可调控地下截渗墙技术探析

袁哲

（辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110003）

截潜流工程中的地下截渗墙通常为全断面截渗，不具备调控截渗墙上游水体的能力，长期运行过程中会导致上游水质恶化，下游生态用水也受到影响。因此，需要设计一种设置在截渗墙上的可以实现上下游水体交换的可调控过流管，来解决全断面截渗墙的次生影响。

1 技术背景

截潜流工程是水利工程中较为常用的取水工程，是在河底砂卵石层内,垂直河道主流修建截水墙，截断地下径流，形成储水空间，便于河道水资源开发利用及生态景观用水等。

截潜流工程的技术关键在于地下截渗墙，常用的截渗墙材料有混凝土、沥青混凝土、连续水泥搅拌桩、防水帷幕、土工膜、粘土等。在实际工程中，截渗墙通常将河道含水层直接全部截断，以实现最好的截潜效果，这往往导致截渗墙上游地下水无下泄通道，难以实现地下水交换，长期运行过程中会导致上游水质恶化，下游生态用水也受到影响。

如大连龙河地下水库，水库由地下截渗工程、地表拦蓄工程、入渗补源工程及取水工程组成。地下截渗均采用高压灌浆帷幕坝截断地下径流，形成储水“库盆”，同时阻断海水入侵。地表均采用橡胶坝拦蓄地表淡水，通过橡胶坝的拦蓄，增加了地表储水空间的同时，也延长淡水入渗至地下的时间，增加了入渗水量，塌坝运行时不影响河道行洪。入渗补源工程均采用补源沟，打通地表水与地下含水层之间的弱透水层，使地表水有通道向地下入渗。

目前的龙河水库，由于用水户的缺失，库区内储存的地下水没有利用价值，且长期不被利用和交换，夏季能明显闻到水体发臭，水质已经恶化，导致周边环境恶化。

鉴于全断面截断的垂直地下截渗墙存在的工程问题，探讨设计一种可控制地下截渗墙，能够实现需要蓄水时拦截上游地下径流，需要放水时可以向下游河道排泄，能够实现上游地下水体的交换，保障水质良好，还能满足下游生态水量的需求。

2 地下截渗墙特征

以混凝土截渗墙为例来看地下截渗墙的结构特征，见图1。

图1 混凝土地下截渗墙截水效果示意图

混凝土截渗墙通常由地表向下截渗至不透水基岩，阻断地下砂砾石含水层径流，在截渗墙上下游形成水位差，将水资源截留在截渗墙上游，供水资源开发。由于全截面截渗墙的存在，上游水体始终截留于地下，无法向下游排泄，不能实现水体交换，因此，上游水体易发生污染、变质；下游河道因地下径流的阻断，生态环境受到影响。

3 可控过流管原理

为了实现截渗墙可以控制上游水体的下泄，在截渗墙墙体设置竖向钢制花管过流通道，钢管从上至下贯穿截渗墙体，形成截渗墙上的一条过流缝，钢管在砂砾石含水层范围内布置花孔，截渗墙上游的水体可以通过钢管的花孔流进钢管内，再向下游含水层中排泄。钢管内设置可充、排气（或水）的气囊作为控制水体下泄的开关，气囊设置于钢管内部，覆盖全部花孔区域，当气囊内充气（或水）后，气囊膨胀，气囊壁紧贴在钢管内壁上，将花孔全部堵住，实现过流缝的闭合，这是截渗墙全断面封闭。当需要向下游排水时，将气囊排气（或水），随着气囊的收缩，钢管壁上的花孔可以渗水，在水压力的作用下，气囊会迅速收缩，实现过流缝的开启，可以下泄上游水体。气囊的长度要大于花孔布置区域，气囊底部与钢管底部留沉淀段，可以沉淀进入钢管内的砂，方便清理。截渗墙上可以设1条或多条过流缝。见图2。

图2 可控截渗墙立视图

4 可控过流管布置与实施

可控制过流管要结合地下截渗墙设计方案、地质条件及上下游河道情况同时进行设计，过流管尽量布置在砂砾石含水层厚度较大的部位，可以集中布置，也可分区域布置。根据截渗墙截留的水量及下游所需的排泄量确定过流管的根数，多根过流管通过锁扣连接，锁扣内回填二期混凝土。

主要结构：1）外壳管，是主要支撑部件，分为护壁段、过流段、沉淀段，护壁段的高度与河床地表不透水土层厚度一致，过流段高度与河床地下砂砾石含水层厚度一致；过流段上下游均设过流孔，孔径1.5～2.5 cm，孔间距30.0～50.0 cm，外壁包裹反滤土工布，土工布外1.0 m范围内回填反滤料，防止淤堵过流孔；沉淀段高度为过流段底至基岩的深度。外壳管内径0.6 m，壁厚8 mm。2）气囊，可采用气盾坝气囊材料。内层由气密性高的材料构成，骨架材料为高强度NN66或芳纶材料，外层覆盖胶采用耐老化及耐臭氧的EPDM材料，制造工艺类似于汽车轮胎。3）内支撑，为气囊内部支撑管，气囊排空后可以附着在内支撑上，防止气囊扭转变形。4）充排管，为气囊内部通长钢管，与充排系统相连，管壁在气囊内部的长度范围内留有小孔，孔径1.0～2.0 cm，间距15.0～20.0 cm，气囊内支撑与充排管焊接在一起。5）底托盘，是气囊的底部封口装置，焊接在充排管上。6）顶托盘，是气囊的顶部封口装置，焊接在充排管上。7）充排系统，含风机、储气罐、控制阀门，寒冷地区含空乾机，控制方式可以为自动、手动、手自双控。

5 结语

在以往实际工程中，截渗墙仅具备截断地下水作用即可，而在实际应用过程中还需要具备调节上游蓄水水面的作用，能够达到调节上下游水资源的分配和有效利用雨洪的目的，同时，有利于实现地下水交换，保障水质良好，便于干旱时提供下游生态用水量。目前，所了解到的地下截渗墙工程还没有哪一座具备可调节上游水面的功能。如果能在截渗墙上设计过流管这种可调节闸门，就能够很好地控制地下截渗墙上游水面，可以实现随时蓄放水功能，便于地下水资源的调节分配和有效利用，解决全断面截渗墙带来的次生影响。