某引黄调蓄池池体防渗方案比选

□张　平　□王耀飞　□杨淇翔　□买巨喆(河南省水利勘测设计研究有限公司)



某引黄调蓄池池体防渗方案比选

□张平□王耀飞□杨淇翔□买巨喆
(河南省水利勘测设计研究有限公司)

摘要：某引黄调蓄工程调蓄池，池区地质条件复杂，池底以下地层上部有3层透水层，一层厚度较薄且不连续的弱透水层，较深的下部存在相对不透水层，因防渗为调蓄池成池的关键，针对具体情况，类比了5种防渗方案，最终推荐选用复合土工膜垂直防渗和GCL膨润土防水毯水平防渗的综合防渗方案。

关键词：调蓄池；防渗；复合土工膜；防水毯

1　前言

某引黄调蓄工程，水源及引水工程均利用现有引水灌溉渠道改造而成，根据灌区位置、引水水源及渠系布置和地形情况综合分析，该引黄调蓄工程调蓄池选址处地势低洼，现状地面高程平均72.50 m，地下水位较高，土方开挖量少，是建设调蓄池的理想位置。调蓄池在正常水位69.80 m高程时水面面积为1.60 km2。

调蓄池池体防渗工程是成池工程的最关键环节，一方面，防渗体要能有效地控制池体渗漏量，以便能够蓄水成池；另一方面，防渗体渗透系数不能太小，以利于池内水体与地下水相互交换，防止出现各种生态环境问题，因此要求防渗体的渗透系数应具有可控性，防渗体应为有限防渗。针对该调蓄池所在地的工程地质条件及该工程的规模，进行了防渗方案比选。

2　工程地质条件

调蓄池勘察深度范围内地层岩性为第四系上更新统（alQ3）和全新统冲积物（alQ4），为黄河不同时期泛滥或决口形成，属于粘砂多层结构，据钻孔揭露（场区钻孔最大深度25.50 m），按土的物理力学性质的差异可主要分为5个主层。①层砂壤土。渗透系数平均值5.70×10-4cm/s，具中等透水性。局部相变为轻粉质壤土，渗透系数为1.30×10-4cm/s，具中等透水性。②层粉砂。湿～饱和，松散～稍密，具中等透水性。③层轻粉质壤土，渗透系数平均值2.80×10-4cm/s，具中等透水性。局部相变为砂壤土，渗透系数平均值3.80×10-4cm/s，具中等透水性。④层重粉质壤土，渗透系数平均值1.60×10-5cm/s，具弱透水性。⑤层重粉质壤土，渗透系数平均为5.60×10-6cm/s，具弱透水性。

3　防渗方案比选

3.1方案选择

经工程类比选择以下5种防渗方案进行比较。

3.1.1方案一：防渗墙垂直防渗

防渗墙沿调蓄池区池岸布设，将调蓄池池区包络其中，池区防渗墙长度为5900 m。根据地质条件，防渗墙深入池底稳定的相对不透水层1.00～2.00 m，防渗墙和池底相对不透水层共同组成一个防渗体。由于池底第④层重粉质壤土层厚较薄，且不连续，防渗墙需进入第⑤层重粉质壤土层，根据地质资料，第⑤层重粉质壤土层顶板高程约为46 m左右，这样，防渗墙的平均深度约为24 m左右。由于防渗墙深度较大，根据现有的成熟的防渗墙的施工方式，适合本工程的主要有置换成墙法和高喷成墙法。由于高喷成墙法投资较高，采用置换成墙法进行比较。

3.1.2方案二：壤土铺盖防渗

调蓄池池底和边坡均采用壤土铺盖防渗，壤土铺盖厚度为0.50 m。壤土铺盖防渗是水利工程中常用的一种水平防渗处理方法，属于完全天然的池底防渗材料，有利于主池区水生动植物的生长和水系生态环境的维护。壤土铺盖防渗层施工难度较低，壤土铺盖对地层的变形有良好的适应性，防渗效果有保证。

3.1.3方案三：复合土工膜防渗

调蓄池全断面复合土工膜防渗，土工膜上采用开挖料铺盖保护。复合土工膜是一种性能良好的新型柔性防渗材料，具有施工简单，防渗效果明显和使用寿命长的优点。但是，复合土工膜不利于池内水体与地下水的交换，不利于水体自净和水质保护，也不利于水生动植物的繁殖和生态环境的自然平衡。

3.1.4方案四：复合土工膜和土工合成粘土衬垫综合防渗

土工合成粘土衬垫（简称GCL膨润土防水毯）是一种新型的土工合成材料，它是以针织法将天然钠质膨润土和高强度土工布针织在一起，形成的一种毯状针织物。它与土工膜同属土工合成材料，除具有复合土工膜的优点外，还具有高柔韧性和强抗应变能力，施工也比复合土工膜简单方便。由于其原材料主要为膨润土和土工织物，其中膨润土由凝灰岩或基它火山岩在碱性介质下蚀变而成，属天然材料，该种材料在郑东新区CBD中心湖湖底铺设了2万m2。在相同渗流断面下，调蓄池边坡和靠近边坡的池底渗漏量是比较大的，本方案对调蓄池边坡和靠近调蓄池边坡坡脚的10 m范围内池底采用复合土工膜进行防渗，池底其他部位采用GCL膨润土防水毯防渗，其上采用0.50 m厚的开挖料铺盖保护。

3.1.5方案五：复合土工膜和壤土铺盖综合防渗

采用复合土工膜和壤土铺盖综合防渗，在相同渗流断面下，调蓄池边坡和靠近边坡的池底渗漏量是比较大的，本方案对调蓄池边坡和靠近调蓄池边坡坡脚的10 m范围内池底采用复合土工膜进行防渗，结合边坡及坡脚防护，采用0.10 m厚的C10混凝土对土工膜进行保护，调蓄池池底其他部位采用壤土铺盖进行防渗，壤土铺盖厚度为0.50 m。本方案壤土用量也很大，约44万m3。

3.2方案比较

3.2.1优缺点比较

方案一，优点为：后期运行管理过程中进行湖底清淤时不会影响防渗工程；属于有限防渗，有利于水体交换，保证水质。缺点为：防渗墙施工工艺相对较高，施工质量难以保证；投资较大。

方案二，优点为：施工难度低，简单易行；属于有限防渗，有利于水体交换，保证水质。缺点为：在边坡上集中渗漏比较大的部位，采用壤土碾压，施工质量不容易保证，渗漏量也较大；需要新征土料场，根据地质报告，本工程可用土料场运距较远，且覆盖层较厚。

方案三，优点为：施工方便，防渗效果明显。缺点为：属于过度防渗，不利于池内水体和地下水交换，不利于水体自净和水质保护，也不利于水生动植物的繁殖和生态环境的自然平衡。

方案四，优点为：具有高柔韧性和强抗应变能力，施工也比复合土工膜简单方便；属于有限防渗，有利于水体交换，保证水质。缺点为：GCL膨润土防水毯为新型材料，后期运行维护存在一定风险。

方案五，优点为：施工难度低，简单易行；属于有限防渗，有利于水体交换，保证水质；相比方案二，对于岸坡渗漏量较大的部位有明显的防渗效果，有效减少渗漏量。缺点为：开挖可利用料有限，需要新征土料场，根据地质报告，本工程可用土料场运距较远，且覆盖层较厚。

3.2.2施工技术、工程风险、控制投资等方面对以上5个方案分析比较

3.2.2.1施工技术方面

方案二、方案三、方案四以及方案五，施工难度比较低，工艺简单易行。方案一主要采用防渗墙作为防渗体，属人工防渗材料，其配合比要求严格，施工工艺要求较高。在工程施工方面，方案二、方案三、方案四和方案五优于方案一。

3.2.2.2工程风险方面

方案一的防渗保证率较高，运行期工程风险较小，但工艺复杂，又属于地下工程，工程质量保证率较低，工程施工质量风险较大。方案二、方案五壤土用量大，需新增取土场政策性因素使征地成本逐年大幅度提高，使投资风险增大；同时对于本工程，需长距离、高强度运输土料，对环境破坏的风险也很大。方案三由于防渗体渗透系数很小，不利于池内水体与地下水的交换，不利于水体自净和水质保护，也不利于水生动植物的繁殖和生态环境的自然平衡，水环境恶化的风险很大。方案四的防渗体为GCL膨润土防水毯，为新型材料，后期运行维护存在一定风险。因此在工程风险方面，各方案各有优缺点。

3.2.2.3投资控制方面

在同等设计深度下，经计算：方案一所需工程投资为4461万元，方案二工程投资为3807万元，方案三所需工程投资为2938万元，方案四所需工程投资为3971万元，方案五所需工程投资为3967万元。方案三投资最省，方案二、方案四和方案五投资比较接近，方案一的投资最高，方案三最优，方案二、方案四和方案五次之，方案一最高。

3.3推荐方案

经综合分析和渗流计算，方案四可满足工程防渗要求，施工质量可以保证，投资相对较少，因此，推荐方案四。边坡和靠近边坡的池底采用复合土工膜23.20万m2，池底采用GCL膨润土防水毯防渗，其上采用0.50 m厚开挖料铺盖保护，防水毯用量为74.80万m2，复合土工膜在池底进行反包，共同组成一个防渗体。

4　防渗工程设计

4.1垂直防渗

防渗直接决定调蓄池工程的成败，因此对土工膜的适应变形能力、延伸率等要求高；且池岸连接部位较多，为了确保防渗效果，保证施工质量，垂直防渗推荐采用复合土工膜作为主防渗层。护岸设计要求既能防止水流、波浪对边坡的淘刷，又能够保护池边岸坡的稳定，同时要求工程造价较低。由于当地缺少可用石料，石料运距较远，导致浆砌石价格很高，采用锁链式生态护坡虽然价格相对较高，但会极大的美化调蓄池的生态环境，因此本工程采用锁链式生态护坡+混凝土作为防渗体的保护层。

综上所述，岸坡的垂直防渗采用复合土工膜防渗，同时复合土工膜上采用锁链式生态护坡和C20混凝土相结合的方式进行防护，厚10 cm。根据该池区的地层条件和实际运行情况，防渗层下面常用的排水方式有两种：逆止阀和排水盲沟。考虑调蓄池水位突降的工况，池周地下水位较高，池内无水，衬砌板抗浮不满足设计要求，需设置逆止式排水器，保证地下水排水池区，防止池区水外渗。

4.2水平防渗

调蓄池池底采用水平防渗，靠近岸坡的10 m范围内采用复合土工膜作为防渗层，土工膜上采用C20混凝土保护，厚0.10 m。池底的其他部位选用GCL膨润土防水毯作为防渗材料，其上采用0.50 m厚开挖料铺盖进行保护。

5　防渗计算结果分析

5.1无防渗措施渗流计算

如果不采用任何防渗措施，考虑调蓄池水面高程为69.50 m，则工程运行期调蓄池每天渗漏量约为2.43×104m3，每年调蓄池总渗漏量达887×104m3/a。由于池底渗漏水量大，同时渗漏还造成池周的地下水位抬高，调蓄池西南部地形较低处浸没范围较大，将给湖周的生态环境带来负面影响。

5.2有防渗措施渗流计算

当调蓄池只采用垂直防渗，即边坡采用复合土工膜防渗，池底不防渗时，则调蓄池每天渗漏量为1.17×104m3，调蓄池每年的总渗漏量为426×104m3/a。当对池底采用GCL膨润土防水毯防渗后，防水毯的渗透系数取1×10-8cm/s，计算的调蓄池每天的渗漏量为0.28×104m3，调蓄池每年的总渗漏量减少至102× 104m3/a。计算结果表明，铺盖方案满足设计渗漏量要求，能有效控制地下水位和池底渗漏量。因此，从防渗效果分析，采用复合土工膜垂直防渗和GCL膨润土防水毯水平防渗的综合防渗方案有效可行。

参考文献

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（责任编辑：刘长垠韦诗佳）

收稿日期：2016-01-06

中图分类号：TV52

文献标识码：A

文章编号：1673-8853(2016)03-0078-03