蒲县城区段河道治理美化工程防渗设计

袁 睿

(山西省水利水电勘测设计研究院)

1 基本情况

1.1 工程概况

蒲县城区段河道治理美化工程是集防洪、蓄水美化及截污等多种功能为一体的综合性工程，由河道清淤、岸墙修建、河道防渗蓄水及两岸整治等多项工程措施组成。城区段河道治理主要包括三段:昕水河治理东起阎家庄桥，西至现有滚水坝，全长8.128 km;南川河治理从卫峰桥开始，至入昕水河河口，全长2.202 km;北川河治理从古坡小学开始，至入昕水河河口，全长2.849 2 km。三条河治理段总长度13.179 2 km。河道防渗是河道防渗蓄水工程的一部分内容，本文主要对上述三段河道的防渗设计进行方案比选与设计。

1.2 河道地质情况

工程区地层比较单一，共分为三层。第①层:粉土(Q4al+pl)，褐黄色，湿，稍密，土质较为均匀，局部上部为填土，干强度及韧性低，无光泽反应，摇振反应迅速。该层厚度0.30 m，层底深度0.30 m，层底标高939.89－940.05 m。

第②层:卵石土(Q4al+pl)，褐黄色，饱和，密实，母岩以砂岩、灰岩为主，骨架间充填砂土，分选性较差，磨圆度较好，局部夹极薄层粉土。该层厚度10.50－10.80 m，层底深度 10.70－11.10 m，层底标高929.25－930.71 m。

第③层:泥岩(T)，褐红色，中—微风化，泥质结构，块状构造，岩芯多呈柱状、长柱状。该层未揭穿，最大可见厚度19.20 m。

工程区内存在连续的相对隔水层(泥岩，极微透水岩石)，隔水效果较好，其平均深度为12 m。

2 河道防渗的必要性

2.1 河道蓄水的需要

根据山西省第五地质工程勘察院提供的《蒲县昕水河城区段河道治理美化工程地质勘察报告》，在河滩以下11.0 m以内为卵石土，透水性强，若要形成河道蓄水景观，必须对河槽进行防渗处理。

2.2 预防河岸浸没的需要

河道蓄水后，将抬高河道水位。若不采取防渗措施，蓄水渗漏将使两岸的地下水位抬高0.1－3.0 m，将会对两岸房屋建筑形成一定的浸没影响。

因此，河道蓄水采取防渗措施是必要的。

3 河道防渗方案的比较

防渗形式的选择主要根据地质条件、工程投资、运行管理、施工难易、对水环境的影响等方面综合考虑，常用的防渗型式有水平防渗和垂直防渗两种。

3.1 垂直防渗

垂直防渗多采用混凝土防渗墙伸入不透水层，即可达到防渗目的。本工程蓄水段隔水层埋深较浅，平均埋深12.0 m。垂直防渗拟采用高压喷射注浆(定喷)法施工工艺，将防渗墙打入不透水层0.5 m方案。

3.2 水平防渗

水平防渗有复合土工布、粘土铺盖和膨润土防水毯等型式。本工程仅对投资较省的复合土工布防渗方案进行比较，土工布的防冲措施宜采用柔性的连锁式水工生态砖(0.15 m厚)铺设。

3.3 防渗方案比选

3.3.1 水平防渗方案

优点:防渗效果可靠，渗漏损失小，施工方便。

缺点:施工工作面大，对施工组织要求高;防渗面积大，基坑排水量大，且河床需大面积防冲，工程投资较高;蓄水水体与地下水交换困难，水体的自然循环、净化功能相对减弱(水体的自净能力受多种因素影响:例如，河床的土质;蓄水的水深、水温;水生动植物的生长、组成;水体中微生物种群等)，蓄水水质较差。

3.3.2 垂直防渗方案

优点:施工干扰小，受河道清淤、洪水冲刷等损坏的机率小;高喷工艺不受施工深度、地层岩性、地下建筑物的影响;利于蓄水水体与地下水的交换，从区域生态环境考虑，对水的自然循环、净化及区域水资源平衡有利;工程投资较低。

缺点:防渗墙为隐蔽工程，质量控制难度大;不利大面积作业，工期长;蓄水渗漏量比水平防渗大。

3.3.3 防渗方案比选

从工程投资、施工难易程度、防渗效果、以及与周围环境适应性等方面，对水平防渗方案和垂直防渗方案进行了综合比选分析，结果见表1。

表1 防渗方案比较表

从表1可以看出，垂直防渗方案较优越，故确定蓄水河道采用垂直防渗的方式，拟采用高压喷射注浆(定喷)法施工，将防渗墙伸入泥岩隔水层来解决河道渗漏问题。

4 垂直防渗墙设计

根据当地河床地质，岸墙开挖后地基为卵石土，防渗墙采用高压喷射注浆(定喷)法施工。根据工程经验，防渗墙底高程伸至隔水层内0.5 m，但以不穿透隔水层厚度为前提。防渗墙顶与岸墙底相接。

4.1 防渗墙厚度确定

防渗墙厚度按下式计算确定。

式中:S——最小防渗墙厚度，m;

ΔH——防渗墙两侧的水头差，m;

［J］——设计允许坡降，一般取破坏比降的0.33－0.50;

ηj——施工垂直度控制偏差，取0.8。

经计算，防渗墙厚度宜确定为15 cm。

高喷防渗墙的厚度主要取决于结构强度和抗渗能力，抗渗能力由墙体的均匀性决定，均匀性取决于土层中有无大块漂石和施工工艺、施工质量等。借鉴太原市汾河一期工程的施工经验，定喷防渗墙厚度取15 cm。防渗墙总长度5.7 km。

4.2 高压喷射注浆技术参数

成墙固化材料采用普通硅酸盐水泥，根据工程经验，结合本工程的地层特点，施工工艺参数最终根据现场试验确定。其喷射方法采用三管法定喷，喷射方向与防渗墙夹角为30°，孔距2.0 m，要求成墙厚度不小于15 cm。施工时孔斜率按不同孔深控制:孔深小于10 m时，孔斜率不大于2%;孔深小于20 m时，孔斜率不大于1%;孔深大于20 m时，孔斜率不大于0.8%。墙体抗压强度不小于0.5 MPa，压缩模量不大于1 000 MPa，渗透系数不大于A×10－6cm/s(1＜A＜10)，桩间搭接长度按15 cm控制，钻具垂直精度不大于1/200。成墙后要求墙体完整连续，满足防渗要求，允许比降不小于50。

4.3 防渗墙后排渗设计

河道蓄水后，两岸的地下水位将抬高0.1－1.0 m，可能会对两岸形成一定的浸没影响。为降低地下水位，沿昕水河(北川河汇入口—蓄水段末端)北岸防渗墙外侧纵向布置一根混凝土截渗花管，截渗管总长1 471 m，管径50 cm，纵坡5.88‰。沿排水花管纵向每隔500 m布置一个集水井以汇集排水花管渗水，集水井为C25钢筋混凝土圆筒型结构，直径2.0 m，深度6 m，壁厚30 cm，底板厚60 cm。集水井共设3个。井中积水由设在井内的水泵抽排至蓄水河道，或用于公园花草浇灌。

5 结语

蒲县城区段河道治理美化工程建成后，可将县城的防洪能力提高到20年一遇，形成长达13 km余的河道带状公园娱乐休闲区，使蒲县真正成为“天蓝、水清、地绿、景美，人与自然和谐，宜商、宜居、宜工的生态型山水园林城镇”。