露天蓄水池設計

（中煤天津設計工程有限責任公司，天津 300123）

0.引言

隨著國家對環保的要求日益趨嚴，工業用水的排放成為眾多企業的難題，為滿足環保和生產的需求建立大型蓄水池成為眾多企業的選擇。大型蓄水池可存放企業生產期間不能及時處理掉的中水，既滿足環保要求又可確保企業生產不間斷，具有良好的經濟效益。以下簡要介紹本人在設計內蒙古某煤礦臨時中轉蓄水池過程中的一些心得體會。

1.工程概況

該煤礦為已有大型礦井，礦井周圍的配套設施較為齊全，因此新建大型蓄水池的場址選擇就比較受限制。在選址時我們遇到了諸多限制因素如：高壓線路、公路、公益林、居民住宅、鐵路裝車線、地下采空區、地下煤田、地下水位等，這些因素的存在對該工程的選址影響極大。而對于建設方來說所建設的蓄水池必須達到一定的規模才能解決實際問題（不小于50萬方蓄水量），水池蓄水量太小不能解決建設方生產需要，沒有實際意義。因此，我們在選址時必須盡可能爭取每一寸可用土地。通過實地調研，在以上的影響因素中公路、公益林、鐵路裝車線、地下采空區是我們難以解決的客觀存在，因為這些因素涉及到行政管轄界限、當地環保政策和安全因素等，是短期內無法突破或解決的；其他因素如居民住宅是可以通過協商解決的；幾條高壓線路之間的土地是我們可以盡量爭取的，前提是必須預留足夠的安全距離。通過多方協商最后確定可用土地面積約10萬m2，共計四塊地，這四塊地之間間距100m～500m不等。

2.影響因素及設計要點

分散布置的土地給我們的設計帶來不小的麻煩，要想在這樣有限的面積內挖掘出50萬方有效蓄水量成為擺在我們面前的一道難題，主要影響因素如下：

（1）環保和防腐蝕因素。本蓄水池內存儲的礦井外排水，有一定腐蝕性，因此這些外排水不能向地下滲漏，需要考慮在水池底采取防滲措施。按照《地下工程防水技術規范》[1]的要求和《聚乙烯(PE)土工膜防滲工程技術規范》[2]中各種材料特性，在與不同廠家溝通、咨詢并在內蒙地區實地調研后可知：對于這種大面積防滲，采用土工膜之類柔性材料切實可行。

（2）地下水位因素。本工程所處場地地下水位較淺，由于場地地勢等原因，在豐水期地下水位距自然地面僅0.3m～0.5m，因此，地下蓄水池存在抗浮的問題。在雨季，若在水池內蓄水位較低而水池所處場地地下水位快速上升的極端不利情況下水池底部土工膜會因為受水浮力而損壞。同時，結合施工工期較長、工期主要為豐水期等因素，若防滲膜標高太低（或位于含水層），地下蓄水池在施工期間需要降水，鑒于本工程占地面積較大且周圍地勢均高于工程所處位置等因素，施工期間將地下水位降低至所需要標高的方案不可行（已有場地施工經驗也證明大范圍降水至所需標高幾乎不可能）。

（3）土方和外排水因素。地下蓄水池另一個不利因素是挖方量較大，施工期間外排水量大。鑒于本工程規模較大，挖方產生的棄土堆放和降水產生的外排水都會對周圍環境帶來較大壓力，難以通過當地政府的審批。

以上因素是對本工程影響較大的幾個因素，其他因素如高壓線安全避讓、景觀協調等也影響到本工程在此不一一贅述。

既然全地下水池不可行，那么半地下水池是否可行呢？通過對比分析，半地下水池并不能從根本上避免以上幾點不利因素帶來的不利影響。因此，只能選擇將蓄水池建立的地面以上。其中，防滲膜的標高選擇對本工程造價影響較大（關鍵因素之一），因為它所處的標高影響到土方開挖量、施工期間降水以及水外排量等因素。考慮到場地所處的位置及周圍地形等因素并結合周圍工業場地的施工經驗，初步判斷在工程所處場地降水存在相當程度的不確定性，即，難以確保通過短時間的施工降水措施能達到降低地下水位的目的。因此，最終確定防滲膜的標高為近幾年豐水期最高地下水位置。

地上蓄水池如何選擇呢？堤壩當然是首先要考慮到的結構型式，因為堤壩不但可以解決挖方帶來的土方外排的問題，還有利于蓄水池與周圍景觀協調，便于綠化。然而，沒有什么經驗是拿來就用的，堤壩雖然有以上有利因素，其另一個不利因素卻限制了其在本工程中的應用，那就是有效蓄容量太小。因為堤壩本身斷面較大（坡率按照1:1.5考慮），導致其占地面積較大，考慮安全避讓距離后經測算可知，采用堤壩的方式蓄水量不足35萬方，距建設方的要求有相當差距。因此，堤壩的型式未經采用。

不做堤壩，只能做鋼筋混凝土扶臂式擋墻蓄水池，本設計的扶臂式擋墻蓄水池的斷面見圖1。

圖1 應急調峰中轉池池壁布置圖

需要考慮的主要設計要點如下：（1）管涌。本工程規模較大，在土工膜破損的工況下需考慮發生管涌的工況，經計算后，本工程通過在池壁外側約8m范圍內設土工布的方法來滿足滲流計算的要求，確保工程安全；（2）凍脹。本工程所處地區屬于嚴寒C區，標準凍土深度1.8m，冬季需避免土工膜下土體凍脹導致土工膜損壞。經與建設方協商后最終選擇限制最低蓄水位的方法，以避免土工膜下土體凍脹導致土工膜損壞（同時應考慮池內水結冰對池壁的不利影響因素）；（3）抗傾覆和抗滑移。本工程所處場地周圍有鐵路線、已有工業場地、輸電線路、居民住宅等設施，故應格外注意結構主體的安全性，避免因潰壩導致災難性后果。建議在條件允許的情況下適當提高結構的安全等級；（4）池壁抗凍脹和抗腐蝕。為滿足結構的耐久性要求，應避免水池池壁因凍融循環導致池壁損壞。因水池內的水體有一定腐蝕性，依據《工業建筑防腐蝕設計標準》[3]需在水池表面涂刷防腐蝕材料；（5）其他。同樣的工程，由于規模的擴大所帶來的影響因素會很多，甚至是難以想象，本工程設計中應具體考慮的細節問題還有許多，如土工膜類型的選擇、土工膜收邊方式、橡膠止水帶類型的選擇、水池清淤及檢修、池外應急救援通道布置、池壁伸縮縫的設置等，這些因素都會對工程直接或間接產生影響，是我們設計中必須考慮到的因素。

3.結語

同樣是蓄水池，由于規模的擴大會帶來一系列的問題，甚至是主要矛盾的轉移，除場地周圍已有設施及當地相關政策、法規外，本工程在設計中地下水成為一個較為重要的控制因素，因為地下水位的標高直接影響到水池的結構選型。通過本工程的設計，筆者認為有以下設計經驗可供參考：

（1）大型蓄水池結構的安全等級要與其所處場地位置及周圍設施、環境等相稱。

（2）影響施工的因素較多，比如本工程在施工中會遇到地下水、土方外排等施工因素。若不能解決施工期間地下水降水的問題有可能導致無法付諸實施。土方外排則會較大程度的影響到工程造價。

（3）對于結構專業來說管涌是一個比較容易被忽略的因素，而管涌卻又是一個常見工程問題。

（4）水池池壁和底部土工膜的防凍脹問題較為常見，解決方法相對簡單，建議設計和建設方結合起來，統籌設計和管理手段來解決，以取得良好的經濟效益。