砂土性蓄水區防滲方式探討

張曉斐

（陜西水環境工程勘測設計研究院陜西西安710018）

砂土性蓄水區防滲方式探討

張曉斐

（陜西水環境工程勘測設計研究院陜西西安710018）

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

防滲；土工膜；砂土；粘土；垂直防滲

1　場地工程地質概況

工程區位于關中盆地中部，渭河流經盆地偏南部位，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。工作區內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—青灰色粗砂和中細砂，下粗上細，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砂。

工程設計蓄水建筑物主要是沿河道修建橡膠壩蓄水工程，蓄水區布設護坡工程，護坡工程長度7.4km，現狀同時施工堤防工程，工程開挖有大量的粘性棄土，根據調查和現有的地質資料，現狀河道水位與兩岸地下水的關系為，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給，當橡膠壩修建蓄水后，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生了極為不利的影響；而且蓄水區的平均滲透系數比較大，約為4.6m/d，即5.3×10-5m/s，根據達西定律計算河道在正常蓄水位情況下蓄水區水域的年滲漏損失量為3194萬m3，這對于蓄水產生了嚴重的影響，是蓄水最主要的影響因素。

2　防滲處理方法選擇及設計

針對實際情況，為了解決蓄水區嚴重的滲漏問題，需要對蓄水區采取一定的防滲處理措施以滿足橡膠壩的蓄水要求。本次需要對蓄區水底、兩岸護坡進行防滲處理。

（1）蓄水區底部防滲

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

方案一：水平土工膜防滲

措施：在蓄水區范圍全部鋪上一層土工膜，在土工膜的上部鋪設一層1m厚的細沙防護層，在土工膜的底部鋪設一層15cm的細粒土墊層以保證土工膜的強度和抗老化能力。

優點：鋪設和檢修方便，不易老化，可以保證河道的蓄水量達到所要設計的蓄水量。缺點：影響該區域河道的地下水補給，投資大，會對周圍生態環境產生不利影響。

方案二：蓄水區底部鋪設②1壤土防滲

措施：對整個蓄水區底部全斷面鋪設1m厚的②1壤土，壓實度為0.93.根據地質資料②1型原狀壤土的滲透系數4.89×10-5cm/s，平均滲透系數至少小于現有河床材料的100倍；在試驗室經過壓實后壤土的滲透系數為1.3×10-6cm/s，考慮到施工因素，實際的滲透系數要大于理論值，建議滲透系數擴大一倍考慮，即2.6×10-6cm/s。

優點：未破壞原有的河道水與兩岸地下水的關系，對周圍的環境基本不會產生太大的影響。②1壤土基本為蓄水區周圍老堤防開挖的棄土，堤防開挖的壤土可以滿足蓄水區底防滲的需要。缺點：施工時②1壤土中可能會摻雜其它的粘性土，滲透系數可能有所增大，會造成實際的蓄水區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，橫貫整個河床并延伸到兩岸，采用混凝土防滲墻將全部透水層截斷，是比較有效的防滲措施。

優點：混凝土防滲墻施工技術易掌握，對各種地層適應性強。缺點：由灃河橡膠壩橫斷面處的地質剖面圖可以看出，該區域的粗砂層較深，從地質資料分析透水層厚度大于35m，地質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，結合地質條件，相對不透水層埋深太深，不宜設置垂直防滲；全斷面鋪設土工膜施工和施工導流都比較困難，而且對周圍的地下水環境影響較大，投資較高；最后從投資、施工工藝、工程經驗、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1m厚的②1壤土并夯填的防滲方案，壓實度為0.93。省內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）兩岸護坡防滲設計

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

表1　蓄水區底部防滲處理方案比較

表2　蓄水區內設計河底滲漏量分段計算表

3　滲漏損失計算

進行防滲處理后計算方法根據中國水利水電出版社《渠道防滲工程技術》，采用有防滲層渠道滲漏量損失的計算方法，對于有土質防滲層（土料夯實層）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，m/天，經室內土工試驗，其值為1.3×10-6cm/s；考慮到施工因素，建議滲透系數擴大一倍考慮，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——在防滲層底部的負壓，其值取渠床土層毛細管水最大上升高度，當地下水位在渠床底部的埋深小于2倍的hv時，hv=0；

計算過程見表2

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

4　防滲效果分析

此次推薦庫底全斷面鋪設大約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每隔500m設置肋帶一條，肋帶采用混凝土形式，頂寬1m，臨水側坡比1∶2，背水側坡比為1∶3，高度為0.5m，壩底板高程為383.7m，與蓄水區尾部擋墻及肋帶共同保護防滲體。可以有效的防止壤土層被洪水所破壞。經過工程試運行防滲效果良好，基本達到設計要求。

5　結語

通過該工程實踐可以得出如下的結論：（1）對砂土性蓄水區防滲處理采用粘土防滲方式是可行的；（2）對于蓄水區有護坡結構進行防護的部分建議采用粘土防滲與土工織物防滲相結合的方式。陜西水利

［1］砂土地基上人工湖防滲方案的技術分析與經濟比較［J］.水運工程.2014.10.

［2］《土工合成材料工程應用手冊》，中國建筑工業出版社，2000

（責任編輯：暢妮）

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