郑州市龙子湖工程防渗方案研究

□闫大鹏 □李德营 □周风华（黄河勘测规划设计有限公司）

郑州市龙子湖工程防渗方案研究

□闫大鹏 □李德营 □周风华（黄河勘测规划设计有限公司）

对郑州市龙子湖工程规划设计过程中防渗方案发生重大变化的原因进行剖析，提出了应对策略，并总结了经验教训，对今后类似工程的规划设计具有实际指导意义。

郑州；龙子湖；防渗方案

1.引言

郑州市龙子湖水系工程是郑东新区生态水系工程重要组成部分，工程主要包括湖体工程、循环泵站、湖区挡水闸及人工湿地等。龙子湖正常运用水位82.0m，湖区水域面积95万m2，水体规模220万m3。湖区工程通过魏河及引水涵和龙湖相连接，利用龙湖的退水作为主要水源，通过人工湿地自循环系统保障湖区的水质，是龙子湖工程的核心组成部分。

2004年2月，龙子湖工程项目建议书得到郑州市发展计划委员会批复。2005年6月，郑州市发展和改革委员会做出批复，原则同意龙子湖工程可行性研究报告，抓紧进行龙子湖工程初步设计的编制工作，但是2006年初龙子湖工程设计因为土地问题暂缓进行。2010年10月，郑东新区管委会要求正式启动龙子湖工程初步设计工作。

由于种种原因，龙子湖工程的规划设计工作前前后后跨越了6年之久，其中的规划设计边界条件发生了重大变化，致使初步设计阶段的防渗方案与可行性研究阶段相比发生了重大变化。本次研究对规划设计过程中防渗方案发生重大变化的原因进了剖析，提出了应对策略，并总结了经验教训，对今后类似工程的规划设计具有实际指导意义。

2.防渗方案

从地质勘探揭露的地层来看，区内地表被第四纪松散堆积物所覆盖，共分为6层：①层以砂壤土（SL）为主、②层以中砂（Sz）为主、③层以砂壤土（SL）为主、④层以中粗砂（Szc）为主、⑤层为砂壤土、壤土与中粗砂互层、⑥层为壤土及粘土。⑥层壤土、粘土层在工程场区内为较为稳定的隔水层，其顶板高程一般在40m左右。②层中砂的渗透系数为χ×10-3cm/s，④层中粗砂的渗透系数为χ×10-2cm/s，②层和④层砂层为场区湖体下部的强透水层。由于①层砂壤土夹壤土层较薄，层底高程在78.41～81.77m之间，湖底高程为78.5m，使②层中砂在湖底开挖面直接出露或接近湖底。湖水除通过直接接触的①层砂壤土夹壤土层产生渗透渗漏外，还存在通过②层中砂层的渗漏问题。防渗工程是根据龙子湖地区的地层分布情况，为防止湖水严重渗漏而采取的一项重要工程措施。选择合适的防渗形式及防渗材料，对充分利用水资源，净化湖水都有重要意义。

2.1 可行性研究阶段

湖区开挖底面高程为78.5m，地下水位高程81～82m。湖体开挖的土料中，以砂壤土为主332万m3占56%，壤土43万m3仅占7%，湖底大部分座落在中砂层地基上，渗透系数χ×10-3cm/s，渗透等级属中等～强透水。在可行性研究阶段比选了壤土、砂壤土、土工膜、定喷桩4种防渗方案。经三维渗流分析计算，计算成果见表1。

表1 湖体三维渗流计算成果表

2.1.1 壤土防渗

采用壤土防渗，工程量较大，该地区可用壤土储藏量较少，运输距离较远，约25km，运输强度大，且运输道路要通过市区，多有不便。

2.1.2 砂壤土防渗

砂壤土储量较大，运距短，对施工工期有利，可节省工程投资。

2.1.3 土工膜防渗

复合土工膜防渗，固然水量渗漏损失小，但对湖水与地下水交换也小，对湖水水质自身净化不利。

2.1.4定喷桩防渗

由于湖区湖底以下壤土层不连续或缺失，桩的长度难以控制，防渗效果难以保证。同时，由于龙子湖湖岸线长，打桩工程量大，工期较长，施工对环境污染较大。

2.1.5 方案比较

郑州市为北方缺水城市，水资源紧缺，龙子湖建成初期更是如此。根据龙子湖地区水资源平衡计算，龙子湖年渗漏量不应超过约100万m3。经三维渗流分析计算，定喷桩的渗漏量不满足要求，综合上述各方案的分析对比，推荐砂壤土防渗方案。该防渗方案通过了专家审查。

2.2 初步设计阶段

2010年8月，龙子湖工程初步设计阶段工作在停滞5年以后重新启动，同时对龙子湖区的水文地质情况进行了补充调查。调查结果表明：龙子湖工程区现状地下水位在78.0～79.03m之间，较2005年所测水位相比下降约3m左右，原因有两个方面：一方面2005-2010年降雨量呈现出逐年减小的趋势；另一方面龙子湖周边区域的快速、高强度开发建设导致地下水的开采量（包括生产生活用水和施工降排水）迅猛增加。根据龙子湖三维渗流分析计算结果，在2010年现状条件下，如果不采取防渗措施，年渗漏量将达到1447万m3，若按可研阶段推荐的防渗方案，采用1m厚砂壤土防渗，年渗漏量将达到1158万m3，需要的年补水量太大。因此，龙子湖必须采取更为严格的防渗措施。本工作阶段制定了更为科学、合理、严格的防渗要求：一方面根据龙子湖地区水资源平衡计算，龙子湖年渗漏量不应超过100万m3；另一方面考虑湖水与地下水交换，龙子湖年渗漏量不应小于多年平均降雨量625mm，根据龙子湖设计面积约合60万m3。

本工作阶段重点对砂壤土防渗、膨润土防水毯防渗、塑性混凝土防渗墙三个方案进行了详细比选。防渗效果是方案比选的一项重要参数，根据初拟防渗方案，对不同防渗方案、不同地下水位（考虑到城市建设、地下水位持续下降的趋势）情况，对龙子湖蓄水后的渗漏情况采用三维渗流有限元分析计算（详见表2）。

表2 龙子湖三维渗流计算结果表

计算方案：①砂壤土防渗方案，厚度1.0m；②膨润土防水毯水平防渗，膨润土防水毯厚度6mm，上部覆盖开挖砂壤土料0.4m；③塑性混凝土截渗墙垂直截渗方案，墙厚度0.4m。

计算水位：考虑到城市发展地下水位逐步下降的趋势，计算中分别计算78m（2010年地下水位）、73m、68m三种地下水位情况下的渗流量。

从2010年现状条件分析，砂壤土防渗方案渗漏量太大，不满足要求；膨润土防水毯方案渗漏量偏小，不利于湖水与地下水交换；塑性混凝土防渗墙方案渗漏量适中，满足要求。但是从长远变化趋势条件分析，只有膨润土防水毯方案渗漏量满足要求，其它三个方案渗漏量均太大，不满足要求。

同时，又对三个防渗方案从防渗效果、对环境的影响、湖底设计高程以下土方挖量、施工难易程度、施工降水、效果检测、投资等方面进行了综合比较，比选结果详见表3。

表3 防渗方案综合比较表

经综合比较，膨润土防水毯方案防渗效果最好，投资相对较低，施工方便、环境友好，防渗效果易于保证，作为采用方案。

3.结语

从2005年到2010年由于地下水的补给量持续减小和开采量迅猛增加，致使龙子湖工程区的地下水位下降了3m左右，可行性研究工作阶段依据2005年的现状条件制定的湖区防渗方案，由于对地下水位的变化速度和趋势缺乏科学合理的预测，以致于使其在初步设计工作阶段变成了不可行的防渗方案，并不得不重新进行湖区防渗方案的比选论证工作。由于龙子湖防渗方案的这种巨大变化发生在前期工作阶段，并没用造成严重后果，但是也为今后类似工程的规划设计提出了一个明确要求：在制定防渗方案时，必须对地下水位未来一定时期甚至较长时期的变化速度和趋势作出科学合理的预测，以避免防渗方案出现重大变化造成严重后果。

[1]李锦玉.浅谈复合土工膜在人工湖防渗工程中的应用及施工[J].水利规划与设计，2011，(4).

[2]邓卓智.奥运龙形水系膨润土防水毯防渗技术[J].水利规划与设计，2009，(5).

[3]廖涛.水库除险加固塑性混凝土防渗墙施工技术[J].河南水利与南水北调，2010，(11).收稿日期：2012-09-10

闫大鹏（1976-），男，高级工程师，主要从事城市生态水系规划的研究。