某引黃調蓄池池體防滲方案比選

□張　平　□王耀飛　□楊淇翔　□買巨喆(河南省水利勘測設計研究有限公司)

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某引黃調蓄池池體防滲方案比選

□張平□王耀飛□楊淇翔□買巨喆
(河南省水利勘測設計研究有限公司)

摘要：某引黃調蓄工程調蓄池，池區地質條件復雜，池底以下地層上部有3層透水層，一層厚度較薄且不連續的弱透水層，較深的下部存在相對不透水層，因防滲為調蓄池成池的關鍵，針對具體情況，類比了5種防滲方案，最終推薦選用復合土工膜垂直防滲和GCL膨潤土防水毯水平防滲的綜合防滲方案。

關鍵詞：調蓄池；防滲；復合土工膜；防水毯

1　前言

某引黃調蓄工程，水源及引水工程均利用現有引水灌溉渠道改造而成，根據灌區位置、引水水源及渠系布置和地形情況綜合分析，該引黃調蓄工程調蓄池選址處地勢低洼，現狀地面高程平均72.50 m，地下水位較高，土方開挖量少，是建設調蓄池的理想位置。調蓄池在正常水位69.80 m高程時水面面積為1.60 km2。

調蓄池池體防滲工程是成池工程的最關鍵環節，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，防滲體滲透系數不能太小，以利于池內水體與地下水相互交換，防止出現各種生態環境問題，因此要求防滲體的滲透系數應具有可控性，防滲體應為有限防滲。針對該調蓄池所在地的工程地質條件及該工程的規模，進行了防滲方案比選。

2　工程地質條件

調蓄池勘察深度范圍內地層巖性為第四系上更新統（alQ3）和全新統沖積物（alQ4），為黃河不同時期泛濫或決口形成，屬于粘砂多層結構，據鉆孔揭露（場區鉆孔最大深度25.50 m），按土的物理力學性質的差異可主要分為5個主層。①層砂壤土。滲透系數平均值5.70×10-4cm/s，具中等透水性。局部相變為輕粉質壤土，滲透系數為1.30×10-4cm/s，具中等透水性。②層粉砂。濕～飽和，松散～稍密，具中等透水性。③層輕粉質壤土，滲透系數平均值2.80×10-4cm/s，具中等透水性。局部相變為砂壤土，滲透系數平均值3.80×10-4cm/s，具中等透水性。④層重粉質壤土，滲透系數平均值1.60×10-5cm/s，具弱透水性。⑤層重粉質壤土，滲透系數平均為5.60×10-6cm/s，具弱透水性。

3　防滲方案比選

3.1方案選擇

經工程類比選擇以下5種防滲方案進行比較。

3.1.1方案一：防滲墻垂直防滲

防滲墻沿調蓄池區池岸布設，將調蓄池池區包絡其中，池區防滲墻長度為5900 m。根據地質條件，防滲墻深入池底穩定的相對不透水層1.00～2.00 m，防滲墻和池底相對不透水層共同組成一個防滲體。由于池底第④層重粉質壤土層厚較薄，且不連續，防滲墻需進入第⑤層重粉質壤土層，根據地質資料，第⑤層重粉質壤土層頂板高程約為46 m左右，這樣，防滲墻的平均深度約為24 m左右。由于防滲墻深度較大，根據現有的成熟的防滲墻的施工方式，適合本工程的主要有置換成墻法和高噴成墻法。由于高噴成墻法投資較高，采用置換成墻法進行比較。

3.1.2方案二：壤土鋪蓋防滲

調蓄池池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，有利于主池區水生動植物的生長和水系生態環境的維護。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性，防滲效果有保證。

3.1.3方案三：復合土工膜防滲

調蓄池全斷面復合土工膜防滲，土工膜上采用開挖料鋪蓋保護。復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點。但是，復合土工膜不利于池內水體與地下水的交換，不利于水體自凈和水質保護，也不利于水生動植物的繁殖和生態環境的自然平衡。

3.1.4方案四：復合土工膜和土工合成粘土襯墊綜合防滲

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，除具有復合土工膜的優點外，還具有高柔韌性和強抗應變能力，施工也比復合土工膜簡單方便。由于其原材料主要為膨潤土和土工織物，其中膨潤土由凝灰巖或基它火山巖在堿性介質下蝕變而成，屬天然材料，該種材料在鄭東新區CBD中心湖湖底鋪設了2萬m2。在相同滲流斷面下，調蓄池邊坡和靠近邊坡的池底滲漏量是比較大的，本方案對調蓄池邊坡和靠近調蓄池邊坡坡腳的10 m范圍內池底采用復合土工膜進行防滲，池底其他部位采用GCL膨潤土防水毯防滲，其上采用0.50 m厚的開挖料鋪蓋保護。

3.1.5方案五：復合土工膜和壤土鋪蓋綜合防滲

采用復合土工膜和壤土鋪蓋綜合防滲，在相同滲流斷面下，調蓄池邊坡和靠近邊坡的池底滲漏量是比較大的，本方案對調蓄池邊坡和靠近調蓄池邊坡坡腳的10 m范圍內池底采用復合土工膜進行防滲，結合邊坡及坡腳防護，采用0.10 m厚的C10混凝土對土工膜進行保護，調蓄池池底其他部位采用壤土鋪蓋進行防滲，壤土鋪蓋厚度為0.50 m。本方案壤土用量也很大，約44萬m3。

3.2方案比較

3.2.1優缺點比較

方案一，優點為：后期運行管理過程中進行湖底清淤時不會影響防滲工程；屬于有限防滲，有利于水體交換，保證水質。缺點為：防滲墻施工工藝相對較高，施工質量難以保證；投資較大。

方案二，優點為：施工難度低，簡單易行；屬于有限防滲，有利于水體交換，保證水質。缺點為：在邊坡上集中滲漏比較大的部位，采用壤土碾壓，施工質量不容易保證，滲漏量也較大；需要新征土料場，根據地質報告，本工程可用土料場運距較遠，且覆蓋層較厚。

方案三，優點為：施工方便，防滲效果明顯。缺點為：屬于過度防滲，不利于池內水體和地下水交換，不利于水體自凈和水質保護，也不利于水生動植物的繁殖和生態環境的自然平衡。

方案四，優點為：具有高柔韌性和強抗應變能力，施工也比復合土工膜簡單方便；屬于有限防滲，有利于水體交換，保證水質。缺點為：GCL膨潤土防水毯為新型材料，后期運行維護存在一定風險。

方案五，優點為：施工難度低，簡單易行；屬于有限防滲，有利于水體交換，保證水質；相比方案二，對于岸坡滲漏量較大的部位有明顯的防滲效果，有效減少滲漏量。缺點為：開挖可利用料有限，需要新征土料場，根據地質報告，本工程可用土料場運距較遠，且覆蓋層較厚。

3.2.2施工技術、工程風險、控制投資等方面對以上5個方案分析比較

3.2.2.1施工技術方面

方案二、方案三、方案四以及方案五，施工難度比較低，工藝簡單易行。方案一主要采用防滲墻作為防滲體，屬人工防滲材料，其配合比要求嚴格，施工工藝要求較高。在工程施工方面，方案二、方案三、方案四和方案五優于方案一。

3.2.2.2工程風險方面

方案一的防滲保證率較高，運行期工程風險較小，但工藝復雜，又屬于地下工程，工程質量保證率較低，工程施工質量風險較大。方案二、方案五壤土用量大，需新增取土場政策性因素使征地成本逐年大幅度提高，使投資風險增大；同時對于本工程，需長距離、高強度運輸土料，對環境破壞的風險也很大。方案三由于防滲體滲透系數很小，不利于池內水體與地下水的交換，不利于水體自凈和水質保護，也不利于水生動植物的繁殖和生態環境的自然平衡，水環境惡化的風險很大。方案四的防滲體為GCL膨潤土防水毯，為新型材料，后期運行維護存在一定風險。因此在工程風險方面，各方案各有優缺點。

3.2.2.3投資控制方面

在同等設計深度下，經計算：方案一所需工程投資為4461萬元，方案二工程投資為3807萬元，方案三所需工程投資為2938萬元，方案四所需工程投資為3971萬元，方案五所需工程投資為3967萬元。方案三投資最省，方案二、方案四和方案五投資比較接近，方案一的投資最高，方案三最優，方案二、方案四和方案五次之，方案一最高。

3.3推薦方案

經綜合分析和滲流計算，方案四可滿足工程防滲要求，施工質量可以保證，投資相對較少，因此，推薦方案四。邊坡和靠近邊坡的池底采用復合土工膜23.20萬m2，池底采用GCL膨潤土防水毯防滲，其上采用0.50 m厚開挖料鋪蓋保護，防水毯用量為74.80萬m2，復合土工膜在池底進行反包，共同組成一個防滲體。

4　防滲工程設計

4.1垂直防滲

防滲直接決定調蓄池工程的成敗，因此對土工膜的適應變形能力、延伸率等要求高；且池岸連接部位較多，為了確保防滲效果，保證施工質量，垂直防滲推薦采用復合土工膜作為主防滲層。護岸設計要求既能防止水流、波浪對邊坡的淘刷，又能夠保護池邊岸坡的穩定，同時要求工程造價較低。由于當地缺少可用石料，石料運距較遠，導致漿砌石價格很高，采用鎖鏈式生態護坡雖然價格相對較高，但會極大的美化調蓄池的生態環境，因此本工程采用鎖鏈式生態護坡+混凝土作為防滲體的保護層。

綜上所述，岸坡的垂直防滲采用復合土工膜防滲，同時復合土工膜上采用鎖鏈式生態護坡和C20混凝土相結合的方式進行防護，厚10 cm。根據該池區的地層條件和實際運行情況，防滲層下面常用的排水方式有兩種：逆止閥和排水盲溝。考慮調蓄池水位突降的工況，池周地下水位較高，池內無水，襯砌板抗浮不滿足設計要求，需設置逆止式排水器，保證地下水排水池區，防止池區水外滲。

4.2水平防滲

調蓄池池底采用水平防滲，靠近岸坡的10 m范圍內采用復合土工膜作為防滲層，土工膜上采用C20混凝土保護，厚0.10 m。池底的其他部位選用GCL膨潤土防水毯作為防滲材料，其上采用0.50 m厚開挖料鋪蓋進行保護。

5　防滲計算結果分析

5.1無防滲措施滲流計算

如果不采用任何防滲措施，考慮調蓄池水面高程為69.50 m，則工程運行期調蓄池每天滲漏量約為2.43×104m3，每年調蓄池總滲漏量達887×104m3/a。由于池底滲漏水量大，同時滲漏還造成池周的地下水位抬高，調蓄池西南部地形較低處浸沒范圍較大，將給湖周的生態環境帶來負面影響。

5.2有防滲措施滲流計算

當調蓄池只采用垂直防滲，即邊坡采用復合土工膜防滲，池底不防滲時，則調蓄池每天滲漏量為1.17×104m3，調蓄池每年的總滲漏量為426×104m3/a。當對池底采用GCL膨潤土防水毯防滲后，防水毯的滲透系數取1×10-8cm/s，計算的調蓄池每天的滲漏量為0.28×104m3，調蓄池每年的總滲漏量減少至102× 104m3/a。計算結果表明，鋪蓋方案滿足設計滲漏量要求，能有效控制地下水位和池底滲漏量。因此，從防滲效果分析，采用復合土工膜垂直防滲和GCL膨潤土防水毯水平防滲的綜合防滲方案有效可行。

參考文獻

[1]李桂榮，平文敏，許文峰，等.強透水地基大型調蓄池開挖與防滲方案優選[J].人民黃河，2013，35(1): 109－111．

[2]張大科.新型土工合成防水材料——膨潤土防水毯[J].城市住宅，2009（8）：121-123.

[3]買巨喆.蘭考縣二壩寨引黃調蓄工程可行性研究報告[R].鄭州:河南省水利勘測設計研究有限公司，2015.

[4]雷松，謝長福.天然鈉基膨潤土防水毯在人工湖(龍子湖)工程中的應用[J].水利建設與管理，2015（6）：1-4.

[5]白鳳亭，任興旺.人工湖工程復合土工膜防滲應用技術[J].水科學與工程技術，2010（2）：65-66.

（責任編輯：劉長垠韋詩佳）

收稿日期：2016-01-06

中圖分類號：TV52

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8853(2016)03-0078-03