供水工程調(diào)節(jié)池庫(kù)盤(pán)減滲處理措施解析

庫(kù)爾班·依明

供水工程調(diào)節(jié)池庫(kù)盤(pán)減滲處理措施解析

庫(kù)爾班·依明

（新疆維吾爾自治區(qū)水利廳規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各地區(qū)的用水量大幅度增加，新疆水資源分布嚴(yán)重不均，豐水區(qū)往缺水區(qū)長(zhǎng)距離輸水工程越來(lái)越多，文章以東延供水工程為例，簡(jiǎn)述了長(zhǎng)距離輸水工程設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行中遇到的問(wèn)題及處理措施，為類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供借鑒和參考。

供水工程；調(diào)節(jié)池；減滲措施

1 工程概況

東延供水工程是解決新疆準(zhǔn)東地區(qū)煤電煤化工園區(qū)生產(chǎn)、生活用水的一項(xiàng)長(zhǎng)距離管道供水工程，近期供水規(guī)模為2億m3，全線(xiàn)主要建筑物包括216.8km加壓管道、3級(jí)加壓泵站、3個(gè)事故備用水池和沿線(xiàn)管道附屬建筑物等，10#閘事故備用水池為管線(xiàn)中段的事故備用水池。水池由東西南北4個(gè)壩段和進(jìn)水閘井和放水閘井組成，壩長(zhǎng)2962m，壩型為均質(zhì)壩，最大壩高10.5m，最大水面面積為58萬(wàn)m2，總庫(kù)容300萬(wàn)m3。

庫(kù)區(qū)地層巖性及物理力學(xué)性質(zhì)不同可分為3層：

第1層為低液限粉土，局部夾低液限粘土和粉細(xì)砂透鏡體，層厚0.2～0.3m，多分布于表層，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取樣試驗(yàn)，滲透系數(shù)1.0×10-5～6.0×10-5（cm/s） 。

第2層為低液限粘土層，局部夾有低液限粉土透鏡體，層厚2.0～3.2m，分布較連續(xù)，滲透系數(shù)2.5×10-6～2.7×10-7（cm/s）。

第3層為中細(xì)砂層，局部夾低液限粉土或粘土，厚度大，分布穩(wěn)定，滲透系數(shù) 1.4×10-3～3.9×10-4（cm/s）。

2 事故備用池蓄水后存在的問(wèn)題

設(shè)計(jì)階段認(rèn)為，庫(kù)盤(pán)上部的低液限粘土層基本構(gòu)成庫(kù)盤(pán)良好的天然防滲層，因此水庫(kù)不存在大的永久滲漏問(wèn)題，可不做庫(kù)盤(pán)防滲，工程建設(shè)時(shí)，庫(kù)盤(pán)沒(méi)有防滲。

該工程蓄水運(yùn)行后，運(yùn)行記錄統(tǒng)計(jì)輸水量時(shí)發(fā)現(xiàn)，來(lái)水量和出水量存在較大出入，運(yùn)行單位根據(jù)2012年9月29日～10月18日20天的運(yùn)行情況結(jié)合自建的水池蒸發(fā)站實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)資料和20天內(nèi)庫(kù)面水位觀(guān)測(cè)值，推算出水庫(kù)的滲漏損失。

經(jīng)復(fù)核發(fā)現(xiàn)，20天內(nèi)的滲漏量為2.5萬(wàn)m3（日滲漏量為1250 m3），20天內(nèi)的水量損失為28.2萬(wàn)m3，庫(kù)盤(pán)滲漏損失為25.7萬(wàn)m3，日滲漏量為1.3萬(wàn)m3，年水量損失為約470萬(wàn)m3。

目前，已有幾十家國(guó)內(nèi)大中型企業(yè)都入駐準(zhǔn)東地區(qū)，部分企業(yè)已投入生產(chǎn)[1]。園區(qū)用水量迅速增加，若不能滿(mǎn)足園區(qū)用水要求將直接影響整個(gè)準(zhǔn)東地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此需盡快實(shí)施10#事故備用水池庫(kù)盤(pán)減滲處理措施，以減少庫(kù)盤(pán)滲漏，將更多的水留給工業(yè)園區(qū)帶動(dòng)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。

3 庫(kù)盤(pán)滲漏原因分析

設(shè)計(jì)單位根據(jù)運(yùn)行單位要求，在10#閘水池停水后對(duì)庫(kù)盤(pán)進(jìn)行了補(bǔ)充勘察和測(cè)量，發(fā)現(xiàn)庫(kù)區(qū)內(nèi)存在較多的圓錐狀淺坑，并且發(fā)現(xiàn)3處存在塌陷現(xiàn)象，初步分析了現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)缺陷，決定對(duì)典型圓錐狀淺坑和塌陷處進(jìn)行開(kāi)挖檢測(cè)，對(duì)庫(kù)區(qū)粘土層進(jìn)行分層取樣試驗(yàn)工作[2]。

3.1 圓錐狀淺坑分布情況

水池內(nèi)存水已基本放空后，對(duì)裸露區(qū)分布的圓錐狀淺坑經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際量測(cè)，對(duì)其分布范圍進(jìn)行調(diào)查。

根據(jù)調(diào)查成結(jié)果可以看出，淺坑主要集中分布在兩處，一處是庫(kù)區(qū)中部出水口附近。另一處是在庫(kù)區(qū)南側(cè)平行南壩段呈不連續(xù)帶狀分布，分布較集中處主要在東南壩段交匯處附近。

淺坑分布大體近東西向，具有沿原始地形沖洪溝方向分布的特點(diǎn)。庫(kù)區(qū)分布的淺坑開(kāi)口多呈圓形或近圓形，局部可見(jiàn)橢圓狀形態(tài)，多呈倒圓錐狀，即口大底小的特征；淺坑開(kāi)口直徑一般為30～40cm，最大直徑可達(dá)70cm。

3.2 圓錐狀淺坑成因分析

通過(guò)對(duì)淺坑位置分布勘察，發(fā)現(xiàn)圓錐狀淺坑下部主要呈現(xiàn)兩種形式：一是下部可見(jiàn)原生長(zhǎng)在庫(kù)區(qū)的梭梭根系，多已腐爛；二是下部可見(jiàn)類(lèi)似鼠洞的孔洞。其中第一種形式較為常見(jiàn)。

第一種類(lèi)型的圓錐狀淺坑進(jìn)行開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)，淺坑下部是被土體封閉的，但淺坑下部土體的密實(shí)度較坑壁兩側(cè)正常的土體相對(duì)疏松，呈管狀，彎曲向下延伸，在坑壁可見(jiàn)非連續(xù)的孔洞出現(xiàn)，孔洞內(nèi)可見(jiàn)灰黑色腐爛樹(shù)根，局部可見(jiàn)沒(méi)有腐爛的樹(shù)根，樹(shù)根分布深度70～80cm，樹(shù)根周邊土體含水量較高，接近流塑狀態(tài)。80cm以下粘土土體較為密實(shí)，屬原始地層。

第二種類(lèi)型的圓錐狀淺坑進(jìn)行開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)，淺坑下部土體稍微下挖即可見(jiàn)孔洞，孔洞與淺坑斜交向下延伸，延伸長(zhǎng)度不大，約40cm左右，孔洞內(nèi)未見(jiàn)根系或腐爛根系跡象，孔洞兩側(cè)和底部土體密實(shí)度與周邊土體一致，未見(jiàn)疏松土體分布，判定該孔洞為原始鼠洞。

上述兩種因素致使下部地層存在孔洞，在庫(kù)水下滲中，與周邊土體存在差異，隨著孔洞被水體充填，孔洞兩側(cè)土體飽水后強(qiáng)度降低，引起孔洞兩側(cè)土體產(chǎn)生輕微塌陷，根據(jù)探坑揭露，在垂向上局部土體密實(shí)度較原始土體差，最大影響深度小于80cm，單點(diǎn)分布面積小，數(shù)量較多，使庫(kù)底土層防滲能力變?nèi)酰虼藢?duì)庫(kù)區(qū)整體滲漏有一定影響。

3.3 庫(kù)區(qū)塌陷坑成因分析

根據(jù)庫(kù)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在庫(kù)區(qū)東南壩段附近庫(kù)區(qū)有3處塌陷坑，多呈長(zhǎng)方形狀，中部塌陷，兩側(cè)邊緣清晰。判定該塌陷為探坑，該3處塌陷坑均為原勘測(cè)階段探坑（均挖穿粘土層），在施工階段由于回填不密實(shí)，水庫(kù)蓄水后，土體飽水、固結(jié)產(chǎn)生沉降形成。回填不密實(shí)的探坑也是增加庫(kù)底滲漏的原因之一。

4 庫(kù)盤(pán)減滲處理措施

4.1 減滲方案比較

方案1，全庫(kù)盤(pán)鋪膜防滲方案。在庫(kù)盤(pán)內(nèi)鋪設(shè)0.6mm厚一布一膜，布重150g/m2，一布一膜鋪設(shè)在原庫(kù)底高程以下0.4m處，鋪設(shè)時(shí)將原庫(kù)底挖深0.4m，然后鋪設(shè)膜，一布一膜鋪設(shè)完成后再將開(kāi)挖的0.4m厚粘土回填至一布一膜上作為蓋重，鋪設(shè)時(shí)布面向上。

方案2，庫(kù)盤(pán)內(nèi)土層加厚防滲方案。將庫(kù)盤(pán)內(nèi)防滲土層厚度較薄的區(qū)域加厚，根據(jù)鋪土厚度不同，初擬4個(gè)加厚方案，通過(guò)滲漏量計(jì)算得知，隨著土層加厚計(jì)算滲漏量逐步減少，但工程投資逐步加大，正常蓄水位時(shí)庫(kù)盤(pán)不同厚度土層滲漏量和投資見(jiàn)表1。

表1 庫(kù)盤(pán)不同厚度土層滲漏量和投資表

經(jīng)工程投資與滲漏量綜合比較，雖然土層加厚至2.5m時(shí)工程投資較低，但滲漏量與目前實(shí)際庫(kù)盤(pán)滲漏量變化不大，起不到減滲作用，而滲漏量明顯變化是從3.5m鋪土厚度開(kāi)始。

土層加厚與滲漏量和投資是正比關(guān)系，加厚土層越厚減滲效果越好，但投資增長(zhǎng)較大，還存在減小庫(kù)容的問(wèn)題；粘土填筑過(guò)程中還存在因含水量高低要制備或翻曬等問(wèn)題。因此，從防滲效果和投資綜合考慮，土層加厚至3.5m方案較優(yōu)。因此方案2中選擇土層加厚至3.5m方案。

方案3，庫(kù)盤(pán)局部鋪膜防滲方案[3]。在庫(kù)盤(pán)防滲土層厚度不足2m的區(qū)域鋪設(shè)一布一膜土工膜，膜厚0.6mm，布重150g/m2，鋪設(shè)面積占庫(kù)盤(pán)面積的70%左右。土工膜鋪設(shè)在原庫(kù)底高程以下0.4m處，鋪設(shè)時(shí)將原庫(kù)底挖深0.4m，然后鋪設(shè)一布一膜，一布一膜鋪設(shè)完成后再將開(kāi)挖的0.4m厚粘土回填至一布一膜上作為蓋重，鋪設(shè)時(shí)布面向上。

4.2 減滲方案選擇

對(duì)以上3種減滲方案分析得知，方案1因土工膜缺陷引起的滲漏量為992m3/d，工程投資為1593萬(wàn)元；方案2（土層加厚3.5m）的滲漏量為1729m3/d，工程投資為5180萬(wàn)元；方案3的滲漏量為1468m3/d,工程投資為1308萬(wàn)元。

從滲漏量角度分析，方案1的滲漏量最少，減滲效果明顯。方案2的（土層加厚3.5m）減滲效果不明顯。由于庫(kù)盤(pán)內(nèi)粘土分布不均勻，造成庫(kù)盤(pán)鋪土厚度不等，不一定能達(dá)到設(shè)計(jì)均厚3.5m的防滲效果，且?guī)靺^(qū)周?chē)矡o(wú)粘土料場(chǎng)，投資巨大，土層加厚與滲漏量成反比例關(guān)系，存在減小庫(kù)容的問(wèn)題。粘土填筑過(guò)程中還存在因含水量高低要制備或翻曬等問(wèn)題。

方案3的庫(kù)盤(pán)分區(qū)不規(guī)整，施工相對(duì)麻煩，相對(duì)于鋪膜區(qū)域，庫(kù)盤(pán)未鋪膜部分土層厚度不均，最薄處為2m，滲漏量相對(duì)鋪膜區(qū)域大，滲漏量比方案1大，該方案不確定因素較多，減滲措施不可靠。

從投資上比較，方案2投資最大，占其它兩個(gè)方案的3倍以上，投資角度可以否定方案2，方案3的工程投資雖然比方案2節(jié)省285萬(wàn)元，但是滲漏量比方案1多了476m3/d，很多不確定因素，減滲措施可靠性不足。

從持久性角度分析，方案1的土工膜鋪設(shè)于全庫(kù)盤(pán)，上部有粘土保護(hù)層，當(dāng)土工膜不受陽(yáng)光照射的前提下，壽命可以達(dá)到50年以上，持久性方案一最保險(xiǎn)。

從施工角度分析，方案1施工技術(shù)要求相對(duì)高，施工期相對(duì)長(zhǎng)，但施工最方便。

因此，從防滲效果、施工條件、工程投資、可靠程度、持久性等方面綜合分析，最終推薦處理方案為方案1，全庫(kù)盤(pán)鋪膜防滲方案。

5 結(jié) 語(yǔ)

長(zhǎng)距離供水工程中間設(shè)置的事故備用池的作用非常重要，其關(guān)系到供水工程的安全和效益，事故備用池的滲漏問(wèn)題不徹底解決，會(huì)導(dǎo)致壩體滲透破壞。當(dāng)備用池出現(xiàn)險(xiǎn)情或破壞，失去蓄水功能時(shí)，影響整體供水工程的檢修或供水保證率。

東延供水工程10#閘事故調(diào)節(jié)池在前期設(shè)計(jì)階段，沒(méi)有完全查明庫(kù)盤(pán)粘土層的厚度和分布情況，以局部范圍的地質(zhì)勘探成果和理論計(jì)算成果為依據(jù)判定，庫(kù)盤(pán)可不做防滲處理，建設(shè)中按設(shè)計(jì)要求沒(méi)有庫(kù)盤(pán)防滲，蓄水后，調(diào)節(jié)池日滲漏量為1.3萬(wàn)m3，年滲漏量470萬(wàn)m3，對(duì)供水企業(yè)來(lái)帶來(lái)了較大的效益損失。

通過(guò)多方復(fù)核滲漏量成果，調(diào)查分析滲漏原因和滲漏通道，以科學(xué)的角度，經(jīng)多方案比較，投資了近1593多萬(wàn)，解決了事故備用池的滲漏問(wèn)題。事故備用池全庫(kù)盤(pán)防滲處理后，滲漏問(wèn)題明顯減少，達(dá)到了供水公司的預(yù)期目標(biāo)。

總之，設(shè)計(jì)蓄水工程，首先要選擇合適的場(chǎng)址，地質(zhì)勘探工作量應(yīng)達(dá)到規(guī)范要求，特別是在平原區(qū)建設(shè)蓄水工程時(shí)，庫(kù)盤(pán)的滲漏問(wèn)題非常重要，在地質(zhì)問(wèn)題沒(méi)有查清，沒(méi)有完全把握的情況下，絕不能以理論計(jì)算來(lái)判定庫(kù)盤(pán)是否防滲，優(yōu)先考慮庫(kù)盤(pán)防滲問(wèn)題。

[1] 燕海波,李煥琳.長(zhǎng)距離輸水管道工程的現(xiàn)狀與展望[J].水利科技與經(jīng)濟(jì).2007(01):26-29.

[2] 吳建廉.金鐘水利樞紐引水配套工程長(zhǎng)距離輸水管道安全措施探討[J].水利科技與經(jīng)濟(jì).2009(11):983-985.

[3] 李克憲.長(zhǎng)距離輸水工程的設(shè)計(jì)[J].甘肅科技. 2008(11): 138 -140.

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.04.023

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1008-1305（2014）04-0067-03

庫(kù)爾班·依明，(1970年-)，男，高級(jí)工程師。