水利水電工程師如何防止溢洪道出現(xiàn)滲漏、空蝕、裂縫？

泄水建筑物的防險加固的技術(shù),關(guān)鍵在于溢洪道堰底的防滲處理,防滲處理是項復(fù)雜的工程,必須綜合考慮滲漏的因素。溢洪道滲漏主要表現(xiàn)在臨時的溢洪道部位為作妥善的處理,結(jié)合層面出現(xiàn)漏水情況;未能很好處理位于土基或風(fēng)化巖基上溢洪道的基礎(chǔ),導(dǎo)致溢洪道基部經(jīng)不起高水位水壓而向下游滲漏;未能很好做好溢洪道與水墻和底部結(jié)合處的防滲措施,導(dǎo)致溢洪道經(jīng)不起高水位水壓而往壩底滲流。未能很好處理溢洪道與導(dǎo)水墻的防滲措施,滲水從墻面滲漏。

1.2 溢洪道防滲措施

溢洪道地基情況復(fù)雜多變,水流過流段長,可通過很多途徑滲入建筑物的地基,故應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆罎B措施,其措施可參考如下。(1)洪道防滲和排水系統(tǒng)同時設(shè)置,以達到減少滲漏、降低水體局部壓力的目的,保證地基滲流穩(wěn)定和堰底抗滑穩(wěn)定。(2)當(dāng)?shù)鼗鶠槿跬杆畬訒r,可不設(shè)帷幕,只在堰基上游部位采用灌漿應(yīng)進行固結(jié),設(shè)置排水設(shè)施降低滲透壓力即可。(3)當(dāng)?shù)鼗掠忻黠@隔水層時,則應(yīng)設(shè)置帷幕,帷幕到該隔水層的伸入宜在2.5米左右,帷幕與溢洪道的銜接要求根據(jù)溢洪道與壩肩的具體而定。(4)當(dāng)?shù)鼗南鄬Ω羲畬勇癫剌^深,則要增加帷幕的深度和厚度。

2 空蝕現(xiàn)象的防止

2.1 空蝕現(xiàn)象

液體在流動過程中,水流條件由于局部壓力下降,出現(xiàn)負壓現(xiàn)象,水體遭到破壞,液體氣化,逸出后出現(xiàn)空泡,這一過程成為空化現(xiàn)象?？张蓦S著液體流入壓力較大的區(qū)域,在正壓力之下潰滅,產(chǎn)生的巨大壓力反復(fù)沖擊固體邊界,引起壁面邊界的材料老化和剝落,這種現(xiàn)象即是空蝕。溢洪道的溢流面不甚平整的話,當(dāng)高速水流通過,也會產(chǎn)生部分液體壓力不均的現(xiàn)象,出現(xiàn)水泡,水泡在潰滅后將對腐蝕溢流面的材料?？瘴g現(xiàn)象對于任何一項水利工程來說危害性是極大的,它能使所有材料損毀,其破壞力很大,嚴(yán)重的空蝕不僅會影響泄水建筑物的正常運行,而且需要花較長的時間和較多的經(jīng)費去維修。

2.2 防止方法

為了防止溢洪道空蝕現(xiàn)象的出現(xiàn),我們必須將設(shè)計、施工和養(yǎng)護三方面一起抓,其具體措施如下。

(1)符合液體流動的設(shè)計。設(shè)計時候必須將液體的流動狀態(tài)與壓力狀況全面考慮,防止出現(xiàn)壓力不均出現(xiàn)空泡。(2)選擇抗腐蝕的材料,加固溢流面,保持溢流面的平正和潔凈,即保持水流的流動呈流線型,當(dāng)高速水流通過,部分液體的壓力也不會發(fā)生變化,空蝕現(xiàn)象就難以出現(xiàn)。(3)設(shè)計氣體通風(fēng)孔?？瘴g現(xiàn)象由液體氣化后氣體的變化造成,因此,我們在溢洪道施工時要設(shè)計通風(fēng)孔;空蝕的氣體逸散局部低壓區(qū),在通風(fēng)口的設(shè)置時也要恰到位置。(4)按時檢查溢洪道溢流面的情況,發(fā)現(xiàn)破損時,采用抗腐蝕材料及時修補。

3 施工混凝土裂縫技術(shù)防范

3.1 原因與危害

泄洪建筑泄洪道施工采用混凝土在溫差的影響下往往出現(xiàn)早期和后期施工的裂縫。早期裂縫主要是混凝土導(dǎo)熱性能較差,澆筑后因水泥水化熱作用下溫度升高,導(dǎo)致內(nèi)外出現(xiàn)溫差和干燥,引起內(nèi)部受壓而產(chǎn)生裂縫。后期裂縫主要由基礎(chǔ)溫差引起。泄洪道裂縫引發(fā)混凝土層面的剝落,并且在外界物理、化學(xué)因素的作用下不斷擴展,加速泄洪道材料銹蝕,導(dǎo)致混凝土的抗凍性及耐久性的降低,增加發(fā)生泄露垮塌事故發(fā)生地系數(shù)。

3.2 技術(shù)措施

溢洪道一旦裂縫出現(xiàn)進行修補的話,不但增加成本,對泄洪建筑耐久性也將產(chǎn)生影響,因此防止裂縫出現(xiàn),必須防范于未然,其主要技術(shù)措施如下。

(1)嚴(yán)格選擇和使用材料,保證泄洪建筑在規(guī)定強度、耐久性的要求下滿足施工的要求,減少水泥用量和降低混凝土的絕熱溫升。(2)混凝土中摻人可以提高混凝土密度的外加劑,提高混凝土抗碳化性,減少碳化收縮。(3)減少水分蒸發(fā),減少干燥收縮,可以在混凝土表面形成微膜,增加其和易性。(4)在保證強度的前提下,可以減少混凝土中水泥用量;改善水泥漿的稠度,減少泌水、沉縮變形;另外摻入減水劑后混凝土緩凝時間越長,越能有效地防止水泥水化放熱,避免塑性收縮情況的出現(xiàn)。

4 其他常見問題的解決

4.1 常見問題

溢洪道的設(shè)計與布置直接不僅關(guān)系到整個泄洪建筑工程的造價,而且事關(guān)該工程的穩(wěn)定與安全,欲解決這些問題,我們還須對這些問題進行剖析。

(1)由于溢洪道設(shè)計尺寸的偏小,對洪水標(biāo)準(zhǔn)的采用偏低,洪水?dāng)?shù)據(jù)也泄洪能力不足,保證不了泄洪的安全。(2)溢洪道離壩身較近的進出口沒有設(shè)置有效地護砌,容易引起沖蝕情況,經(jīng)不起橫流的沖刷,對于泄洪建筑來說都是極不安全的。(3)溢洪道平面彎道半徑的設(shè)計不規(guī)范,沒有充分考慮到彎道的流態(tài)與流勢的變化,影響到泄流的能力,對泄洪道的襯砌造成沖擊。(4)部分溢洪道的布置沒有有效做好反濾襯砌,布置在在非巖性山坡上,在縱橫剖面及平面布置設(shè)計不當(dāng),結(jié)構(gòu)很不穩(wěn)定,影響了泄洪能力,滲水后也容易易產(chǎn)生滑坡,直至整個建筑物破壞。(5)溢洪道消能工設(shè)計方法不完善,忽略了平流段時進口水位,消力墻長度和深度均不能滿足需要,選擇與考慮的條件不充分,消能不夠充分,導(dǎo)致下游河段發(fā)生嚴(yán)重沖刷。(6)側(cè)槽式溢洪道設(shè)計中側(cè)槽深度不夠,流量系數(shù)減小,使側(cè)堰局部呈現(xiàn)淹沒出流,達不到設(shè)計要求的泄量,對泄洪建筑來說很不安全。(7)溢洪道設(shè)計時缺乏對泄洪的特點和基礎(chǔ)特性的全面考慮,在溢洪道下泄的高速水流沖擊下產(chǎn)生劇烈的震動。(8)溢洪道沒有反濾排水設(shè)備,容易發(fā)生塌滑,,致使溢洪道襯砌發(fā)生一些裂縫,影響到整個泄洪建筑的工程。

4.2 解決問題的技術(shù)措施

溢洪道設(shè)計與施工要求全面掌握有關(guān)數(shù)據(jù)與資料,選用嚴(yán)謹?shù)募夹g(shù),施工時必須達到設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn),保證整個工程的安全與造價,有關(guān)的技術(shù)措施,筆者認為可以總結(jié)如下。

(1)選擇有利地理環(huán)境。溢洪道工程的規(guī)劃布局必須選擇有利的地理環(huán)境,可考慮基礎(chǔ)堅硬、路線比較短、出口遠離壩底的地方,盡量避免彎道之處,總之,理想的地理環(huán)境既能減少不必要的工程投入,又能保證整個溢洪道工程的安全。

(2)彎道設(shè)置。彎道的設(shè)置主要相對近口段的形狀而言,為了避免對壩腳的沖擊,彎道的曲度要求平緩,其下游銜接段盡量遠離壩腳。

溢洪道施工的不利因素不僅事關(guān)工程的質(zhì)量與成敗,對于泄洪建筑的安全也有很大的關(guān)系,我們務(wù)必對其加以重視,建筑時要求全面預(yù)測可能出現(xiàn)的問題,并摸索出一套行之有效的解決方法和技術(shù)措施。

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