鄭州市龍子湖工程防滲方案研究

□閆大鵬 □李德?tīng)I(yíng) □周風(fēng)華（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

鄭州市龍子湖工程防滲方案研究

□閆大鵬 □李德?tīng)I(yíng) □周風(fēng)華（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

對(duì)鄭州市龍子湖工程規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中防滲方案發(fā)生重大變化的原因進(jìn)行剖析，提出了應(yīng)對(duì)策略，并總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)今后類(lèi)似工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

鄭州；龍子湖；防滲方案

1.引言

鄭州市龍子湖水系工程是鄭東新區(qū)生態(tài)水系工程重要組成部分，工程主要包括湖體工程、循環(huán)泵站、湖區(qū)擋水閘及人工濕地等。龍子湖正常運(yùn)用水位82.0m，湖區(qū)水域面積95萬(wàn)m2，水體規(guī)模220萬(wàn)m3。湖區(qū)工程通過(guò)魏河及引水涵和龍湖相連接，利用龍湖的退水作為主要水源，通過(guò)人工濕地自循環(huán)系統(tǒng)保障湖區(qū)的水質(zhì)，是龍子湖工程的核心組成部分。

2004年2月，龍子湖工程項(xiàng)目建議書(shū)得到鄭州市發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)批復(fù)。2005年6月，鄭州市發(fā)展和改革委員會(huì)做出批復(fù)，原則同意龍子湖工程可行性研究報(bào)告，抓緊進(jìn)行龍子湖工程初步設(shè)計(jì)的編制工作，但是2006年初龍子湖工程設(shè)計(jì)因?yàn)橥恋貑?wèn)題暫緩進(jìn)行。2010年10月，鄭東新區(qū)管委會(huì)要求正式啟動(dòng)龍子湖工程初步設(shè)計(jì)工作。

由于種種原因，龍子湖工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作前前后后跨越了6年之久，其中的規(guī)劃設(shè)計(jì)邊界條件發(fā)生了重大變化，致使初步設(shè)計(jì)階段的防滲方案與可行性研究階段相比發(fā)生了重大變化。本次研究對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中防滲方案發(fā)生重大變化的原因進(jìn)了剖析，提出了應(yīng)對(duì)策略，并總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)今后類(lèi)似工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

2.防滲方案

從地質(zhì)勘探揭露的地層來(lái)看，區(qū)內(nèi)地表被第四紀(jì)松散堆積物所覆蓋，共分為6層：①層以砂壤土（SL）為主、②層以中砂（Sz）為主、③層以砂壤土（SL）為主、④層以中粗砂（Szc）為主、⑤層為砂壤土、壤土與中粗砂互層、⑥層為壤土及粘土。⑥層壤土、粘土層在工程場(chǎng)區(qū)內(nèi)為較為穩(wěn)定的隔水層，其頂板高程一般在40m左右。②層中砂的滲透系數(shù)為χ×10-3cm/s，④層中粗砂的滲透系數(shù)為χ×10-2cm/s，②層和④層砂層為場(chǎng)區(qū)湖體下部的強(qiáng)透水層。由于①層砂壤土夾壤土層較薄，層底高程在78.41～81.77m之間，湖底高程為78.5m，使②層中砂在湖底開(kāi)挖面直接出露或接近湖底。湖水除通過(guò)直接接觸的①層砂壤土夾壤土層產(chǎn)生滲透滲漏外，還存在通過(guò)②層中砂層的滲漏問(wèn)題。防滲工程是根據(jù)龍子湖地區(qū)的地層分布情況，為防止湖水嚴(yán)重滲漏而采取的一項(xiàng)重要工程措施。選擇合適的防滲形式及防滲材料，對(duì)充分利用水資源，凈化湖水都有重要意義。

2.1 可行性研究階段

湖區(qū)開(kāi)挖底面高程為78.5m，地下水位高程81～82m。湖體開(kāi)挖的土料中，以砂壤土為主332萬(wàn)m3占56%，壤土43萬(wàn)m3僅占7%，湖底大部分座落在中砂層地基上，滲透系數(shù)χ×10-3cm/s，滲透等級(jí)屬中等～強(qiáng)透水。在可行性研究階段比選了壤土、砂壤土、土工膜、定噴樁4種防滲方案。經(jīng)三維滲流分析計(jì)算，計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 湖體三維滲流計(jì)算成果表

2.1.1 壤土防滲

采用壤土防滲，工程量較大，該地區(qū)可用壤土儲(chǔ)藏量較少，運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，約25km，運(yùn)輸強(qiáng)度大，且運(yùn)輸?shù)缆芬ㄟ^(guò)市區(qū)，多有不便。

2.1.2 砂壤土防滲

砂壤土儲(chǔ)量較大，運(yùn)距短，對(duì)施工工期有利，可節(jié)省工程投資。

2.1.3 土工膜防滲

復(fù)合土工膜防滲，固然水量滲漏損失小，但對(duì)湖水與地下水交換也小，對(duì)湖水水質(zhì)自身凈化不利。

2.1.4定噴樁防滲

由于湖區(qū)湖底以下壤土層不連續(xù)或缺失，樁的長(zhǎng)度難以控制，防滲效果難以保證。同時(shí)，由于龍子湖湖岸線(xiàn)長(zhǎng)，打樁工程量大，工期較長(zhǎng)，施工對(duì)環(huán)境污染較大。

2.1.5 方案比較

鄭州市為北方缺水城市，水資源緊缺，龍子湖建成初期更是如此。根據(jù)龍子湖地區(qū)水資源平衡計(jì)算，龍子湖年滲漏量不應(yīng)超過(guò)約100萬(wàn)m3。經(jīng)三維滲流分析計(jì)算，定噴樁的滲漏量不滿(mǎn)足要求，綜合上述各方案的分析對(duì)比，推薦砂壤土防滲方案。該防滲方案通過(guò)了專(zhuān)家審查。

2.2 初步設(shè)計(jì)階段

2010年8月，龍子湖工程初步設(shè)計(jì)階段工作在停滯5年以后重新啟動(dòng)，同時(shí)對(duì)龍子湖區(qū)的水文地質(zhì)情況進(jìn)行了補(bǔ)充調(diào)查。調(diào)查結(jié)果表明：龍子湖工程區(qū)現(xiàn)狀地下水位在78.0～79.03m之間，較2005年所測(cè)水位相比下降約3m左右，原因有兩個(gè)方面：一方面2005-2010年降雨量呈現(xiàn)出逐年減小的趨勢(shì)；另一方面龍子湖周邊區(qū)域的快速、高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)建設(shè)導(dǎo)致地下水的開(kāi)采量（包括生產(chǎn)生活用水和施工降排水）迅猛增加。根據(jù)龍子湖三維滲流分析計(jì)算結(jié)果，在2010年現(xiàn)狀條件下，如果不采取防滲措施，年滲漏量將達(dá)到1447萬(wàn)m3，若按可研階段推薦的防滲方案，采用1m厚砂壤土防滲，年滲漏量將達(dá)到1158萬(wàn)m3，需要的年補(bǔ)水量太大。因此，龍子湖必須采取更為嚴(yán)格的防滲措施。本工作階段制定了更為科學(xué)、合理、嚴(yán)格的防滲要求：一方面根據(jù)龍子湖地區(qū)水資源平衡計(jì)算，龍子湖年滲漏量不應(yīng)超過(guò)100萬(wàn)m3；另一方面考慮湖水與地下水交換，龍子湖年滲漏量不應(yīng)小于多年平均降雨量625mm，根據(jù)龍子湖設(shè)計(jì)面積約合60萬(wàn)m3。

本工作階段重點(diǎn)對(duì)砂壤土防滲、膨潤(rùn)土防水毯防滲、塑性混凝土防滲墻三個(gè)方案進(jìn)行了詳細(xì)比選。防滲效果是方案比選的一項(xiàng)重要參數(shù)，根據(jù)初擬防滲方案，對(duì)不同防滲方案、不同地下水位（考慮到城市建設(shè)、地下水位持續(xù)下降的趨勢(shì)）情況，對(duì)龍子湖蓄水后的滲漏情況采用三維滲流有限元分析計(jì)算（詳見(jiàn)表2）。

表2 龍子湖三維滲流計(jì)算結(jié)果表

計(jì)算方案：①砂壤土防滲方案，厚度1.0m；②膨潤(rùn)土防水毯水平防滲，膨潤(rùn)土防水毯厚度6mm，上部覆蓋開(kāi)挖砂壤土料0.4m；③塑性混凝土截滲墻垂直截滲方案，墻厚度0.4m。

計(jì)算水位：考慮到城市發(fā)展地下水位逐步下降的趨勢(shì)，計(jì)算中分別計(jì)算78m（2010年地下水位）、73m、68m三種地下水位情況下的滲流量。

從2010年現(xiàn)狀條件分析，砂壤土防滲方案滲漏量太大，不滿(mǎn)足要求；膨潤(rùn)土防水毯方案滲漏量偏小，不利于湖水與地下水交換；塑性混凝土防滲墻方案滲漏量適中，滿(mǎn)足要求。但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)變化趨勢(shì)條件分析，只有膨潤(rùn)土防水毯方案滲漏量滿(mǎn)足要求，其它三個(gè)方案滲漏量均太大，不滿(mǎn)足要求。

同時(shí)，又對(duì)三個(gè)防滲方案從防滲效果、對(duì)環(huán)境的影響、湖底設(shè)計(jì)高程以下土方挖量、施工難易程度、施工降水、效果檢測(cè)、投資等方面進(jìn)行了綜合比較，比選結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 防滲方案綜合比較表

經(jīng)綜合比較，膨潤(rùn)土防水毯方案防滲效果最好，投資相對(duì)較低，施工方便、環(huán)境友好，防滲效果易于保證，作為采用方案。

3.結(jié)語(yǔ)

從2005年到2010年由于地下水的補(bǔ)給量持續(xù)減小和開(kāi)采量迅猛增加，致使龍子湖工程區(qū)的地下水位下降了3m左右，可行性研究工作階段依據(jù)2005年的現(xiàn)狀條件制定的湖區(qū)防滲方案，由于對(duì)地下水位的變化速度和趨勢(shì)缺乏科學(xué)合理的預(yù)測(cè)，以致于使其在初步設(shè)計(jì)工作階段變成了不可行的防滲方案，并不得不重新進(jìn)行湖區(qū)防滲方案的比選論證工作。由于龍子湖防滲方案的這種巨大變化發(fā)生在前期工作階段，并沒(méi)用造成嚴(yán)重后果，但是也為今后類(lèi)似工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)提出了一個(gè)明確要求：在制定防滲方案時(shí)，必須對(duì)地下水位未來(lái)一定時(shí)期甚至較長(zhǎng)時(shí)期的變化速度和趨勢(shì)作出科學(xué)合理的預(yù)測(cè)，以避免防滲方案出現(xiàn)重大變化造成嚴(yán)重后果。

[1]李錦玉.淺談復(fù)合土工膜在人工湖防滲工程中的應(yīng)用及施工[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2011，(4).

[2]鄧卓智.奧運(yùn)龍形水系膨潤(rùn)土防水毯防滲技術(shù)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2009，(5).

[3]廖濤.水庫(kù)除險(xiǎn)加固塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)[J].河南水利與南水北調(diào)，2010，(11).收稿日期：2012-09-10

閆大鵬（1976-），男，高級(jí)工程師，主要從事城市生態(tài)水系規(guī)劃的研究。