砂土性蓄水区防渗方式探讨

张晓斐

（陕西水环境工程勘测设计研究院陕西西安710018）

砂土性蓄水区防渗方式探讨

张晓斐

（陕西水环境工程勘测设计研究院陕西西安710018）

本文对砂土性蓄水区防渗处理方法进行了简要介绍，并以西安某河道人工蓄水区为例，分析了采用不同方式对砂土蓄水区防渗处理的设计、施工及相关检测，结果表明，对砂土性蓄水区防渗处理采用粘土防渗与土工织物防渗相结合的方式是可行的。

防渗；土工膜；砂土；粘土；垂直防渗

1　场地工程地质概况

工程区位于关中盆地中部，渭河流经盆地偏南部位，沣河在渭河一级阶地上建造了河槽，工程涉及沣河河槽、漫滩及渭河一级阶地。工作区内沣河漫滩沿沣河展布，沣河漫滩高程约381.53m～382.84m，宽50m～200m不等，渭河一级阶地高程约388.52m～394.12m。蓄水区为沣河漫滩及河槽，蓄水高程低于渭河一级阶地高程。工程区地层上部岩性以壤土、粘土为主，大孔隙，厚1m～3m，下部为灰黄色—青灰色粗砂和中细砂，下粗上细，松散，分选性好，成份以石英、长石为主。蓄水高度以下主要为粗砂和中细砂。

工程设计蓄水建筑物主要是沿河道修建橡胶坝蓄水工程，蓄水区布设护坡工程，护坡工程长度7.4km，现状同时施工堤防工程，工程开挖有大量的粘性弃土，根据调查和现有的地质资料，现状河道水位与两岸地下水的关系为，河道水位高于两岸的地下水位，这就使得河道水需要对两岸的地下水补给，当橡胶坝修建蓄水后，河道水位同样高于两岸的地下水位，这种情况对河道拟建的橡胶坝蓄水产生了极为不利的影响；而且蓄水区的平均渗透系数比较大，约为4.6m/d，即5.3×10-5m/s，根据达西定律计算河道在正常蓄水位情况下蓄水区水域的年渗漏损失量为3194万m3，这对于蓄水产生了严重的影响，是蓄水最主要的影响因素。

2　防渗处理方法选择及设计

针对实际情况，为了解决蓄水区严重的渗漏问题，需要对蓄水区采取一定的防渗处理措施以满足橡胶坝的蓄水要求。本次需要对蓄区水底、两岸护坡进行防渗处理。

（1）蓄水区底部防渗

为减小蓄水渗漏，满足水面工程水量的要求，必须对蓄水区底部进行防渗处理。本次提出以下三种防渗方案进行比较分析。

方案一：水平土工膜防渗

措施：在蓄水区范围全部铺上一层土工膜，在土工膜的上部铺设一层1m厚的细沙防护层，在土工膜的底部铺设一层15cm的细粒土垫层以保证土工膜的强度和抗老化能力。

优点：铺设和检修方便，不易老化，可以保证河道的蓄水量达到所要设计的蓄水量。缺点：影响该区域河道的地下水补给，投资大，会对周围生态环境产生不利影响。

方案二：蓄水区底部铺设②1壤土防渗

措施：对整个蓄水区底部全断面铺设1m厚的②1壤土，压实度为0.93.根据地质资料②1型原状壤土的渗透系数4.89×10-5cm/s，平均渗透系数至少小于现有河床材料的100倍；在试验室经过压实后壤土的渗透系数为1.3×10-6cm/s，考虑到施工因素，实际的渗透系数要大于理论值，建议渗透系数扩大一倍考虑，即2.6×10-6cm/s。

优点：未破坏原有的河道水与两岸地下水的关系，对周围的环境基本不会产生太大的影响。②1壤土基本为蓄水区周围老堤防开挖的弃土，堤防开挖的壤土可以满足蓄水区底防渗的需要。缺点：施工时②1壤土中可能会掺杂其它的粘性土，渗透系数可能有所增大，会造成实际的蓄水区渗漏量比理论上要稍大。

方案三：垂直防渗措施

措施：在橡胶坝附近的河床横断面处布置混凝土防渗墙，横贯整个河床并延伸到两岸，采用混凝土防渗墙将全部透水层截断，是比较有效的防渗措施。

优点：混凝土防渗墙施工技术易掌握，对各种地层适应性强。缺点：由沣河橡胶坝横断面处的地质剖面图可以看出，该区域的粗砂层较深，从地质资料分析透水层厚度大于35m，地质资料未见相对不透水层，混凝土防渗墙在此深度防渗效果不是很好，另外该方案投资较大。

在本工程中，结合地质条件，相对不透水层埋深太深，不宜设置垂直防渗；全断面铺设土工膜施工和施工导流都比较困难，而且对周围的地下水环境影响较大，投资较高；最后从投资、施工工艺、工程经验、防渗效果及对河道地下水位影响等方面综合比较，本次推荐采用全断面铺设1m厚的②1壤土并夯填的防渗方案，压实度为0.93。省内桃曲坡水库与羊毛湾水库的防渗采用此种方式，有成功的案例。具体方案比较见表1。

（2）两岸护坡防渗设计

为减少渗漏，在进行蓄水底部防渗的同时，还需对两岸护坡进行防渗。受施工难度及护坡坡比影响此次护坡防渗采用护坡后铺设土工膜防渗。两岸的护坡防渗与蓄水区底部壤土防渗可以形成良好的防渗结合体。

表1　蓄水区底部防渗处理方案比较

表2　蓄水区内设计河底渗漏量分段计算表

3　渗漏损失计算

进行防渗处理后计算方法根据中国水利水电出版社《渠道防渗工程技术》，采用有防渗层渠道渗漏量损失的计算方法，对于有土质防渗层（土料夯实层）的渠道，其渗漏损失常采用下式估算，即

式中：

SF——有防渗层渠道每公里渠长的渗漏量，m3/s；

K1——防渗层渗透系数，m/天，经室内土工试验，其值为1.3×10-6cm/s；考虑到施工因素，建议渗透系数扩大一倍考虑，即2.6×10-6cm/s；

b——渠底宽度，m；

δ——防渗层的厚度，m；

h——渠道水深，m；

hv——在防渗层底部的负压，其值取渠床土层毛细管水最大上升高度，当地下水位在渠床底部的埋深小于2倍的hv时，hv=0；

计算过程见表2

由上述估算结果可知，采取防渗措施后，工程区内湖底渗漏量仅0.0948m3/s，即8191m3/d，蓄水区的年渗漏损失量仅为297万m3，蓄水区的渗漏损失量对橡胶坝的蓄水产生较小的影响。

4　防渗效果分析

此次推荐库底全断面铺设大约1m厚的②1壤土防渗方案，防渗壤土的顶部高程为382.0m～382.7m，为防止形成的防渗层被洪水冲刷，此次在在壤土防渗区每隔500m设置肋带一条，肋带采用混凝土形式，顶宽1m，临水侧坡比1∶2，背水侧坡比为1∶3，高度为0.5m，坝底板高程为383.7m，与蓄水区尾部挡墙及肋带共同保护防渗体。可以有效的防止壤土层被洪水所破坏。经过工程试运行防渗效果良好，基本达到设计要求。

5　结语

通过该工程实践可以得出如下的结论：（1）对砂土性蓄水区防渗处理采用粘土防渗方式是可行的；（2）对于蓄水区有护坡结构进行防护的部分建议采用粘土防渗与土工织物防渗相结合的方式。陕西水利

［1］砂土地基上人工湖防渗方案的技术分析与经济比较［J］.水运工程.2014.10.

［2］《土工合成材料工程应用手册》，中国建筑工业出版社，2000

（责任编辑：畅妮）

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