十家子河3號人工湖建設(shè)工程庫區(qū)防滲方案設(shè)計探討

付 鑫

(遼寧江河水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，遼寧 沈陽 110003)

1 流域概況

大凌河南支發(fā)源于遼寧省建昌縣，北支發(fā)源于河北省平泉縣，南北兩支匯合于遼寧省喀左縣大城子鎮(zhèn)。大凌河流經(jīng)建平、喀左、凌源、朝陽、北票、義縣、于凌海市匯入渤海。朝陽市位于遼寧省西部，該市北與內(nèi)蒙古的赤峰市、哲里木盟；西、西南與河北省平泉、青龍毗鄰；東、東南及南部與省內(nèi)的阜新市、錦州市、葫蘆島市接壤。朝陽市正處于西部京津城市群與東部遼沈城市群輻射的中間地帶，市區(qū)東距省會沈陽341 km，西距首都北京518 km，鐵路、公路可直達北京、沈陽。十家子河為大凌河的I級支流。發(fā)源于朝陽縣大廟鄉(xiāng)北部的大青山脈。流經(jīng)龍城區(qū)的邊杖子鄉(xiāng)、七道泉子鎮(zhèn)和雙塔區(qū)的孟克鄉(xiāng)。由西向東于朝陽城區(qū)北部的扣北村匯入大凌河。鐵路橋以上流域面積643.4 km2，河道全長42 km，河道平均比降13‰。

2 十家子河朝陽城市段河道現(xiàn)狀

十家子河朝陽城市段范圍為鐵路橋以下至河口，本次規(guī)劃3號人工湖位于龍城橋與鐵路橋之間，本段河道為天然河道，河道兩側(cè)筑有連續(xù)堤防，其中左側(cè)為20 a一遇堤防，右側(cè)為50 a一遇堤防。龍城橋以下河道因1號人工湖和2號人工湖修建已完成渠化和景觀建設(shè)，其中右岸50 a一遇堤防已建成，左岸除河口段外其余也已建成20 a一遇堤防。

根據(jù)朝陽城市發(fā)展規(guī)劃，鐵路橋以下十家子兩岸均是朝陽城區(qū)段，其中左岸為新城區(qū)，右岸為老城區(qū)，為了適應(yīng)城市發(fā)展的需要[2]，鐵路橋至龍城橋段十家子河也需進行景觀化建設(shè)，因此配合河道治理，朝陽市水利主管部門要求在本段河道適當(dāng)位置建設(shè)三道壩形成3號人工湖可以滿足兩岸人民居住、生活的需要。

3 十家子河3號人工湖工程建設(shè)概況

十家子河3號人工湖工程主要由1座擋水建筑物形成的1片人工湖水域及其景觀帶組成。擋水建筑物為十家子河3號橡膠壩，壩址位于龍城橋上游75 m。十家子河3號橡膠壩壩長為165 m，橡膠壩分為3跨，每跨長55 m，壩高為2.3 m。橡膠壩底板高程為162.00 m，蓄水水面高程為164.30 m。十家子河3號人工湖水面寬度均為165～180 m，人工湖湖底采用復(fù)合土工膜防滲，上覆砂礫料保護層。人工湖左右岸設(shè)景觀綠化帶，寬度為70～85 m。人工湖護岸岸邊以下采用鉛絲石籠防護，為了防止水流沖刷護岸坡腳，岸邊湖底處設(shè)一長度5.0 m的水平護底[1]。岸邊設(shè)一水平段長8.8 m，上覆種植土不小于0.7 m厚，種植水生植物。石籠下采用土工膜防滲。十家子河3號人工湖供水采用大凌河第三人工湖供水和遠期污水處理廠中水供水的聯(lián)合供水方案。大凌河第三人工湖為主要供水水源，承擔(dān)蓄滿十家子河人工湖的任務(wù)；污水處理廠中水承擔(dān)維持湖面的供水水源。

3.1 總體設(shè)計

十家子河口至龍城橋之間已建有1號人工湖工程和2號人工湖工程。十家子河1號橡膠壩位于十家子河河口處(大凌河十家子河河口上下游左岸堤防軸線連接線)，十家子河2號橡膠壩位于龍城橋下游466 m處，回水末端到龍城橋上游約140 m，十家子河堤距采用《朝陽市大凌河十家子段左岸防洪工程項目可行性研究報告》確定的300～320 m。本次設(shè)計的十家子河3號人工湖工程位于龍城橋與鐵路橋之間，3號橡膠壩位于龍城橋上游75 m處，回水末端到龍城橋上游約780 m。

3.2 工程布置

十家子河3號人工湖工程包括1座擋水建筑物、河道渠化和防滲、兩岸綠化帶填筑、排洪涵改建工程等組成。擋水建筑物為3號橡膠壩，位于龍城橋上人工湖游75 m，湖面回水長度700 m。3號橡膠壩均充水壩，壩長為165 m，橡膠壩分為3跨，每跨長55 m，壩高為2.3 m。橡膠壩底板高程為162.00 m，蓄水水面高程為164.30 m。十家子河人工湖水面寬度為165～180 m，人工湖湖底采用復(fù)合土工膜防滲，上覆砂礫料保護層。人工湖左右岸設(shè)景觀綠化帶，寬為70～85 m。人工湖綠化景觀帶高程在3號橡膠壩軸線位置處為164.60 m，橡膠壩軸線與樁號3+600之間護岸比降為0，樁號3+600與回水末端護岸比降依次為7‰和16‰。

十家子河3號人工湖護岸岸邊以下采用鉛絲石籠防護，為了防止水流沖刷護岸坡腳，岸邊湖底處設(shè)一長度5.0 m的水平護底。岸邊設(shè)一水平段長8.8 m，上覆種植土不小于0.7 m厚，種植水生植物。石籠下采用土工膜防滲。

由于十家子河上游來水泥沙含量大[3]，不宜蓄湖，利用先期修建的供水工程從大凌河第3人工湖供水至十家子河2號人工湖，然后經(jīng)3號橡膠壩充排水泵房從2號人工湖抽水至3號人工湖。日常運用維持湖面供水則采用1號壩供水泵房從遠期修建的大凌河第四人工湖抽水供給十家子河1號人工湖；十家子河2號壩供水泵房從1號人工湖抽水供給2號人工湖；十家子河3號壩供水泵房從2號人工湖抽水供給3號人工湖。為了經(jīng)濟節(jié)省供水泵房與橡膠壩排水泵房合二為一，采用1個泵房。

4 庫區(qū)防滲方案設(shè)計及比選結(jié)果分析

4.1 防滲方案設(shè)計

十家子河道段，地下水位很低，平均水面位于河底下12.0 m。河道清淤后，河床圓礫層裸漏，圓礫滲透系數(shù)非常大，達到了1.47×10-2cm/s(12.7 m/d)，如果不采取防滲措施，整個湖區(qū)每天滲漏將達到304.45萬 m3。十家子汛期洪水泥沙含量大，為防止泥沙淤積在庫內(nèi)，汛期水量不能用來蓄庫，因此十家子河人工湖需外部水源蓄庫。由于上述原因，為了節(jié)約蓄水水量，十家子河需采取防滲措施。根據(jù)庫區(qū)實際地質(zhì)情況，和需要達到的防滲處理效果采用沿湖兩岸高壓旋噴灌漿+土工膜[4]、湖底土工膜防滲、和湖底鋪粘土+防滲土工膜三種防滲設(shè)計方案進行比較。

4.1.1 高壓旋噴灌漿+土工膜方案

該方案是沿人工湖兩岸、攔河建筑物軸線進行高壓旋噴灌漿來形成防水帷幕，帷幕有效厚度為0.6 m。帷幕深度為嵌入基巖0.5 m，根據(jù)湖區(qū)地質(zhì)情況，帷幕平均深度為40 m。湖區(qū)河槽地面以上護岸采用土工膜防滲，表面采用鉛絲石籠防護，土工膜下部與防滲帷幕頂部連接，上部延伸到蓄水位高程以上0.3 m。

4.1.2 粘土+土工膜

該方案是對人工湖湖底采用粘土防滲，粘土層厚度為0.5 m，粘土面層采用砂礫料防護，防護厚度為1.5 m(滿足20 a一遇洪水的沖刷要求)。湖區(qū)河槽地面以上護岸采用土工膜防滲，表面采用鉛絲石籠防護，土工膜下部與粘土防滲連接，上部延伸到蓄水位高程以上0.3 m。

4.1.3 土工膜防滲

該方案對湖區(qū)主槽與護岸采用土工膜防滲，土工膜采用復(fù)合土工膜(兩布一膜)，土工膜的指標(biāo)為500 g/m2。土工膜土面層采用砂礫料防護，防護厚度為1.5 m(滿足20 a一遇洪水的沖刷要求)。土工膜向湖區(qū)兩側(cè)護岸延伸至土蓄水位高程以上0.3 m。

4.2 防滲方案比較評價

4.2.1 方案投資比較

方案投資比較見表1。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，采用土工膜方案防滲投資最經(jīng)濟。

表1 十家子河人工湖防滲方案投資比較表 元

4.2.2 綜合比較評價

沿湖兩岸高壓旋噴灌漿防滲效果好，底部可以嵌入基巖，處理徹底，但造價很高，同時也完全地切斷了河床與兩岸的地下水補給關(guān)系，影響了原地下水平衡關(guān)系。湖底鋪粘土防滲，既可以達到防滲的要求，使人工湖形成水面，同時又能保證湖底有一定的滲漏量，維持水源井的正常出水量而又不形成浸沒，但是由于當(dāng)?shù)卣惩羶α亢苄?，原材料需要外運，造價也相對較高；同時粘土的碾壓施工容易受雨季和地下水的影響，而造成施工困難，影響工期。湖底土工膜防滲，可以極大的減少湖底的滲漏，造價也比較低；另外，通過一二期的土工膜防滲的實際運行來看，由于土工膜接縫處仍然能有一定的滲漏，對地下水位能有一定的補給，并沒有使地下水位降低，經(jīng)過綜合分析與論證決定采用湖底土工膜防滲方案。

5 結(jié)語

十家子河是多泥沙河流，雖然3號橡膠壩的庫區(qū)河底比降基本接近河道天然比降，河道橫斷面與河道天然斷面差別也不大，但仍然很難保證橡膠壩庫區(qū)在中小洪水時不發(fā)生淤積，要嚴密觀測人工湖淤積情況，如發(fā)生淤積，必須進行人工清淤至設(shè)計斷面，石籠下采用土工膜防滲比較科學(xué)合理，?？梢源_保行洪斷面的暢通。