蒲縣城區(qū)段河道治理美化工程防滲設(shè)計(jì)

袁 睿

(山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院)

1 基本情況

1.1 工程概況

蒲縣城區(qū)段河道治理美化工程是集防洪、蓄水美化及截污等多種功能為一體的綜合性工程，由河道清淤、岸墻修建、河道防滲蓄水及兩岸整治等多項(xiàng)工程措施組成。城區(qū)段河道治理主要包括三段:昕水河治理東起閻家莊橋，西至現(xiàn)有滾水壩，全長(zhǎng)8.128 km;南川河治理從衛(wèi)峰橋開(kāi)始，至入昕水河河口，全長(zhǎng)2.202 km;北川河治理從古坡小學(xué)開(kāi)始，至入昕水河河口，全長(zhǎng)2.849 2 km。三條河治理段總長(zhǎng)度13.179 2 km。河道防滲是河道防滲蓄水工程的一部分內(nèi)容，本文主要對(duì)上述三段河道的防滲設(shè)計(jì)進(jìn)行方案比選與設(shè)計(jì)。

1.2 河道地質(zhì)情況

工程區(qū)地層比較單一，共分為三層。第①層:粉土(Q4al+pl)，褐黃色，濕，稍密，土質(zhì)較為均勻，局部上部為填土，干強(qiáng)度及韌性低，無(wú)光澤反應(yīng)，搖振反應(yīng)迅速。該層厚度0.30 m，層底深度0.30 m，層底標(biāo)高939.89－940.05 m。

第②層:卵石土(Q4al+pl)，褐黃色，飽和，密實(shí)，母巖以砂巖、灰?guī)r為主，骨架間充填砂土，分選性較差，磨圓度較好，局部夾極薄層粉土。該層厚度10.50－10.80 m，層底深度 10.70－11.10 m，層底標(biāo)高929.25－930.71 m。

第③層:泥巖(T)，褐紅色，中—微風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖芯多呈柱狀、長(zhǎng)柱狀。該層未揭穿，最大可見(jiàn)厚度19.20 m。

工程區(qū)內(nèi)存在連續(xù)的相對(duì)隔水層(泥巖，極微透水巖石)，隔水效果較好，其平均深度為12 m。

2 河道防滲的必要性

2.1 河道蓄水的需要

根據(jù)山西省第五地質(zhì)工程勘察院提供的《蒲縣昕水河城區(qū)段河道治理美化工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，在河灘以下11.0 m以?xún)?nèi)為卵石土，透水性強(qiáng)，若要形成河道蓄水景觀，必須對(duì)河槽進(jìn)行防滲處理。

2.2 預(yù)防河岸浸沒(méi)的需要

河道蓄水后，將抬高河道水位。若不采取防滲措施，蓄水滲漏將使兩岸的地下水位抬高0.1－3.0 m，將會(huì)對(duì)兩岸房屋建筑形成一定的浸沒(méi)影響。

因此，河道蓄水采取防滲措施是必要的。

3 河道防滲方案的比較

防滲形式的選擇主要根據(jù)地質(zhì)條件、工程投資、運(yùn)行管理、施工難易、對(duì)水環(huán)境的影響等方面綜合考慮，常用的防滲型式有水平防滲和垂直防滲兩種。

3.1 垂直防滲

垂直防滲多采用混凝土防滲墻伸入不透水層，即可達(dá)到防滲目的。本工程蓄水段隔水層埋深較淺，平均埋深12.0 m。垂直防滲擬采用高壓噴射注漿(定噴)法施工工藝，將防滲墻打入不透水層0.5 m方案。

3.2 水平防滲

水平防滲有復(fù)合土工布、粘土鋪蓋和膨潤(rùn)土防水毯等型式。本工程僅對(duì)投資較省的復(fù)合土工布防滲方案進(jìn)行比較，土工布的防沖措施宜采用柔性的連鎖式水工生態(tài)磚(0.15 m厚)鋪設(shè)。

3.3 防滲方案比選

3.3.1 水平防滲方案

優(yōu)點(diǎn):防滲效果可靠，滲漏損失小，施工方便。

缺點(diǎn):施工工作面大，對(duì)施工組織要求高;防滲面積大，基坑排水量大，且河床需大面積防沖，工程投資較高;蓄水水體與地下水交換困難，水體的自然循環(huán)、凈化功能相對(duì)減弱(水體的自?xún)裟芰κ芏喾N因素影響:例如，河床的土質(zhì);蓄水的水深、水溫;水生動(dòng)植物的生長(zhǎng)、組成;水體中微生物種群等)，蓄水水質(zhì)較差。

3.3.2 垂直防滲方案

優(yōu)點(diǎn):施工干擾小，受河道清淤、洪水沖刷等損壞的機(jī)率小;高噴工藝不受施工深度、地層巖性、地下建筑物的影響;利于蓄水水體與地下水的交換，從區(qū)域生態(tài)環(huán)境考慮，對(duì)水的自然循環(huán)、凈化及區(qū)域水資源平衡有利;工程投資較低。

缺點(diǎn):防滲墻為隱蔽工程，質(zhì)量控制難度大;不利大面積作業(yè)，工期長(zhǎng);蓄水滲漏量比水平防滲大。

3.3.3 防滲方案比選

從工程投資、施工難易程度、防滲效果、以及與周?chē)h(huán)境適應(yīng)性等方面，對(duì)水平防滲方案和垂直防滲方案進(jìn)行了綜合比選分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 防滲方案比較表

從表1可以看出，垂直防滲方案較優(yōu)越，故確定蓄水河道采用垂直防滲的方式，擬采用高壓噴射注漿(定噴)法施工，將防滲墻伸入泥巖隔水層來(lái)解決河道滲漏問(wèn)題。

4 垂直防滲墻設(shè)計(jì)

根據(jù)當(dāng)?shù)睾哟驳刭|(zhì)，岸墻開(kāi)挖后地基為卵石土，防滲墻采用高壓噴射注漿(定噴)法施工。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，防滲墻底高程伸至隔水層內(nèi)0.5 m，但以不穿透隔水層厚度為前提。防滲墻頂與岸墻底相接。

4.1 防滲墻厚度確定

防滲墻厚度按下式計(jì)算確定。

式中:S——最小防滲墻厚度，m;

ΔH——防滲墻兩側(cè)的水頭差，m;

［J］——設(shè)計(jì)允許坡降，一般取破壞比降的0.33－0.50;

ηj——施工垂直度控制偏差，取0.8。

經(jīng)計(jì)算，防滲墻厚度宜確定為15 cm。

高噴防滲墻的厚度主要取決于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗?jié)B能力，抗?jié)B能力由墻體的均勻性決定，均勻性取決于土層中有無(wú)大塊漂石和施工工藝、施工質(zhì)量等。借鑒太原市汾河一期工程的施工經(jīng)驗(yàn)，定噴防滲墻厚度取15 cm。防滲墻總長(zhǎng)度5.7 km。

4.2 高壓噴射注漿技術(shù)參數(shù)

成墻固化材料采用普通硅酸鹽水泥，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程的地層特點(diǎn)，施工工藝參數(shù)最終根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。其噴射方法采用三管法定噴，噴射方向與防滲墻夾角為30°，孔距2.0 m，要求成墻厚度不小于15 cm。施工時(shí)孔斜率按不同孔深控制:孔深小于10 m時(shí)，孔斜率不大于2%;孔深小于20 m時(shí)，孔斜率不大于1%;孔深大于20 m時(shí)，孔斜率不大于0.8%。墻體抗壓強(qiáng)度不小于0.5 MPa，壓縮模量不大于1 000 MPa，滲透系數(shù)不大于A×10－6cm/s(1＜A＜10)，樁間搭接長(zhǎng)度按15 cm控制，鉆具垂直精度不大于1/200。成墻后要求墻體完整連續(xù)，滿(mǎn)足防滲要求，允許比降不小于50。

4.3 防滲墻后排滲設(shè)計(jì)

河道蓄水后，兩岸的地下水位將抬高0.1－1.0 m，可能會(huì)對(duì)兩岸形成一定的浸沒(méi)影響。為降低地下水位，沿昕水河(北川河匯入口—蓄水段末端)北岸防滲墻外側(cè)縱向布置一根混凝土截滲花管，截滲管總長(zhǎng)1 471 m，管徑50 cm，縱坡5.88‰。沿排水花管縱向每隔500 m布置一個(gè)集水井以匯集排水花管滲水，集水井為C25鋼筋混凝土圓筒型結(jié)構(gòu)，直徑2.0 m，深度6 m，壁厚30 cm，底板厚60 cm。集水井共設(shè)3個(gè)。井中積水由設(shè)在井內(nèi)的水泵抽排至蓄水河道，或用于公園花草澆灌。

5 結(jié)語(yǔ)

蒲縣城區(qū)段河道治理美化工程建成后，可將縣城的防洪能力提高到20年一遇，形成長(zhǎng)達(dá)13 km余的河道帶狀公園娛樂(lè)休閑區(qū)，使蒲縣真正成為“天藍(lán)、水清、地綠、景美，人與自然和諧，宜商、宜居、宜工的生態(tài)型山水園林城鎮(zhèn)”。