蔡曉凌，吳希華

（1.遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng)110006；2.水利部松遼水利委員會(huì)，吉林 長(zhǎng)春130021）

1 工程概況

大凌河義縣城區(qū)段生態(tài)河道工程主要內(nèi)容包括：大凌河1號(hào)、2號(hào)橡膠壩及人工湖防滲工程。大凌河1號(hào)橡膠壩位于錦阜高速鐵路橋上游100m處，回水末端到擬建的2號(hào)橡膠壩壩下，回水長(zhǎng)度為1450m，壩長(zhǎng)387.5m。大凌河2號(hào)橡膠壩位于北關(guān)橋橋下游500m處，回水末端到錦阜鐵路橋下，回水長(zhǎng)度為1800m，壩長(zhǎng)387.5m。

2 地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

地質(zhì)勘察揭露的人工湖地段地層巖性主要為素填土、雜填土、細(xì)砂、圓礫、卵石及全風(fēng)化互層狀的粉砂巖、泥巖等。

1）雜填土層厚0.70～7.50m，層底埋深0.70～7.50m。

2）細(xì)砂層厚2.20～2.50m，層頂埋深4.00～7.50m。

3）粉質(zhì)粘土層厚3.20m，層頂埋深5.40m。

4）圓礫層厚1.40～4.30m，層頂埋深0.70～9.70m。

5）卵石層厚1.10～1.50m，層頂埋深5.00～10.00m。

6）全風(fēng)化互層狀粉砂巖、泥巖，揭露厚度2.70～4.40m，層頂埋深4.40～12.40m。

2.2 水文地質(zhì)條件

勘察人工湖地段穩(wěn)定水位埋深0.30～8.60m，地下水類(lèi)型為第四系孔隙潛水，賦存于細(xì)砂、圓礫及卵石層中，與河水聯(lián)系較密切，在河床處地下水與地表水連為一體。地下水主要受大凌河水側(cè)向逕流及大氣降水入滲補(bǔ)給，以側(cè)向徑流及蒸發(fā)形式排泄，地下水位變幅1.0m左右。

3 防滲方案比選

3.1 防滲必要性

根據(jù)人工湖蓄滿分析，人工湖周邊地層主要由圓礫及卵石組成，屬?gòu)?qiáng)透水，滲漏嚴(yán)重，人工湖僅依靠上游水庫(kù)棄水的蓄滿保證率較低，因此必須進(jìn)行全截?cái)喾罎B，減少滲漏損失水量，提高人工湖蓄滿保證率。

3.2 防滲方案比較

橡膠壩基礎(chǔ)為細(xì)砂、圓礫、卵石，需要對(duì)主河槽防滲設(shè)計(jì)，形成人工湖。目前，對(duì)人工湖可行的防滲處理的方法主要有水平防滲法和垂直防滲兩種方法，垂直防滲包括開(kāi)挖截滲槽、攪拌樁、板樁、混凝土截滲墻及垂直鋪塑法等。由于該工程河段地下水位較高，開(kāi)挖截滲槽降水比較困難；在砂礫卵石地基條件下采用攪拌樁施工困難且吃漿量較大，工程質(zhì)量難以控制；板樁和混凝土截滲墻造價(jià)較高。經(jīng)綜合分析，僅對(duì)垂直鋪塑法和水平防滲法進(jìn)行方案比較。

3.2.1 垂直鋪塑技術(shù)

垂直鋪塑技術(shù)是20世紀(jì)80年代初開(kāi)始研制發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的防滲技術(shù)，經(jīng)過(guò)二十余年的發(fā)展和革新，該技術(shù)已日趨成熟并廣泛應(yīng)用于水庫(kù)大壩和江河、湖泊大堤的防滲加固工程。垂直鋪塑法施工工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、成本低、防滲效果好，在國(guó)內(nèi)水利防滲工程中得到了廣泛的應(yīng)用，形成了比較成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。與較早的其它防滲技術(shù)相比較，垂直鋪塑防滲技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

1）開(kāi)槽機(jī)造槽經(jīng)濟(jì)適用。開(kāi)槽機(jī)是垂直鋪塑防滲技術(shù)施工開(kāi)槽的主要設(shè)備，它是根據(jù)防滲技術(shù)要求和有利于施工兩個(gè)方面研制的，槽孔的深淺、寬窄可以調(diào)節(jié)，能夠滿足不同工程設(shè)計(jì)要求。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，施工速度快，造孔經(jīng)濟(jì)適用。

2）防滲材料性能好、價(jià)格低。垂直鋪塑所采用的防滲材料一般為土工膜。這類(lèi)材料防滲效果好，其本身滲透系數(shù)一般達(dá)到10-11cm/s，柔性好，易于施工，壽命長(zhǎng)，在地下良好的保護(hù)狀態(tài)下，其工作壽命至少在50年以上。

3.2.2 水平防滲法

在基礎(chǔ)滲透系數(shù)較大、相對(duì)不透水層較深的地質(zhì)條件下，也可采用全斷面土工膜的水平防滲方法，土工膜上壓蓋1.5~2.0m厚砂礫料蓋重。該方法常應(yīng)用在人工湖防滲中，具有如下特點(diǎn)：

1）防滲材料性能好。水平防滲所采用的土工膜防滲材料性能同垂直鋪塑。

2）施工技術(shù)簡(jiǎn)單。土工膜鋪設(shè)技術(shù)已經(jīng)是比較成熟的施工工藝，施工方便。

3.2.3 工程量及投資比較

通過(guò)對(duì)垂直鋪塑法與水平防滲法兩種防滲處理方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，垂直鋪塑方案投資少、施工方便、施工速度快，結(jié)合該工程的地質(zhì)條件和進(jìn)度計(jì)劃安排，確定采用垂直鋪塑的基礎(chǔ)防滲結(jié)構(gòu)形式。

4 垂直鋪塑防滲設(shè)計(jì)

1）垂直鋪塑防滲帷幕線布置。采用垂直鋪塑防滲技術(shù)，在主河槽上沿橡膠壩兩側(cè)各設(shè)一道垂直防滲體伸入相對(duì)不透水層，使每道橡膠壩上游都形成一個(gè)全封閉防滲體。在左右岸主河槽部位，帷幕軸線位于護(hù)坡防護(hù)結(jié)構(gòu)外3.0m。在兩座橡膠壩前，帷幕軸線位于鋪蓋前2.0m，土工膜與鋪蓋混凝土連接。土工膜上澆筑0.3m厚C20鋼筋混凝土護(hù)板。垂直鋪塑時(shí)，部分樹(shù)木及坑塘?xí)绊懙酱怪变佀茚∧惠S線的位置，施工時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整帷幕軸線的位置。

2）垂直鋪塑防滲帷幕長(zhǎng)度。根據(jù)地質(zhì)條件，橡膠壩前及其回水長(zhǎng)度內(nèi)兩岸均需要進(jìn)行防滲，總防滲長(zhǎng)度8290m，其中左岸長(zhǎng)3600m，右岸長(zhǎng)3010m，每座橡膠壩前長(zhǎng)840m。

3）垂直鋪塑深度。帷幕深度4.70～12.70m，下部入基巖0.3m。

4）土工膜防滲材料選擇。目前，土工合成材料逐漸形成了功能齊全的系列產(chǎn)品和相應(yīng)工藝技術(shù)。在防滲工程上，應(yīng)用較多的土工膜，無(wú)論是在物性、水力特性和環(huán)境特性上都經(jīng)過(guò)了許多大小工程的考驗(yàn)，應(yīng)用二十多年后取樣檢測(cè)性能優(yōu)良。土工膜現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于巖土工程的各個(gè)領(lǐng)域，不同的工程對(duì)材料有不同的功能要求，并以此選擇不同類(lèi)型和不同種類(lèi)的土工膜。土工膜的一般性能包括物理、力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)和耐久性等。在工程應(yīng)用中更重視其防水（滲透性及透氣性）、抗變形的能力及耐久性。大量工程實(shí)踐證明，土工膜有很好的防水性，有很好的彈性和適應(yīng)變形的能力，能承受不同的施工條件和工作應(yīng)力，有良好的耐老化能力，處于水下、土中的土工膜的耐久性更為突出?？傊?，可以認(rèn)為土工膜具有十分突出的防滲性能。

根據(jù)SL/T225-98）《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，采用LDPE低密聚乙烯復(fù)合土工膜作為防滲層，截?cái)嗟叵滤?，土工膜厚度采?.5mm。

5 工程實(shí)施

1）成槽設(shè)備選擇。垂直鋪塑成槽設(shè)備包括兩大類(lèi)，第一類(lèi)是鏈槽機(jī)和鋸槽機(jī)。鏈槽機(jī)是通過(guò)鏈條循環(huán)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)幾排刮刀切割土體成槽；鋸槽機(jī)是靠開(kāi)槽機(jī)桿臂的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用水力沖割和刀具切割破壞土體成槽。兩者共同特點(diǎn)是沿軸線對(duì)稱(chēng)鋪設(shè)兩條鋼軌，軌道上安裝開(kāi)槽機(jī)，泥漿固壁，通過(guò)聯(lián)動(dòng)裝置卷簾鋪塑，開(kāi)槽與鋪設(shè)同步作業(yè)，適用于粉土、粉質(zhì)粘土及粉細(xì)砂等地層，鋪塑深度一般10~15m，槽寬18~30cm。第二類(lèi)是液壓式抓斗開(kāi)槽機(jī)和機(jī)械抓斗開(kāi)槽機(jī)。液壓式抓斗開(kāi)槽機(jī)是通過(guò)液壓動(dòng)力源為液壓缸提供動(dòng)力，從而驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)組合斗的開(kāi)合在地基上挖槽；機(jī)械抓斗開(kāi)槽機(jī)一般靠繩索驅(qū)動(dòng)抓斗開(kāi)合完成在地基上挖槽。兩者共同特點(diǎn)是不需鋪設(shè)鋼軌，適用于粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂及卵礫石等地層，成槽深度可達(dá)數(shù)十米至上百米，槽寬視需要。該工程地層中含有圓礫、卵石，不適用于鏈槽機(jī)和鋸槽機(jī)等第一類(lèi)成槽設(shè)備，故選擇了液壓式抓斗開(kāi)槽機(jī)。

2）槽口導(dǎo)向墻及開(kāi)槽施工。沿帷幕線兩側(cè)分別澆筑C15混凝土槽口導(dǎo)向墻，墻寬50cm，高50 cm。待導(dǎo)向墻強(qiáng)度達(dá)到要求后，采用液壓式抓斗開(kāi)槽機(jī)挖槽，槽寬40cm。

3）鋪塑施工。前面開(kāi)槽機(jī)成槽后，土工布按一定方式集卷后移至槽邊，拉出一端與鋪設(shè)工具人工連接，徐徐送入槽內(nèi)，并不斷將土工布展開(kāi)送至槽底；同時(shí)，土工布上的袋子用砂土填充，將土工布固定在槽內(nèi)。土工膜采用搭接方式，搭接寬度不小于1.0m。土工膜鋪入槽內(nèi)后，及時(shí)進(jìn)行膜兩側(cè)填土，并在槽底回填粘土，厚度為1.0m，粘土要求粘粒含量35%，塑性指數(shù)15，含水量不大于塑限。

4）壓頂施工。鋪塑施工完成后，主河槽兩側(cè)帷幕上部采用1.2m寬0.5m厚C20混凝土壓頂。回填混凝土壓頂，目的是密封，以防止水從下部繞滲，待土工膜出槽后，將其與建筑物防滲體系連接，不得外露。在與建筑物連接處，土工膜應(yīng)留有足夠的富裕，以防建筑物變形時(shí)拉斷土工膜。在兩座橡膠壩前，帷幕軸線位于鋪蓋前2.0m，土工膜與鋪蓋混凝土粘接。土工膜上覆0.1m厚中粗砂墊層，其上澆筑0.3m厚C20鋼筋混凝土護(hù)板。

6 結(jié) 語(yǔ)

工程采用垂直鋪塑防滲技術(shù)，解決義縣城區(qū)段生態(tài)河道工程基礎(chǔ)防滲問(wèn)題，針對(duì)地層中含有圓礫、卵石的地質(zhì)條件，采用了液壓式抓斗開(kāi)槽機(jī)進(jìn)行開(kāi)槽施工，工程實(shí)施順利。工程完工后近兩年運(yùn)行，證明防滲效果良好。