強(qiáng)巖溶生態(tài)景觀湖區(qū)膨潤(rùn)土防水毯防滲應(yīng)用實(shí)踐

申洪波，晏長(zhǎng)軍

（遵義市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，貴州 遵義 563002）

強(qiáng)巖溶地區(qū)景觀湖庫(kù)盆透水性強(qiáng)、溶蝕裂隙發(fā)育，滲漏系統(tǒng)十分復(fù)雜［1-2］。 溶洞、溶隙和破碎帶等特殊地質(zhì)處理合理與否，直接關(guān)系到整個(gè)湖區(qū)地基防滲體質(zhì)量、 投資成本和施工工期等能否高效可控，甚至還可能決定整個(gè)工程的成敗［3］。強(qiáng)巖溶地區(qū)建壩擋水修建人工景觀湖，在設(shè)計(jì)階段必須開(kāi)展大量調(diào)查、鉆探和物探等工作，充分揭示巖溶發(fā)育的空間分布規(guī)律［4］，并結(jié)合工程特性針對(duì)不同滲漏，采取行之有效的防滲方案和關(guān)鍵技術(shù)合理指導(dǎo)施工才能達(dá)到良好的防滲效果，確保工程高效優(yōu)質(zhì)的施工建設(shè)。

1 工程概況

桃花源記景區(qū)是貴州省正安縣“十三五”規(guī)劃打造一個(gè)原始、與世隔絕的“桃花源”，為國(guó)家AAAA級(jí)旅游景區(qū)。景區(qū)位于正安縣市坪鄉(xiāng)境內(nèi)，屬典型的喀斯特漏斗型地貌，四周群山環(huán)繞，陽(yáng)光充足、雨水豐沛、山川秀麗、氣候宜人，是正安縣奮力打造“民族特色、綠色生態(tài)、特色經(jīng)濟(jì)、旅游扶貧”的項(xiàng)目。 按照景區(qū)規(guī)劃， 需在大矸溝河段修建面積約10萬(wàn)m2的桃花湖景觀水體工程。 桃花湖正常蓄水位1060.00m，正常蓄水位水體約22.7萬(wàn)m3，湖面面積約8萬(wàn)m2。

由于湖區(qū)攔河壩以上河段巖溶洼地、 漏斗、落水洞等呈串珠狀分布，溝谷地表無(wú)穩(wěn)定水流，雨洪水多匯集于地下巖溶管道，暴雨時(shí)有小部分洪水從河槽匯流至下游消水洞。 為形成有效的水面景觀，針對(duì)景區(qū)所處位置特殊水文地質(zhì)條件，需采取特殊工程措施或防滲措施進(jìn)行處理形成防滲體，有效解決湖底及湖岸防滲問(wèn)題［5］，確保景區(qū)具備建湖蓄水條件。

2 工程地形地質(zhì)條件

桃花源記景區(qū)桃花湖位于市坪鄉(xiāng)與謝壩鄉(xiāng)之間的巖溶槽谷內(nèi)，區(qū)內(nèi)地勢(shì)高峻，溝谷淺切，槽谷兩側(cè)為高陡山體，山頂高程多在1100～1300m。 兩山體間為寬緩起伏不大的巖溶槽谷，槽谷寬一般80～120m，總體呈南北向展布， 兩岸山體與槽谷相對(duì)高差大于100m。 工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，屬構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)。槽谷套洼地內(nèi)未見(jiàn)穩(wěn)定的地表水流， 僅兩岸山體短淺的地表溪流匯入巖溶槽谷后多沿溶隙、 洼地內(nèi)篩狀落水洞等潛入地下伏流。 湖區(qū)槽谷洼地覆蓋層厚15～33m，巖體物理力學(xué)指標(biāo)，如表1。

表1 湖區(qū)巖體物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地表調(diào)查和工程鉆探揭露，桃花湖位于一巖溶洼地內(nèi)，北東、西高，南面存在低槽谷和低埡口，地形封閉條件較差。湖區(qū)發(fā)育有KLD1、KLD3～KLD8洼地套落水洞， 巖溶強(qiáng)發(fā)育， 地表無(wú)穩(wěn)定水流，為巖溶干谷且地下水埋深大，現(xiàn)狀不具備蓄水條件。

3 防滲形式比選

桃花湖湖區(qū)地形封閉條件差， 地基以含碎石黃黏土及白云質(zhì)巖、灰?guī)r等為主，其透水率大、溶蝕裂隙發(fā)育，只有通過(guò)合理防滲工程進(jìn)行處理，才滿足湖區(qū)1060.00m生態(tài)景觀蓄水水面要求。 根據(jù)湖區(qū)地形地質(zhì)條件和景區(qū)規(guī)劃中對(duì)桃花湖水景觀要求， 優(yōu)選沿湖岸垂直防滲方案和湖底水平防滲方案兩種防滲方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析。

3.1 湖岸垂直防滲方案

由于桃花湖湖區(qū)處于槽谷套洼地內(nèi)出露全為∈1q強(qiáng)巖溶地層，巖層產(chǎn)狀較平緩，現(xiàn)地表無(wú)穩(wěn)定水流，均通過(guò)地表巖溶洼地內(nèi)溶隙、 落水洞等潛入地下巖溶管道，通過(guò)物探和鉆孔揭露，地下水位及巖溶通道下伏較深（80～130m），且湖岸坡無(wú)可靠的隔水層。 采取沿湖岸垂直防滲帷幕灌漿方案， 雖然其工程區(qū)的開(kāi)挖及混凝土澆筑工程量少， 對(duì)周邊自然環(huán)境影響較小，但防滲邊界難以確定，防滲工程量巨大，工程投資約5127萬(wàn)元，且可靠性差，存在較大技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，不能有效解決庫(kù)區(qū)滲漏問(wèn)題。

3.2 湖底水平防滲方案

鑒于湖區(qū)槽谷洼地內(nèi)覆蓋層厚15～33m， 主要為殘坡積（Qedl）含碎石黃黏土、沖洪積及淤積（Qapl+s）含淤泥、淤泥質(zhì)黏土；岸坡基巖出露。 水平防滲方案可考慮采用混凝土面板防滲或柔性防水材料防滲。

3.2.1 混凝土面板防滲

為了避免地基不均一性引起的水平防滲建筑物（混凝土面板）不均勻沉降而破壞問(wèn)題，須完全清除覆蓋層后， 在基巖面上澆筑混凝土防滲面板。 經(jīng)測(cè)算，覆蓋層開(kāi)挖量高達(dá)180萬(wàn)m3，基礎(chǔ)處理和混凝土用量較大， 工程實(shí)施中對(duì)規(guī)劃景區(qū)的周邊自然環(huán)境影響較大， 且湖區(qū)大面積混凝土面板施工過(guò)程中質(zhì)量難以控制，防滲部分投資約6368萬(wàn)元；運(yùn)行中混凝土板存在沉降變形滲水風(fēng)險(xiǎn)， 同時(shí)大面積的湖底硬化帶來(lái)的生態(tài)效果較差。

3.2.2 柔性水平防滲方案

桃花湖建設(shè)湖體水深2～8m，槽谷洼地內(nèi)覆蓋層較厚，地下巖溶較發(fā)育，成串篩狀洼地套落水洞，地下水埋藏較深。 據(jù)調(diào)查， 洪水期無(wú)較大的滯洪和氣蝕、 氣爆等現(xiàn)象。 為使防滲材料盡可能適應(yīng)地基條件，減少基礎(chǔ)處理工作量，宜考慮柔性材料的水平防滲方案。基礎(chǔ)處理清除湖底表層腐殖土、平整和適當(dāng)壓實(shí)基面， 在整個(gè)湖底和湖岸坡選擇生態(tài)性能良好的防水毯防滲方案，不僅可以減少施工開(kāi)挖和棄碴，使用的材料也生態(tài)環(huán)保、融于自然，防滲投資約3228萬(wàn)元，投資相對(duì)較省［6-7］。

綜合比較分析可知： 垂直防滲方案工程量大且防滲可靠性難以保證； 水平防滲中混凝土面板方案基礎(chǔ)處理工程量大且施工對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞和影響很大。從技術(shù)可靠性、環(huán)境影響、實(shí)施難度、投資等方面進(jìn)行對(duì)比分析，設(shè)計(jì)優(yōu)選湖底、湖岸鋪設(shè)防水毯的水平防滲方案。

4 湖區(qū)柔性防滲處理方案

4.1 材料選擇

鈉基膨潤(rùn)土防水毯（GCL）是許多土木、水利工程防滲的重要材料之一［8］。 在湖底防滲襯墊系統(tǒng)中，膨潤(rùn)土防水毯相比等效壓實(shí)性黏土襯墊厚度要薄，其防滲性能更佳，且在張力應(yīng)變達(dá)20%工況下，其滲透率幾乎不會(huì)增加；相比土工膜，其具有更好的抗?jié)B性、生態(tài)性和施工便捷性［9-10］。因此，優(yōu)選膨潤(rùn)土防水毯作為桃花湖湖區(qū)生態(tài)景觀蓄水工程中的主要防滲結(jié)構(gòu)材料。

4.2 防滲布置

根據(jù)湖區(qū)地形地質(zhì)條件， 對(duì)地表出露的溶洞、落水洞和巖溶漏斗先采用大塊毛石回填壓實(shí)，毛石回填采取干砌石方式，再澆筑0.5m厚C20混凝土，混凝土與四周基巖面連接形成封閉。 尾部湖底設(shè)計(jì)高程1058.50m， 攔河壩前湖底設(shè)計(jì)高程1053.50m，湖底坡降1%。 由于區(qū)域地質(zhì)條件差，巖溶強(qiáng)發(fā)育，湖底全斷面采用鋪設(shè)GCL膨潤(rùn)土防水毯防滲。 由于湖底面積較大，為便于施工和適應(yīng)防水毯壓縮和拉伸變形，采用混凝土固邊將湖底分為6塊；在分塊連接處及坡面頂部， 采用C20混凝土錨固溝固邊與防水毯連接。

4.3 生態(tài)防水毯敷設(shè)結(jié)構(gòu)

湖底及岸坡地基土須為有80%顆粒通過(guò)0.25mm篩子的沙粒，地基必須堅(jiān)固、平整，地面起伏不大于12mm。 基面需無(wú)空鼓、裂縫、尖石、施工碎石等其他有可能損壞膨潤(rùn)土墊的異物。 在整平后的湖底鋪設(shè)30cm碎石、20cm砂反濾層、30cm素土墊層及膨潤(rùn)土防水毯， 防水毯上部設(shè)30cm素土壓重保護(hù)。對(duì)庫(kù)岸及攔河壩上游坡面，在坡面整平后設(shè)30cm厚素土墊層、其上鋪膨潤(rùn)土防水毯（GCL），15cm厚素土壓重保護(hù)層填筑、 鋪筑10cm厚砂墊層及8cm厚C20混凝土預(yù)制塊。對(duì)不設(shè)混凝土預(yù)制塊的坡面，防水毯上部設(shè)30cm素土壓重保護(hù)。膨潤(rùn)土墊末端放入坡頂?shù)腻^固溝內(nèi)錨固，錨固溝的前端為圓形，膨潤(rùn)土墊須延伸到錨固溝的底部。 生態(tài)防滲毯鋪設(shè)結(jié)構(gòu)斷面，如圖1。

圖1 生態(tài)防水毯鋪設(shè)結(jié)構(gòu)斷面

在較平整的接縫處，膨潤(rùn)土墊采用“條帶法”在長(zhǎng)度和寬度方向重疊搭接；在斜坡和特殊點(diǎn)的接縫處，膨潤(rùn)土墊采用膏體法搭接。 膨潤(rùn)土防水毯上部回填的機(jī)械設(shè)備與膨潤(rùn)土墊需有不少于30cm的保護(hù)土層，回填土的顆粒需小于25mm，回填土不能進(jìn)入兩層搭接的膨潤(rùn)墊中間。 膨潤(rùn)土防水毯搭接，如圖2。

圖2 膨潤(rùn)土防水毯搭接施工示意圖

4.4 排水排氣設(shè)計(jì)

由于庫(kù)盆溶隙孔洞等與地下暗河連通， 暗河水位消長(zhǎng)形成氣壓變化會(huì)對(duì)防水毯和鋪蓋體造成頂托破壞，因此本工程在湖底、湖岸及攔河壩位置設(shè)置排水和排氣管網(wǎng)。 排水主管位于防水毯下層碎石墊層下部， 緊貼縱向混凝土固邊左右兩側(cè)布置， 分別為1#、2#管徑為?300的排水主管，四周采用碎石回填，盲溝尺寸40cm×40cm。 兩條排水主管每50m設(shè)2條排水支管，排水支管位于防水毯下層碎石墊層下部，緊貼橫向混凝土固邊上下游兩側(cè)布置， 排水支管采用?200排水盲管，盲管外包裹聚酯長(zhǎng)纖無(wú)紡布反濾層，四周采用碎石回填，盲溝尺寸30cm×30cm，兩側(cè)延伸至湖底環(huán)向固邊，中間分別接入排水主管。1#、2#排水主管最終穿過(guò)攔河壩， 排入壩后排水溝后排入下游落水洞。

排氣管采用DN100鋼管， 布置于每縱橫向固邊端部，埋設(shè)于湖岸防滲面板后，下部穿過(guò)湖底環(huán)向固邊后與排水支管相連， 上部根據(jù)景觀布置從適當(dāng)位置穿出于設(shè)計(jì)洪水位以上， 并隱藏布置且保證其頂部管口高程高于1061.72m（P=10%水位）。

5 結(jié)語(yǔ)

為確保桃花源記景區(qū)具備蓄水條件，有穩(wěn)定水源補(bǔ)充以形成有效水面景觀，結(jié)合湖區(qū)地形地質(zhì)條件，對(duì)湖岸垂直防滲、湖底水平防滲的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)選抗?jié)B性能優(yōu)、施工便捷的膨潤(rùn)土防水毯生態(tài)防滲方案，有效解決湖底及湖岸防滲修復(fù)等問(wèn)題。

（1）湖區(qū)地形封閉條件差，巖溶強(qiáng)發(fā)育透水性強(qiáng)且地表未見(jiàn)穩(wěn)定水流，需經(jīng)防滲處理后，才具備建湖蓄水條件，以滿足景區(qū)1060.00m景觀蓄水水位要求。

（2）地下巖溶管道形成滲漏通道縱橫交錯(cuò)，且無(wú)可靠穩(wěn)定的防滲邊界條件， 只能采用湖底水平防滲方案。與黏土襯墊和土工膜防滲材料相比，膨潤(rùn)土防水毯在抗?jié)B性、生態(tài)性和施工便捷性等均具有優(yōu)勢(shì)，工程應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益好。

（3）膨潤(rùn)土防水毯在生態(tài)景觀防滲工程中的合理應(yīng)用， 保證了桃花湖具有良好的防滲效果和生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)引水筑堤圍湖形成穩(wěn)定蓄水水位，將助力桃花源記景區(qū)營(yíng)造“人水和諧、生態(tài)自然” 的康養(yǎng)旅居環(huán)境。