碧流河截潛工程方案比選及防滲墻設計探究

王 鵬

（大洼區水利服務中心，遼寧 大洼 124200）

1 概述

碧流河是蓋州市境內五大水系之一，是重要的水資源涵養林區。碧流河發源于蓋州市的七盤嶺山南麓，流經蓋州、莊河及普蘭店市，在謝家屯附近注入黃海，河流全長165 km，全流域面積2848 km2。碧流河在蓋州市境內流域面積1320.50 km2，河長92.30 km。

碧流河上游為玉石水庫，位于礦洞溝鎮境內。玉石水庫是營口市的重點水利工程，是一座以城市供水為主，以旅游、養魚為輔的中型水庫。水庫流域面積是313 km2，最大蓄水量為8852 萬m3，凈調節水量為4638 萬m3，向城市供水為12.6 萬t。本工程位于玉石水庫下游，兩處截潛工程分別距離玉石水庫壩址處3.20 km、4.30 km。四家子截潛處距玉石水庫壩址處區間面積14.1 km2。

蓋州市礦洞溝鎮四家子村、八家子村位于蓋州市玉石水庫下游，為碧流河上游段。由于修建水庫攔截河水，下游河道水量減少，如遇干旱年份，河道內基本無水，導致兩岸村屯里井內水位下降。每年玉石水庫管理局為補充農業用水而向下游河道放水，但由于該處河床為砂卵石地質結構，河水很快滲入地下流失，無法得到充分利用。

2 截潛工程方案比選

2.1 粘土防滲墻方案

2.1.1 防滲墻設計

粘土防滲墻設計參考《碾壓式土石壩設計規范》相關規定，土質防滲體厚度應根據允許滲透比降確定[1]。根據實際工程經驗防滲墻墻厚度不宜小于水頭的1/4，本工程最大水頭為8 m，根據計算墻體厚度不宜小于2 m。另考慮到機械施工的要求，防滲墻的厚度一般不小于3.0 m。綜上，本次設計粘土防滲墻厚度取3.0 m。

攔河開挖溝槽至中風化巖層，并將粘土防滲墻深入中風化巖層內0.5 m，開挖邊坡坡比為1：1.25。溝槽深度6.2 m～10.0 m，平均深度為8.0 m。防滲墻長度以八家子為例，為74.0 m。防滲墻兩側均設反濾層，防止防滲墻土粒被水帶走，保證防滲體的穩定。反濾層采用級配良好的砂石，厚度600 mm。

2.1.2 主要工程量

粘土防滲墻主要工程量見表1。

表1 粘土防滲墻主要工程量

2.1.3 工程投資

粘土防滲墻截潛方案估算投資見表2。

表2 粘土防滲墻方案估算表

2.2 鋼筋混凝土防滲墻方案

2.2.1 防滲墻設計

由于在河道截潛工程中，鋼筋混凝土防滲墻沒有對應設計規范，本次設計參考《碾壓式土石壩設計規范》相關規定[2]。根據該規定，防滲墻的墻體厚度應根據允許滲透比降確定，結合國內已完成類似工程實際經驗確定防滲墻允許滲透比降值以80 作為控制上限。本工程最大水頭為8 m，經計算防滲墻厚度不宜小于0.1 m。另從施工方面考慮，國內已有的經驗為0.4 m～1.3 m。綜上，本次設計鋼筋混凝土防滲墻厚度取0.5 m。

攔河開挖溝槽至中風化巖層，并將鋼筋混凝土防滲墻深入中風化巖層內0.5 m，開挖邊坡坡比為1∶1.25。溝槽深度6.2 m～10.0 m，平均深度為8.0 m。防滲墻長度以八家子為例，為74.0 m。

2.2.2 主要工程量

鋼筋混凝土防滲墻主要工程量見表3。

表3 鋼筋混凝土防滲墻主要工程量

2.2.3 工程投資

鋼筋混凝土防滲墻截潛方案估算投資及表4。

表4 鋼筋混凝土防滲墻截潛方案估算表

2.3 高壓噴射灌漿防滲墻方案

2.3.1 防滲墻設計

高壓噴射灌漿防滲墻采用二重管噴射的施工工藝，用同軸雙通道二重注漿管復合噴射高壓水泥漿和壓縮空氣兩種介質，以漿液作為噴射流，但在其外圍裹著一圈空氣流成為復合噴射流。施工分兩序進行，兩序噴灌間隔時間為7 d。施工工藝主要流程為：定孔→鉆孔→下噴射裝置→制漿→噴射→旋轉、定位、提升[3]。根據《高壓噴射灌漿防滲技術規程》及相關資料，高壓噴射注漿法分旋噴、定噴和擺噴三種類別[4]，考慮河道卵石粒徑較大，宜采用旋噴工藝，成樁直徑為1100 mm，設計孔距采用800 mm。水泥選擇普通硅酸鹽水泥，強度等級不低于32.5 級，水灰比0.6～1.5。

2.3.2 主要工程量

防滲墻長度為91.8 m，需打樁115 根，樁長8 m/根，樁長共計920 m。

2.3.3 工程投資

高壓噴射灌漿樁（樁徑1.1 m）單價為550 元/m，防滲墻方案估算投資：50.6 萬元。

2.4 方案比較

2.4.1 地下粘土防滲墻方案

優點：該方案工藝簡單，質量可控制，造價最低。

缺點：開挖方量大；施工周期長，河床地下水位較高，排水量大，排水時間長，需在施工完工驗收后方可停止降水；由于施工質量與含水量關系密切，對粘土指標要求較高，反濾質量難控制，且項目區附近無黏土料場。

2.4.2 鋼筋混凝土防滲墻截潛方案

優點：澆筑混凝土工藝簡單，周期短；質量易控制，在混凝土初期強度上來以后可浸水，減少部分排水量。

缺點：開挖量較大、排水量較大，投資較高。

2.4.3 高壓噴射灌漿墻方案

周雯芳等[36]通過對摻入量為0、20%、30%、40%、50%、60%、70%不同摻礫料分別進行了物理性試驗、擊實試驗、固結試驗、滲透試驗和三軸試驗，得到圖8～圖9。

優點：工藝先進、施工周期短，不需開挖和排水。

缺點：投資較高。

綜上比較和分析，考慮到施工質量的可控性、施工工藝的簡易程度以及施工周期[5]，結合業主及村民的意見，本工程選定鋼筋混凝土防滲墻截潛方案。

3 防滲墻工程布置

3.1 四家子防滲墻布置

①四家子截潛防滲墻墻頂高程設為145.7 m，即等同于該處河底高程。堤腳處土方開挖：為不擾動現狀堤防，從內側堤腳2.0 m 范圍外向河道內放線開挖至中風化巖層頂面（高程138.2 m），放坡系數為1∶1。河道內土方開挖至中風化巖層頂面以下0.5 m（高程137.7 m），放坡系數1∶1.25。距離防滲墻上游5 m～10 m 處，設2 處地下水位觀測井，井深1.0 m，井口尺寸5.0 m×5.0 m，坡比1∶1，觀測井距兩岸的位置，可根據實際情況由業主確定。

②防滲墻平均墻高8.0 m，墻長度為108.0 m，墻體厚度為0.5 m。采用C25 混凝土，抗滲等級W4。鋼筋選用HRB335，直徑14 mm。沿墻軸線每15.0 m 設一道伸縮縫，采用TD-3 型橡膠止水，縫內填20 mm 厚瀝青木板。

表5 四家子防滲墻主要工程量

3.2 八家子防滲墻設計

八家子防滲墻設計參數及布置情況同四家子，主要工程量見表6。

表6 八家子防滲墻主要工程量

4 結語

通過本次截潛工程不能全部滿足需水要求，但是可以減緩上游玉石水庫放水時滲漏地下潛水的排泄速度，提高水庫滲漏補給水利用率[6]，改善局部取水井的取水條件。攔截潛層地下水，提高河道地下水位，同時提高兩岸一定范圍內的取水井水位，增加井的出水量，從而補給生活及生產用水量[7～8]。由于工程建于地下，不改變河道行洪斷面，不會影響河道行洪。