C、将设置有过水孔12的钢管置于输水基孔6内；
D、在钢管顶部安装密封垫14；
E、利用顶部固定头13将密封垫14与钢管紧密固定，并防止漏水；
F、重复步骤A～E步，直到完成所有输水基孔6的钻制、回填、钢管安装以及密封垫14的安装。
综上所述，本申请提供的上述技术方案的特点为，
1、构件简单，施工方便，成本低廉，能有效防止地下水的顶托作用和库水外渗；
2、可使用于不同地层条件，如基岩和覆盖层等；
3、自适应于各种不同的地下水水位和库内水位工况，运行简单。
采用本申请的上述技术手段，通过水压力差自动开启的单向流动装置，消除全库盆防渗结构地下水顶托作用；可适应库内和库外地下水任意水位变化，自动实现隔水和透水功能通。
实施例一
本申请提供的技术方案旨在利用上水库运行过程中库水位变化，和周围地下水水位产生的水头差，在库底设置一套可实现水流单向流动的装置，在地下水水位高于库内水位时，该装置在水压力差自动打开，地下水流入库盆，消除地下水的顶托作用；在地下水水位低于库内水位时，该装置在水压力差自动关闭，将库水和地下水隔离，实现防渗作用。本专利中所述的一种消除全库盆防渗结构地下水顶托作用的方法和装置是指：利用可实现水流单向流动的装置，在库内水位和地下水水位水压力差作用下，自动实现水流的单向流动，达到消除地下水顶托和库水外渗等功能。具体实施步骤如下：
1，全库盆防渗结构底部安装单向流动装置。
A、首先确定根据库盆底部地层透水性，布置安装钻孔，并施钻；
B、钻孔完成后，在钻孔底部和四周回填透水材料和安装反滤包；
C、进而，将透水花管置于孔内；
D、进而，在花管顶部安装密封垫；
E、进而，利用顶部固定头将密封垫和花管紧密固定，并防止漏水；
F、重复步骤A～E，安装下一个装置。
2，当库内水位高于周围地下水水位时，库盆顶部水压大于底部水压，该装置在向下的水压和自重作用下实现封闭，达到库水防渗的目的。
3，当库内水位低于周围地下水水位时，库盆顶部水压低于底部水压，该装置在向上的水压作用下，该装置打开，使库外地下水流入库盆，达到消除地下水顶托作用。
4，重复步骤2、3，进入下一个库水变化循环。
Claims (10)
1.用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构，包括蓄水库盆(1)，其特征在于：所述的布置结构还包括滑动型单向渗水降压系统(2)，在所述蓄水库盆(1)的内壁上铺设有防渗层(3)，位于防渗层(3)内外侧的压力水通过所述的滑动型单向渗水降压系统(2)朝向蓄水库盆(1)内侧单向连通，
其中，所述的防渗层(3)为铺设在蓄水库盆内壁上的沥青混凝土层。
2.根据权利要求1所述的用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构，其特征在于：所述的滑动型单向渗水降压系统(2)包括单向过滤渗水机构(4)和反向封水关闭机构(5)，所述的单向过滤渗水机构(4)镶嵌在蓄水库盆盆底的基础中，单向过滤渗水机构(4)朝向蓄水库盆(1)内的地下水输出口通过所述的反向封水关闭机构(5)在防渗层内外侧水压的配下合开启或关闭。
3.根据权利要求2所述的用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构，其特征在于：所述的单向过滤渗水机构(4)包括输水基孔(6)和单向渗水过滤层组(7)，所述的输水基孔(6)钻设在蓄水库盆盆底的基础中，所述的单向渗水过滤层组(7)覆设在所述输水基孔(6)的内壁上，所述的反向封水关闭机构(5)插接在覆设有单向渗水过滤层组(7)的输水基孔(6)中。
4.根据权利要求3所述的用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构，其特征在于：所述的单向渗水过滤层组(7)至少包括透水基层(8)和反滤包层(9)，所述的透水基层(8)固结在输水基孔(6)的内壁上，所述的反滤包层(9)固结在透水基层(8)上，所述输水基孔(6)的内壁由反滤包层构成。
5.根据权利要求2、3或4所述的用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构，其特征在于：所述的反向封水关闭机构(5)至少包括导向输水管(10)和封水关闭组件(11)，所述的封水关闭组件(11)设置在导向输水管(10)敞开的上端；工作过程中，输水基孔(6)敞开的上端通过插接在该输水基孔(6)中的导向输水管(10)在封水关闭组件(11)和防渗层(3)内外侧水压的配合下开启或关闭。
6.根据权利要求5所述的用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构，其特征在于：所述的导向输水管(10)由一根钢管构成，在所述钢管的侧壁上均布有多个过水孔(12)，所述的封水关闭组件(11)设置在所述钢管敞开的上端上。
7.根据权利要求6所述的用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构，其特征在于：所述的封水关闭组件(11)包括固定头(13)和密封垫(14)，所述的密封垫(14)通过所述的固定头(13)布置在钢管敞开的上端上，输水基孔(6)敞开的上端通过所述的密封垫(14)在钢管地下水压力以及库盆水压力的配合下开启或关闭，
其中，所述密封垫(14)的直径至少比所述输水基孔(6)的内径大一倍。
8.根据权利要求7所述的用于消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的布置结构，其特征在于：布置在库盆盆底上的输水基孔(6)为多个，各个所述输水基孔(6)在蓄水库盆盆底内均布；在每一个所述输水基孔(6)的内壁上均覆设有单向渗水过滤层组(7)，在每一个所述的输水基孔(6)中均布置有一个所述的反向封水关闭机构(5)。
9.采用权利要求8所述布置结构消除全库盆防渗结构地下水顶托载荷的工艺方法，其特征在于：所述的工艺方法通过设置在蓄水库盆盆底上的滑动型单向渗水降压系统(2)平衡掉蓄水库盆防渗层内外的水压力来消除地下水的顶托载荷，
其中，所述的滑动型单向渗水降压系统(2)只能在蓄水库盆内的水位低于蓄水库盆外的水位时朝向蓄水库盆内侧单向连通来平衡蓄水库盆防渗层内外的水压力。
10.根据权利要求9所述的工艺方法，其特征在于：在所述的蓄水库盆盆底设置滑动型单向渗水降压系统时是按下述步骤进行的，
A、根据蓄水库盆盆底地层透水性设置输水基孔(6)，并钻设所述的输水基孔(6)；
B、输水基孔(6)钻制完成后，在所述输水基孔(6)的底部和四周回填透水基层(8)和安装反滤包(9)；
C、将设置有过水孔(12)的钢管置于输水基孔(6)内；
D、在钢管顶部安装密封垫(14)；
E、利用顶部固定头(13)将密封垫(14)与钢管紧密固定，并防止漏水；
F、重复步骤A～E步，直到完成所有输水基孔(6)的钻制、回填、钢管安装以及密封垫(14)的安装。
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