碧流河截潜工程方案比选及防渗墙设计探究

王 鹏

（大洼区水利服务中心，辽宁 大洼 124200）

1 概述

碧流河是盖州市境内五大水系之一，是重要的水资源涵养林区。碧流河发源于盖州市的七盘岭山南麓，流经盖州、庄河及普兰店市，在谢家屯附近注入黄海，河流全长165 km，全流域面积2848 km2。碧流河在盖州市境内流域面积1320.50 km2，河长92.30 km。

碧流河上游为玉石水库，位于矿洞沟镇境内。玉石水库是营口市的重点水利工程，是一座以城市供水为主，以旅游、养鱼为辅的中型水库。水库流域面积是313 km2，最大蓄水量为8852 万m3，净调节水量为4638 万m3，向城市供水为12.6 万t。本工程位于玉石水库下游，两处截潜工程分别距离玉石水库坝址处3.20 km、4.30 km。四家子截潜处距玉石水库坝址处区间面积14.1 km2。

盖州市矿洞沟镇四家子村、八家子村位于盖州市玉石水库下游，为碧流河上游段。由于修建水库拦截河水，下游河道水量减少，如遇干旱年份，河道内基本无水，导致两岸村屯里井内水位下降。每年玉石水库管理局为补充农业用水而向下游河道放水，但由于该处河床为砂卵石地质结构，河水很快渗入地下流失，无法得到充分利用。

2 截潜工程方案比选

2.1 粘土防渗墙方案

2.1.1 防渗墙设计

粘土防渗墙设计参考《碾压式土石坝设计规范》相关规定，土质防渗体厚度应根据允许渗透比降确定[1]。根据实际工程经验防渗墙墙厚度不宜小于水头的1/4，本工程最大水头为8 m，根据计算墙体厚度不宜小于2 m。另考虑到机械施工的要求，防渗墙的厚度一般不小于3.0 m。综上，本次设计粘土防渗墙厚度取3.0 m。

拦河开挖沟槽至中风化岩层，并将粘土防渗墙深入中风化岩层内0.5 m，开挖边坡坡比为1：1.25。沟槽深度6.2 m～10.0 m，平均深度为8.0 m。防渗墙长度以八家子为例，为74.0 m。防渗墙两侧均设反滤层，防止防渗墙土粒被水带走，保证防渗体的稳定。反滤层采用级配良好的砂石，厚度600 mm。

2.1.2 主要工程量

粘土防渗墙主要工程量见表1。

表1 粘土防渗墙主要工程量

2.1.3 工程投资

粘土防渗墙截潜方案估算投资见表2。

表2 粘土防渗墙方案估算表

2.2 钢筋混凝土防渗墙方案

2.2.1 防渗墙设计

由于在河道截潜工程中，钢筋混凝土防渗墙没有对应设计规范，本次设计参考《碾压式土石坝设计规范》相关规定[2]。根据该规定，防渗墙的墙体厚度应根据允许渗透比降确定，结合国内已完成类似工程实际经验确定防渗墙允许渗透比降值以80 作为控制上限。本工程最大水头为8 m，经计算防渗墙厚度不宜小于0.1 m。另从施工方面考虑，国内已有的经验为0.4 m～1.3 m。综上，本次设计钢筋混凝土防渗墙厚度取0.5 m。

拦河开挖沟槽至中风化岩层，并将钢筋混凝土防渗墙深入中风化岩层内0.5 m，开挖边坡坡比为1∶1.25。沟槽深度6.2 m～10.0 m，平均深度为8.0 m。防渗墙长度以八家子为例，为74.0 m。

2.2.2 主要工程量

钢筋混凝土防渗墙主要工程量见表3。

表3 钢筋混凝土防渗墙主要工程量

2.2.3 工程投资

钢筋混凝土防渗墙截潜方案估算投资及表4。

表4 钢筋混凝土防渗墙截潜方案估算表

2.3 高压喷射灌浆防渗墙方案

2.3.1 防渗墙设计

高压喷射灌浆防渗墙采用二重管喷射的施工工艺，用同轴双通道二重注浆管复合喷射高压水泥浆和压缩空气两种介质，以浆液作为喷射流，但在其外围裹着一圈空气流成为复合喷射流。施工分两序进行，两序喷灌间隔时间为7 d。施工工艺主要流程为：定孔→钻孔→下喷射装置→制浆→喷射→旋转、定位、提升[3]。根据《高压喷射灌浆防渗技术规程》及相关资料，高压喷射注浆法分旋喷、定喷和摆喷三种类别[4]，考虑河道卵石粒径较大，宜采用旋喷工艺，成桩直径为1100 mm，设计孔距采用800 mm。水泥选择普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5 级，水灰比0.6～1.5。

2.3.2 主要工程量

防渗墙长度为91.8 m，需打桩115 根，桩长8 m/根，桩长共计920 m。

2.3.3 工程投资

高压喷射灌浆桩（桩径1.1 m）单价为550 元/m，防渗墙方案估算投资：50.6 万元。

2.4 方案比较

2.4.1 地下粘土防渗墙方案

优点：该方案工艺简单，质量可控制，造价最低。

缺点：开挖方量大；施工周期长，河床地下水位较高，排水量大，排水时间长，需在施工完工验收后方可停止降水；由于施工质量与含水量关系密切，对粘土指标要求较高，反滤质量难控制，且项目区附近无黏土料场。

2.4.2 钢筋混凝土防渗墙截潜方案

优点：浇筑混凝土工艺简单，周期短；质量易控制，在混凝土初期强度上来以后可浸水，减少部分排水量。

缺点：开挖量较大、排水量较大，投资较高。

2.4.3 高压喷射灌浆墙方案

周雯芳等[36]通过对掺入量为0、20%、30%、40%、50%、60%、70%不同掺砾料分别进行了物理性试验、击实试验、固结试验、渗透试验和三轴试验，得到图8～图9。

优点：工艺先进、施工周期短，不需开挖和排水。

缺点：投资较高。

综上比较和分析，考虑到施工质量的可控性、施工工艺的简易程度以及施工周期[5]，结合业主及村民的意见，本工程选定钢筋混凝土防渗墙截潜方案。

3 防渗墙工程布置

3.1 四家子防渗墙布置

①四家子截潜防渗墙墙顶高程设为145.7 m，即等同于该处河底高程。堤脚处土方开挖：为不扰动现状堤防，从内侧堤脚2.0 m 范围外向河道内放线开挖至中风化岩层顶面（高程138.2 m），放坡系数为1∶1。河道内土方开挖至中风化岩层顶面以下0.5 m（高程137.7 m），放坡系数1∶1.25。距离防渗墙上游5 m～10 m 处，设2 处地下水位观测井，井深1.0 m，井口尺寸5.0 m×5.0 m，坡比1∶1，观测井距两岸的位置，可根据实际情况由业主确定。

②防渗墙平均墙高8.0 m，墙长度为108.0 m，墙体厚度为0.5 m。采用C25 混凝土，抗渗等级W4。钢筋选用HRB335，直径14 mm。沿墙轴线每15.0 m 设一道伸缩缝，采用TD-3 型橡胶止水，缝内填20 mm 厚沥青木板。

表5 四家子防渗墙主要工程量

3.2 八家子防渗墙设计

八家子防渗墙设计参数及布置情况同四家子，主要工程量见表6。

表6 八家子防渗墙主要工程量

4 结语

通过本次截潜工程不能全部满足需水要求，但是可以减缓上游玉石水库放水时渗漏地下潜水的排泄速度，提高水库渗漏补给水利用率[6]，改善局部取水井的取水条件。拦截潜层地下水，提高河道地下水位，同时提高两岸一定范围内的取水井水位，增加井的出水量，从而补给生活及生产用水量[7～8]。由于工程建于地下，不改变河道行洪断面，不会影响河道行洪。