張曉斐

（陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院陜西西安710018）

砂土性蓄水區(qū)防滲方式探討

張曉斐

（陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院陜西西安710018）

本文對砂土性蓄水區(qū)防滲處理方法進(jìn)行了簡要介紹，并以西安某河道人工蓄水區(qū)為例，分析了采用不同方式對砂土蓄水區(qū)防滲處理的設(shè)計(jì)、施工及相關(guān)檢測，結(jié)果表明，對砂土性蓄水區(qū)防滲處理采用粘土防滲與土工織物防滲相結(jié)合的方式是可行的。

防滲；土工膜；砂土；粘土；垂直防滲

1　場地工程地質(zhì)概況

工程區(qū)位于關(guān)中盆地中部，渭河流經(jīng)盆地偏南部位，灃河在渭河一級階地上建造了河槽，工程涉及灃河河槽、漫灘及渭河一級階地。工作區(qū)內(nèi)灃河漫灘沿灃河展布，灃河漫灘高程約381.53m～382.84m，寬50m～200m不等，渭河一級階地高程約388.52m～394.12m。蓄水區(qū)為灃河漫灘及河槽，蓄水高程低于渭河一級階地高程。工程區(qū)地層上部巖性以壤土、粘土為主，大孔隙，厚1m～3m，下部為灰黃色—青灰色粗砂和中細(xì)砂，下粗上細(xì)，松散，分選性好，成份以石英、長石為主。蓄水高度以下主要為粗砂和中細(xì)砂。

工程設(shè)計(jì)蓄水建筑物主要是沿河道修建橡膠壩蓄水工程，蓄水區(qū)布設(shè)護(hù)坡工程，護(hù)坡工程長度7.4km，現(xiàn)狀同時(shí)施工堤防工程，工程開挖有大量的粘性棄土，根據(jù)調(diào)查和現(xiàn)有的地質(zhì)資料，現(xiàn)狀河道水位與兩岸地下水的關(guān)系為，河道水位高于兩岸的地下水位，這就使得河道水需要對兩岸的地下水補(bǔ)給，當(dāng)橡膠壩修建蓄水后，河道水位同樣高于兩岸的地下水位，這種情況對河道擬建的橡膠壩蓄水產(chǎn)生了極為不利的影響；而且蓄水區(qū)的平均滲透系數(shù)比較大，約為4.6m/d，即5.3×10-5m/s，根據(jù)達(dá)西定律計(jì)算河道在正常蓄水位情況下蓄水區(qū)水域的年滲漏損失量為3194萬m3，這對于蓄水產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，是蓄水最主要的影響因素。

2　防滲處理方法選擇及設(shè)計(jì)

針對實(shí)際情況，為了解決蓄水區(qū)嚴(yán)重的滲漏問題，需要對蓄水區(qū)采取一定的防滲處理措施以滿足橡膠壩的蓄水要求。本次需要對蓄區(qū)水底、兩岸護(hù)坡進(jìn)行防滲處理。

（1）蓄水區(qū)底部防滲

為減小蓄水滲漏，滿足水面工程水量的要求，必須對蓄水區(qū)底部進(jìn)行防滲處理。本次提出以下三種防滲方案進(jìn)行比較分析。

方案一：水平土工膜防滲

措施：在蓄水區(qū)范圍全部鋪上一層土工膜，在土工膜的上部鋪設(shè)一層1m厚的細(xì)沙防護(hù)層，在土工膜的底部鋪設(shè)一層15cm的細(xì)粒土墊層以保證土工膜的強(qiáng)度和抗老化能力。

優(yōu)點(diǎn)：鋪設(shè)和檢修方便，不易老化，可以保證河道的蓄水量達(dá)到所要設(shè)計(jì)的蓄水量。缺點(diǎn)：影響該區(qū)域河道的地下水補(bǔ)給，投資大，會(huì)對周圍生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

方案二：蓄水區(qū)底部鋪設(shè)②1壤土防滲

措施：對整個(gè)蓄水區(qū)底部全斷面鋪設(shè)1m厚的②1壤土，壓實(shí)度為0.93.根據(jù)地質(zhì)資料②1型原狀壤土的滲透系數(shù)4.89×10-5cm/s，平均滲透系數(shù)至少小于現(xiàn)有河床材料的100倍；在試驗(yàn)室經(jīng)過壓實(shí)后壤土的滲透系數(shù)為1.3×10-6cm/s，考慮到施工因素，實(shí)際的滲透系數(shù)要大于理論值，建議滲透系數(shù)擴(kuò)大一倍考慮，即2.6×10-6cm/s。

優(yōu)點(diǎn)：未破壞原有的河道水與兩岸地下水的關(guān)系，對周圍的環(huán)境基本不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。②1壤土基本為蓄水區(qū)周圍老堤防開挖的棄土，堤防開挖的壤土可以滿足蓄水區(qū)底防滲的需要。缺點(diǎn)：施工時(shí)②1壤土中可能會(huì)摻雜其它的粘性土，滲透系數(shù)可能有所增大，會(huì)造成實(shí)際的蓄水區(qū)滲漏量比理論上要稍大。

方案三：垂直防滲措施

措施：在橡膠壩附近的河床橫斷面處布置混凝土防滲墻，橫貫整個(gè)河床并延伸到兩岸，采用混凝土防滲墻將全部透水層截?cái)?，是比較有效的防滲措施。

優(yōu)點(diǎn)：混凝土防滲墻施工技術(shù)易掌握，對各種地層適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：由灃河橡膠壩橫斷面處的地質(zhì)剖面圖可以看出，該區(qū)域的粗砂層較深，從地質(zhì)資料分析透水層厚度大于35m，地質(zhì)資料未見相對不透水層，混凝土防滲墻在此深度防滲效果不是很好，另外該方案投資較大。

在本工程中，結(jié)合地質(zhì)條件，相對不透水層埋深太深，不宜設(shè)置垂直防滲；全斷面鋪設(shè)土工膜施工和施工導(dǎo)流都比較困難，而且對周圍的地下水環(huán)境影響較大，投資較高；最后從投資、施工工藝、工程經(jīng)驗(yàn)、防滲效果及對河道地下水位影響等方面綜合比較，本次推薦采用全斷面鋪設(shè)1m厚的②1壤土并夯填的防滲方案，壓實(shí)度為0.93。省內(nèi)桃曲坡水庫與羊毛灣水庫的防滲采用此種方式，有成功的案例。具體方案比較見表1。

（2）兩岸護(hù)坡防滲設(shè)計(jì)

為減少滲漏，在進(jìn)行蓄水底部防滲的同時(shí)，還需對兩岸護(hù)坡進(jìn)行防滲。受施工難度及護(hù)坡坡比影響此次護(hù)坡防滲采用護(hù)坡后鋪設(shè)土工膜防滲。兩岸的護(hù)坡防滲與蓄水區(qū)底部壤土防滲可以形成良好的防滲結(jié)合體。

表1　蓄水區(qū)底部防滲處理方案比較

表2　蓄水區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)河底滲漏量分段計(jì)算表

3　滲漏損失計(jì)算

進(jìn)行防滲處理后計(jì)算方法根據(jù)中國水利水電出版社《渠道防滲工程技術(shù)》，采用有防滲層渠道滲漏量損失的計(jì)算方法，對于有土質(zhì)防滲層（土料夯實(shí)層）的渠道，其滲漏損失常采用下式估算，即

式中：

SF——有防滲層渠道每公里渠長的滲漏量，m3/s；

K1——防滲層滲透系數(shù)，m/天，經(jīng)室內(nèi)土工試驗(yàn)，其值為1.3×10-6cm/s；考慮到施工因素，建議滲透系數(shù)擴(kuò)大一倍考慮，即2.6×10-6cm/s；

b——渠底寬度，m；

δ——防滲層的厚度，m；

h——渠道水深，m；

hv——在防滲層底部的負(fù)壓，其值取渠床土層毛細(xì)管水最大上升高度，當(dāng)?shù)叵滤辉谇驳撞康穆裆钚∮?倍的hv時(shí)，hv=0；

計(jì)算過程見表2

由上述估算結(jié)果可知，采取防滲措施后，工程區(qū)內(nèi)湖底滲漏量僅0.0948m3/s，即8191m3/d，蓄水區(qū)的年滲漏損失量僅為297萬m3，蓄水區(qū)的滲漏損失量對橡膠壩的蓄水產(chǎn)生較小的影響。

4　防滲效果分析

此次推薦庫底全斷面鋪設(shè)大約1m厚的②1壤土防滲方案，防滲壤土的頂部高程為382.0m～382.7m，為防止形成的防滲層被洪水沖刷，此次在在壤土防滲區(qū)每隔500m設(shè)置肋帶一條，肋帶采用混凝土形式，頂寬1m，臨水側(cè)坡比1∶2，背水側(cè)坡比為1∶3，高度為0.5m，壩底板高程為383.7m，與蓄水區(qū)尾部擋墻及肋帶共同保護(hù)防滲體。可以有效的防止壤土層被洪水所破壞。經(jīng)過工程試運(yùn)行防滲效果良好，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5　結(jié)語

通過該工程實(shí)踐可以得出如下的結(jié)論：（1）對砂土性蓄水區(qū)防滲處理采用粘土防滲方式是可行的；（2）對于蓄水區(qū)有護(hù)坡結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)的部分建議采用粘土防滲與土工織物防滲相結(jié)合的方式。陜西水利

［1］砂土地基上人工湖防滲方案的技術(shù)分析與經(jīng)濟(jì)比較［J］.水運(yùn)工程.2014.10.

［2］《土工合成材料工程應(yīng)用手冊》，中國建筑工業(yè)出版社，2000

（責(zé)任編輯：暢妮）

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