可調(diào)控地下截滲墻技術(shù)探析

袁哲

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003）

截潛流工程中的地下截滲墻通常為全斷面截滲，不具備調(diào)控截滲墻上游水體的能力，長期運(yùn)行過程中會(huì)導(dǎo)致上游水質(zhì)惡化，下游生態(tài)用水也受到影響。因此，需要設(shè)計(jì)一種設(shè)置在截滲墻上的可以實(shí)現(xiàn)上下游水體交換的可調(diào)控過流管，來解決全斷面截滲墻的次生影響。

1 技術(shù)背景

截潛流工程是水利工程中較為常用的取水工程，是在河底砂卵石層內(nèi),垂直河道主流修建截水墻，截?cái)嗟叵聫搅鳎纬蓛?chǔ)水空間，便于河道水資源開發(fā)利用及生態(tài)景觀用水等。

截潛流工程的技術(shù)關(guān)鍵在于地下截滲墻，常用的截滲墻材料有混凝土、瀝青混凝土、連續(xù)水泥攪拌樁、防水帷幕、土工膜、粘土等。在實(shí)際工程中，截滲墻通常將河道含水層直接全部截?cái)?，以?shí)現(xiàn)最好的截潛效果，這往往導(dǎo)致截滲墻上游地下水無下泄通道，難以實(shí)現(xiàn)地下水交換，長期運(yùn)行過程中會(huì)導(dǎo)致上游水質(zhì)惡化，下游生態(tài)用水也受到影響。

如大連龍河地下水庫，水庫由地下截滲工程、地表攔蓄工程、入滲補(bǔ)源工程及取水工程組成。地下截滲均采用高壓灌漿帷幕壩截?cái)嗟叵聫搅鳎纬蓛?chǔ)水“庫盆”，同時(shí)阻斷海水入侵。地表均采用橡膠壩攔蓄地表淡水，通過橡膠壩的攔蓄，增加了地表儲(chǔ)水空間的同時(shí)，也延長淡水入滲至地下的時(shí)間，增加了入滲水量，塌壩運(yùn)行時(shí)不影響河道行洪。入滲補(bǔ)源工程均采用補(bǔ)源溝，打通地表水與地下含水層之間的弱透水層，使地表水有通道向地下入滲。

目前的龍河水庫，由于用水戶的缺失，庫區(qū)內(nèi)儲(chǔ)存的地下水沒有利用價(jià)值，且長期不被利用和交換，夏季能明顯聞到水體發(fā)臭，水質(zhì)已經(jīng)惡化，導(dǎo)致周邊環(huán)境惡化。

鑒于全斷面截?cái)嗟拇怪钡叵陆貪B墻存在的工程問題，探討設(shè)計(jì)一種可控制地下截滲墻，能夠?qū)崿F(xiàn)需要蓄水時(shí)攔截上游地下徑流，需要放水時(shí)可以向下游河道排泄，能夠?qū)崿F(xiàn)上游地下水體的交換，保障水質(zhì)良好，還能滿足下游生態(tài)水量的需求。

2 地下截滲墻特征

以混凝土截滲墻為例來看地下截滲墻的結(jié)構(gòu)特征，見圖1。

圖1 混凝土地下截滲墻截水效果示意圖

混凝土截滲墻通常由地表向下截滲至不透水基巖，阻斷地下砂礫石含水層徑流，在截滲墻上下游形成水位差，將水資源截留在截滲墻上游，供水資源開發(fā)。由于全截面截滲墻的存在，上游水體始終截留于地下，無法向下游排泄，不能實(shí)現(xiàn)水體交換，因此，上游水體易發(fā)生污染、變質(zhì)；下游河道因地下徑流的阻斷，生態(tài)環(huán)境受到影響。

3 可控過流管原理

為了實(shí)現(xiàn)截滲墻可以控制上游水體的下泄，在截滲墻墻體設(shè)置豎向鋼制花管過流通道，鋼管從上至下貫穿截滲墻體，形成截滲墻上的一條過流縫，鋼管在砂礫石含水層范圍內(nèi)布置花孔，截滲墻上游的水體可以通過鋼管的花孔流進(jìn)鋼管內(nèi)，再向下游含水層中排泄。鋼管內(nèi)設(shè)置可充、排氣（或水）的氣囊作為控制水體下泄的開關(guān)，氣囊設(shè)置于鋼管內(nèi)部，覆蓋全部花孔區(qū)域，當(dāng)氣囊內(nèi)充氣（或水）后，氣囊膨脹，氣囊壁緊貼在鋼管內(nèi)壁上，將花孔全部堵住，實(shí)現(xiàn)過流縫的閉合，這是截滲墻全斷面封閉。當(dāng)需要向下游排水時(shí)，將氣囊排氣（或水），隨著氣囊的收縮，鋼管壁上的花孔可以滲水，在水壓力的作用下，氣囊會(huì)迅速收縮，實(shí)現(xiàn)過流縫的開啟，可以下泄上游水體。氣囊的長度要大于花孔布置區(qū)域，氣囊底部與鋼管底部留沉淀段，可以沉淀進(jìn)入鋼管內(nèi)的砂，方便清理。截滲墻上可以設(shè)1條或多條過流縫。見圖2。

圖2 可控截滲墻立視圖

4 可控過流管布置與實(shí)施

可控制過流管要結(jié)合地下截滲墻設(shè)計(jì)方案、地質(zhì)條件及上下游河道情況同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，過流管盡量布置在砂礫石含水層厚度較大的部位，可以集中布置，也可分區(qū)域布置。根據(jù)截滲墻截留的水量及下游所需的排泄量確定過流管的根數(shù)，多根過流管通過鎖扣連接，鎖扣內(nèi)回填二期混凝土。

主要結(jié)構(gòu)：1）外殼管，是主要支撐部件，分為護(hù)壁段、過流段、沉淀段，護(hù)壁段的高度與河床地表不透水土層厚度一致，過流段高度與河床地下砂礫石含水層厚度一致；過流段上下游均設(shè)過流孔，孔徑1.5～2.5 cm，孔間距30.0～50.0 cm，外壁包裹反濾土工布，土工布外1.0 m范圍內(nèi)回填反濾料，防止淤堵過流孔；沉淀段高度為過流段底至基巖的深度。外殼管內(nèi)徑0.6 m，壁厚8 mm。2）氣囊，可采用氣盾壩氣囊材料。內(nèi)層由氣密性高的材料構(gòu)成，骨架材料為高強(qiáng)度NN66或芳綸材料，外層覆蓋膠采用耐老化及耐臭氧的EPDM材料，制造工藝類似于汽車輪胎。3）內(nèi)支撐，為氣囊內(nèi)部支撐管，氣囊排空后可以附著在內(nèi)支撐上，防止氣囊扭轉(zhuǎn)變形。4）充排管，為氣囊內(nèi)部通長鋼管，與充排系統(tǒng)相連，管壁在氣囊內(nèi)部的長度范圍內(nèi)留有小孔，孔徑1.0～2.0 cm，間距15.0～20.0 cm，氣囊內(nèi)支撐與充排管焊接在一起。5）底托盤，是氣囊的底部封口裝置，焊接在充排管上。6）頂托盤，是氣囊的頂部封口裝置，焊接在充排管上。7）充排系統(tǒng)，含風(fēng)機(jī)、儲(chǔ)氣罐、控制閥門，寒冷地區(qū)含空乾機(jī)，控制方式可以為自動(dòng)、手動(dòng)、手自雙控。

5 結(jié)語

在以往實(shí)際工程中，截滲墻僅具備截?cái)嗟叵滤饔眉纯桑趯?shí)際應(yīng)用過程中還需要具備調(diào)節(jié)上游蓄水水面的作用，能夠達(dá)到調(diào)節(jié)上下游水資源的分配和有效利用雨洪的目的，同時(shí)，有利于實(shí)現(xiàn)地下水交換，保障水質(zhì)良好，便于干旱時(shí)提供下游生態(tài)用水量。目前，所了解到的地下截滲墻工程還沒有哪一座具備可調(diào)節(jié)上游水面的功能。如果能在截滲墻上設(shè)計(jì)過流管這種可調(diào)節(jié)閘門，就能夠很好地控制地下截滲墻上游水面，可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)蓄放水功能，便于地下水資源的調(diào)節(jié)分配和有效利用，解決全斷面截滲墻帶來的次生影響。