東湖調(diào)蓄工程防滲設(shè)計

□應(yīng)乃武　□王　帥　□賈娟娟（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

?

東湖調(diào)蓄工程防滲設(shè)計

□應(yīng)乃武□王帥□賈娟娟（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

項目區(qū)是焦作市新區(qū)的糧食主產(chǎn)區(qū)之一，由于長期以來受缺水的影響，項目區(qū)糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)，農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展緩慢，人民生活相對貧困。引蓄水工程建成后，因缺水導(dǎo)致的糧食產(chǎn)量低迷現(xiàn)狀將得到徹底改善，對于加快焦作市新區(qū)糧食生產(chǎn)核心區(qū)的建設(shè)，提高糧食綜合生產(chǎn)能力，保障糧食安全具有積極的意義。文章詳細介紹了東湖調(diào)蓄工程的設(shè)計過程，分析了防滲方案的選擇、滲流分析的要點及方法。

防滲方案；護岸形式；滲流分析

1　工程概況

焦作市東湖調(diào)蓄工程項目區(qū)位于焦作市東南部，占地面積41.03 km2，地理位置約東經(jīng)113°10′～113°22′，北緯35° 11′～35°18′，屬焦作市高新區(qū)，為糧食主產(chǎn)區(qū)。擬建東湖調(diào)蓄工程處于新區(qū)東部，新河以南，大沙河以北，河?xùn)|路以東，文昌路以西，距焦作市約22 km。

東湖調(diào)蓄工程紅線占地307.80 hm2，工程建成后可形成水面面積197.40 hm2，景觀綠化面積110.40 hm2。東湖總庫容836 萬m3，興利庫容575萬m3，調(diào)洪庫容232萬m3，死庫容29萬m3，正常蓄水位84.50 m，供水對象包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)及水系生態(tài)。

2　東湖防滲工程設(shè)計

調(diào)蓄湖防滲工程是成湖工程的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一方面，防滲體要能有效地控制池體滲漏量，以便能夠蓄水成池；另一方面，防滲體滲透系數(shù)不能太小，以利于池內(nèi)水體與地下水相互交換，防止出現(xiàn)各種生態(tài)環(huán)境問題，因此要求防滲體的滲透系數(shù)應(yīng)具有可控性，防滲體為有限防滲。

2.1工程地質(zhì)條件

調(diào)蓄湖區(qū)地層主要巖性為重粉質(zhì)壤土、輕粉質(zhì)壤土、粉（細）砂等，各層空間分布穩(wěn)定，為粘砂多層結(jié)構(gòu)。地下水賦存于①、②層壤土中，勘察期間潛水埋深3～7.90 m左右，高程為76.92～81.92 m左右，年內(nèi)水位變幅1.50～4 m。①層重粉質(zhì)壤土（alplQ4）滲透系數(shù)1.14E-05，②層重粉質(zhì)壤土（alplQ4）滲透系數(shù)2.03E-05，③層重粉質(zhì)壤土（alplQ4）滲透系數(shù)2.36E-05，③-1重粉質(zhì)壤土alplQ4）滲透系數(shù)4.88E-05。

東湖北湖的平均挖深4.50 m，南湖的平均挖深5.20 m，設(shè)計湖底高程81.30 m，正常蓄水位84.50 m。地下水位一般低于正常蓄水位，存在湖水滲漏問題。

2.2防滲方案

根據(jù)東湖的地質(zhì)條件，選擇以下四種防滲方案進行比較。

2.2.1方案一：壤土鋪蓋防滲

東湖湖底和邊坡均采用壤土鋪蓋防滲，壤土鋪蓋厚度為0.50 m。壤土鋪蓋防滲是水利工程中常用的一種水平防滲處理方法，屬于完全天然的池底防滲材料，有利于主池區(qū)水生動植物的生長和水系生態(tài)環(huán)境的維護。壤土鋪蓋防滲層施工難度較低，壤土鋪蓋對地層的變形有良好的適應(yīng)性，防滲效果有保證。

2.2.2方案二：全斷面復(fù)合土工膜防滲

東湖全斷面復(fù)合土工膜防滲，土工膜上采用開挖料鋪蓋保護。復(fù)合土工膜是一種性能良好的新型柔性防滲材料，具有施工簡單，防滲效果明顯和使用壽命長的優(yōu)點。但是，復(fù)合土工膜不利于池內(nèi)水體與地下水的交換，不利于水體自凈和水質(zhì)保護，也不利于水生動植物的繁殖和生態(tài)環(huán)境的自然平衡。

2.2.3方案三：土工合成粘土襯墊防滲

土工合成粘土襯墊（簡稱GCL膨潤土防水毯）是一種新型的土工合成材料，它是以針織法將天然鈉質(zhì)膨潤土和高強度土工布針織在一起，形成的一種毯狀針織物。它與土工膜同屬土工合成材料，除具有復(fù)合土工膜的優(yōu)點外，還具有高柔韌性和強抗應(yīng)變能力，施工也比復(fù)合土工膜簡單方便。由于其原材料主要為膨潤土和土工織物，其中膨潤土由凝灰?guī)r或基它火山巖在堿性介質(zhì)下蝕變而成，屬天然材料，該種材料在鄭東新區(qū)CBD中心湖池底鋪設(shè)了2萬m2。

2.2.4方案四：岸坡復(fù)合土工膜湖底不防滲

采用復(fù)合土工膜對岸坡進行防滲護砌，可有效解決湖水的側(cè)面防滲問題。根據(jù)東湖的地質(zhì)資料，設(shè)計湖底高程81.30 m，湖底以下的地層分別為②、③、③-1重粉質(zhì)壤土層，滲透系數(shù)2.05E-05～4.88E-05，為弱透水層，可作為湖底相對隔水層。設(shè)計湖底離滲透系數(shù)較大的③-1輕粉質(zhì)壤土層（滲透系數(shù)2.05E-05）0.65～4 m，滲透量較小，可通過補水維持東湖正常蓄水位。

2.3方案比較

現(xiàn)從施工技術(shù)、工程風(fēng)險、控制投資等方面對以上4個方案進行分析比較如下。

2.3.1施工技術(shù)方面

這幾個方案的施工難度都比較低，工藝簡單易行。在工程施工方面，幾個方案均比較容易實施。

2.3.2工程風(fēng)險方面

方案一的邊坡部位容易出現(xiàn)集中滲漏，湖水滲漏的風(fēng)險較大。方案二由于防滲體滲透系數(shù)很小，不利于池內(nèi)水體與地下水的交換，不利于水體自凈和水質(zhì)保護，也不利于水生動植物的繁殖和生態(tài)環(huán)境的自然平衡，水環(huán)境惡化的風(fēng)險很大。方案三的防滲體為GCL膨潤土防水毯，GCL膨潤土防水毯為新材料，其大面積使用及運行期維護等問題上還有不可預(yù)見性，工程運行維護風(fēng)險較大。方案四的工程風(fēng)險較小。

在工程風(fēng)險方面，方案四優(yōu)于其他三個方案。

2.3.3投資控制方面

在同等設(shè)計深度下，經(jīng)計算，方案一所需工程投資為1841萬元，方案二工程投資為2776萬元，方案三所需工程投資為4048萬元，方案四所需工程投資為1814萬元。方案一和方案四的投資比較接近，方案四投資最省，方案二的投資較高，方案三投資最高。

在投資控制方面，方案一、方案四優(yōu)于方案二和方案三。經(jīng)綜合分析和滲流計算，方案四可滿足工程防滲要求，施工質(zhì)量可以保證，投資較少，因此，推薦方案四。邊坡采用復(fù)合土工膜9.30 萬m2，湖底不采取防滲措施。

2.4防滲工程設(shè)計

岸坡的垂直防滲采用土工膜防滲，同時為防止水流、波浪對邊坡的淘刷，土工膜上采用鎖鏈式生態(tài)護坡保護，厚10 cm。

2.4.1護岸型式

護岸設(shè)計要求能夠保護池邊岸坡的穩(wěn)定，同時要求工程造價較低采取土工膜作為主防滲層，土工膜采用2布1膜的復(fù)合土工膜（200 g/1.00 mm/200 g），下部鋪設(shè)10 cm厚粗砂墊層。土工膜上部采用鎖鏈式生態(tài)護坡作為保護層。

2.4.2土工膜厚度安全系數(shù)計算

采用《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（SL/T225-98）附錄C的計算方法，公式如下：

式中：Tf—土工膜的極限抗拉強度；εf—應(yīng)變；ε—膜的拉應(yīng)變。

根據(jù)本地的地質(zhì)條件和工程條件，預(yù)計膜下地基可能產(chǎn)生的最大裂縫寬度0.05 m，則單寬土工膜上產(chǎn)生的拉應(yīng)力為1.01 kN/m。對于1 mm厚復(fù)合土工膜，國標規(guī)定的斷裂強度18 kN/m，則安全系數(shù)Fs=17.90。安全系數(shù)大于規(guī)范要求的4～5，因此是安全的。

3　湖區(qū)滲流分析

3.1滲流計算方法及基本資料

3.1.1計算方法

利用有限元數(shù)值分析方法計算，采用《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)AutoBANKv5.1》進行計算分析。

基本模型為：

式中H為滲流場的水頭函數(shù)，和分別為x和y方向土的滲透系數(shù)。

3.1.2基本資料

根據(jù)地質(zhì)報告典型斷面所采用的地質(zhì)參數(shù)進行分析?？辈炱陂g地下水位為76.90 m～81.90 m。采用地質(zhì)參數(shù)見表1。

表1　滲透計算采用地質(zhì)參數(shù)表

計算工況：

工況1：湖水位84.50 m，地下水位76.90 m。

工況2：湖水位84.50 m，地下水位81.90 m。

3.1.3模型

根據(jù)《水工結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)》應(yīng)用程序，采用二維有限元方法對無防滲措施和有防滲措施兩種情況下進行滲漏量計算。

3.2計算結(jié)果分析

3.2.1無防滲措施滲流計算

如果不采用任何防滲措施，考慮湖水面高程為84.50 m，則工程運行期東湖每天滲漏量約為6.37×104m3，每年調(diào)蓄池總滲漏量達233×104m3/a。由于滲漏水量比較大，同時滲漏還造成池周的地下水位抬高，將給湖周的生態(tài)環(huán)境帶來負面影響。

3.2.2有防滲措施滲流計算

當東湖只采用垂直防滲時，即湖岸采用復(fù)合土工膜防滲，湖底不防滲，則東湖每天滲漏量為3.39×104m3，東湖每年的總滲漏量為124×104m3/a。計算結(jié)果表明，對湖岸采用土工膜防滲，能有效減小東湖滲漏量，防滲方案滿足設(shè)計滲漏量要求，同時能有效控制地下水位。因此，從防滲效果分析，湖岸采用復(fù)合土工膜防滲的方案有效可行。

（責(zé)任編輯：劉長垠韋詩佳）

TV 543

B

1673-8853（2016）06-0095-02

2016-03-15