鄭州市龍子湖工程防滲方案研究

□閆大鵬 □李德營 □周風華（黃河勘測規劃設計有限公司）

鄭州市龍子湖工程防滲方案研究

□閆大鵬 □李德營 □周風華（黃河勘測規劃設計有限公司）

對鄭州市龍子湖工程規劃設計過程中防滲方案發生重大變化的原因進行剖析，提出了應對策略，并總結了經驗教訓，對今后類似工程的規劃設計具有實際指導意義。

鄭州；龍子湖；防滲方案

1.引言

鄭州市龍子湖水系工程是鄭東新區生態水系工程重要組成部分，工程主要包括湖體工程、循環泵站、湖區擋水閘及人工濕地等。龍子湖正常運用水位82.0m，湖區水域面積95萬m2，水體規模220萬m3。湖區工程通過魏河及引水涵和龍湖相連接，利用龍湖的退水作為主要水源，通過人工濕地自循環系統保障湖區的水質，是龍子湖工程的核心組成部分。

2004年2月，龍子湖工程項目建議書得到鄭州市發展計劃委員會批復。2005年6月，鄭州市發展和改革委員會做出批復，原則同意龍子湖工程可行性研究報告，抓緊進行龍子湖工程初步設計的編制工作，但是2006年初龍子湖工程設計因為土地問題暫緩進行。2010年10月，鄭東新區管委會要求正式啟動龍子湖工程初步設計工作。

由于種種原因，龍子湖工程的規劃設計工作前前后后跨越了6年之久，其中的規劃設計邊界條件發生了重大變化，致使初步設計階段的防滲方案與可行性研究階段相比發生了重大變化。本次研究對規劃設計過程中防滲方案發生重大變化的原因進了剖析，提出了應對策略，并總結了經驗教訓，對今后類似工程的規劃設計具有實際指導意義。

2.防滲方案

從地質勘探揭露的地層來看，區內地表被第四紀松散堆積物所覆蓋，共分為6層：①層以砂壤土（SL）為主、②層以中砂（Sz）為主、③層以砂壤土（SL）為主、④層以中粗砂（Szc）為主、⑤層為砂壤土、壤土與中粗砂互層、⑥層為壤土及粘土。⑥層壤土、粘土層在工程場區內為較為穩定的隔水層，其頂板高程一般在40m左右。②層中砂的滲透系數為χ×10-3cm/s，④層中粗砂的滲透系數為χ×10-2cm/s，②層和④層砂層為場區湖體下部的強透水層。由于①層砂壤土夾壤土層較薄，層底高程在78.41～81.77m之間，湖底高程為78.5m，使②層中砂在湖底開挖面直接出露或接近湖底。湖水除通過直接接觸的①層砂壤土夾壤土層產生滲透滲漏外，還存在通過②層中砂層的滲漏問題。防滲工程是根據龍子湖地區的地層分布情況，為防止湖水嚴重滲漏而采取的一項重要工程措施。選擇合適的防滲形式及防滲材料，對充分利用水資源，凈化湖水都有重要意義。

2.1 可行性研究階段

湖區開挖底面高程為78.5m，地下水位高程81～82m。湖體開挖的土料中，以砂壤土為主332萬m3占56%，壤土43萬m3僅占7%，湖底大部分座落在中砂層地基上，滲透系數χ×10-3cm/s，滲透等級屬中等～強透水。在可行性研究階段比選了壤土、砂壤土、土工膜、定噴樁4種防滲方案。經三維滲流分析計算，計算成果見表1。

表1 湖體三維滲流計算成果表

2.1.1 壤土防滲

采用壤土防滲，工程量較大，該地區可用壤土儲藏量較少，運輸距離較遠，約25km，運輸強度大，且運輸道路要通過市區，多有不便。

2.1.2 砂壤土防滲

砂壤土儲量較大，運距短，對施工工期有利，可節省工程投資。

2.1.3 土工膜防滲

復合土工膜防滲，固然水量滲漏損失小，但對湖水與地下水交換也小，對湖水水質自身凈化不利。

2.1.4定噴樁防滲

由于湖區湖底以下壤土層不連續或缺失，樁的長度難以控制，防滲效果難以保證。同時，由于龍子湖湖岸線長，打樁工程量大，工期較長，施工對環境污染較大。

2.1.5 方案比較

鄭州市為北方缺水城市，水資源緊缺，龍子湖建成初期更是如此。根據龍子湖地區水資源平衡計算，龍子湖年滲漏量不應超過約100萬m3。經三維滲流分析計算，定噴樁的滲漏量不滿足要求，綜合上述各方案的分析對比，推薦砂壤土防滲方案。該防滲方案通過了專家審查。

2.2 初步設計階段

2010年8月，龍子湖工程初步設計階段工作在停滯5年以后重新啟動，同時對龍子湖區的水文地質情況進行了補充調查。調查結果表明：龍子湖工程區現狀地下水位在78.0～79.03m之間，較2005年所測水位相比下降約3m左右，原因有兩個方面：一方面2005-2010年降雨量呈現出逐年減小的趨勢；另一方面龍子湖周邊區域的快速、高強度開發建設導致地下水的開采量（包括生產生活用水和施工降排水）迅猛增加。根據龍子湖三維滲流分析計算結果，在2010年現狀條件下，如果不采取防滲措施，年滲漏量將達到1447萬m3，若按可研階段推薦的防滲方案，采用1m厚砂壤土防滲，年滲漏量將達到1158萬m3，需要的年補水量太大。因此，龍子湖必須采取更為嚴格的防滲措施。本工作階段制定了更為科學、合理、嚴格的防滲要求：一方面根據龍子湖地區水資源平衡計算，龍子湖年滲漏量不應超過100萬m3；另一方面考慮湖水與地下水交換，龍子湖年滲漏量不應小于多年平均降雨量625mm，根據龍子湖設計面積約合60萬m3。

本工作階段重點對砂壤土防滲、膨潤土防水毯防滲、塑性混凝土防滲墻三個方案進行了詳細比選。防滲效果是方案比選的一項重要參數，根據初擬防滲方案，對不同防滲方案、不同地下水位（考慮到城市建設、地下水位持續下降的趨勢）情況，對龍子湖蓄水后的滲漏情況采用三維滲流有限元分析計算（詳見表2）。

表2 龍子湖三維滲流計算結果表

計算方案：①砂壤土防滲方案，厚度1.0m；②膨潤土防水毯水平防滲，膨潤土防水毯厚度6mm，上部覆蓋開挖砂壤土料0.4m；③塑性混凝土截滲墻垂直截滲方案，墻厚度0.4m。

計算水位：考慮到城市發展地下水位逐步下降的趨勢，計算中分別計算78m（2010年地下水位）、73m、68m三種地下水位情況下的滲流量。

從2010年現狀條件分析，砂壤土防滲方案滲漏量太大，不滿足要求；膨潤土防水毯方案滲漏量偏小，不利于湖水與地下水交換；塑性混凝土防滲墻方案滲漏量適中，滿足要求。但是從長遠變化趨勢條件分析，只有膨潤土防水毯方案滲漏量滿足要求，其它三個方案滲漏量均太大，不滿足要求。

同時，又對三個防滲方案從防滲效果、對環境的影響、湖底設計高程以下土方挖量、施工難易程度、施工降水、效果檢測、投資等方面進行了綜合比較，比選結果詳見表3。

表3 防滲方案綜合比較表

經綜合比較，膨潤土防水毯方案防滲效果最好，投資相對較低，施工方便、環境友好，防滲效果易于保證，作為采用方案。

3.結語

從2005年到2010年由于地下水的補給量持續減小和開采量迅猛增加，致使龍子湖工程區的地下水位下降了3m左右，可行性研究工作階段依據2005年的現狀條件制定的湖區防滲方案，由于對地下水位的變化速度和趨勢缺乏科學合理的預測，以致于使其在初步設計工作階段變成了不可行的防滲方案，并不得不重新進行湖區防滲方案的比選論證工作。由于龍子湖防滲方案的這種巨大變化發生在前期工作階段，并沒用造成嚴重后果，但是也為今后類似工程的規劃設計提出了一個明確要求：在制定防滲方案時，必須對地下水位未來一定時期甚至較長時期的變化速度和趨勢作出科學合理的預測，以避免防滲方案出現重大變化造成嚴重后果。

[1]李錦玉.淺談復合土工膜在人工湖防滲工程中的應用及施工[J].水利規劃與設計，2011，(4).

[2]鄧卓智.奧運龍形水系膨潤土防水毯防滲技術[J].水利規劃與設計，2009，(5).

[3]廖濤.水庫除險加固塑性混凝土防滲墻施工技術[J].河南水利與南水北調，2010，(11).收稿日期：2012-09-10

閆大鵬（1976-），男，高級工程師，主要從事城市生態水系規劃的研究。