摘 要： 中国城市化进程快速发展, 人民需求层次的进一步提高, 城市河道治理工程既要保证其传统水利功能, 又要具备改善城市生态环境、提升城市品位的功能。因而, 如何提高河道蓄水能力, 形成景观水面, 打造城市生态河道是城市河道治理工程面临的挑战。文章通过对开封市涧水河综合治理工程防渗必要性、防渗方案比选、防渗效果等方面进行分析, 可以为同类工程提供参考和借鉴。
关键词： 河道治理; 防渗方案; 钠基膨润土防水毯;
1、 工程概况
开封市涧水河综合治理工程位于开封市区东京大道北侧规划100 m绿化带内, 西起开封西湖, 东至东护城河, 河道全长约7.70 km。绿地景观带宽度约85 m, 总绿化景观面积约65 hm2。根据开封市水系总体规划, 涧水河的定位是为开封西湖和螺语湖向开封水系和东区水系的补水通道, 规划将其打造成为老城区重要的人工景观河。工程建成后的主要任务是向东护城河、铁塔湖、龙亭湖、包公湖等城区水系补水, 下游河道满足50 a一遇的防洪要求。同时改善区域水系的完整性、水利的流动性, 优化水资源配置, 改善区域内水环境质量, 为城市经济发展创造良好环境。
2、 河道防渗必要性分析
2.1、 景观水位
涧水河综合治理工程在满足输水功能的同时兼顾生态、水利、园林、市政、产学研及旅游等综合功能, 是靓丽而重要的城市滨水旅游风景带, 且二级驳岸种植多种水生植物, 对景观水位有更高的要求。
2.2、 引水水源
涧水河综合治理工程引水水源为开封西湖, 而开封西湖的水源是由开封黑池保障的, 开封黑池引黄河水需经提灌进行, 开封黑池同时也是开封市区饮用水水源地, 水源较为珍贵, 不能保证涧水河常年不间断引水。
2.3、 地质渗漏分析
根据地质勘测结果显示, 涧水河河道工程沿线地处黄河泛流平原, 地形较平坦。地层主要由第四系全新统冲积成因的粉砂、粉细砂、细砂、砂壤土和粉质壤土组成, 岩性多变, 上、下部多由砂性土构成, 中部由粘性土构成, 土质不均, 总体具粘砂多层结构特征。第 (1) 层粉砂一般结构松散, 为中等~高压缩性软土, 具中等~强透水性;第 (2) 层轻粉质壤土及砂壤土, 为中等~高压缩性软土, 具弱~中等透水性;第 (3) 层粉细砂和砂壤土, 结构松散~稍密状, 为中等压缩性中硬土, 具中等~强透水性。第 (4) 层中、重粉质壤土等粘性土为中等压缩性土, 具弱透水性。根据地勘报告可以看出, 工程河道底部多位于 (1) 层, 渗透系数为5.0E-03, 应考虑采取适当的防渗防护措施。土体力学性指标建议值表见表1、表2。
表1 河道各土体单元力学性指标建议值表
表2 河道各土方单元渗透系数和承载力标准
区域地下水类型为第四系松散层孔隙水, 局部具微承压性, 受地形地貌、地层岩性、地质构造等影响, 地下水与地表水流向基本一致, 自西北流向东南。区域地下水补给方式主要为大气降水和河水入渗及地下侧向迳流, 地下水排泄方式主要为地下迳流、蒸发、人工开采。勘察期间测得潜水位埋深3.90~7.l0 m, 地下水位高程66.66~69.49 m, 测量承压水水头为6.20~9.00 m, 承压水位高程66.19~66.52 m。
根据相关理论可知河道渗漏一般分为自由渗漏和顶托渗漏两个过程, 工程主要是顶托渗漏。
顶托渗漏理论计算比较复杂, 可以以自由渗漏计算渗漏量之后乘以校正系数, 即得顶托渗漏的渗流量。
式中:q—单位渠长渗漏量;k—渗流系数;ν—河道边坡毛细管吸水量的修正系数;h—水深;m—边坡系数;校正系数取0.82。
若不采用任何防渗措施, 渠内平均水面高程为72 m, 则每年河道总渗漏量>125×104m3/a, 渗漏量大。
综合以上原因, 为保证涧水河工程景观水位采取防渗措施是十分必要的。
3、 防渗方案分析
目前水利工程常用的主要防渗措施是水平防渗和垂直防渗。水平防渗多采用防渗膜、防水毯、粘土回填、混凝土衬砌等措施, 垂直防渗多采用水泥土搅拌桩连续墙、粘土截水槽、打板桩、帷幕灌浆、混凝土防渗墙以及高喷灌浆等措施。
防渗方案应以维系河道生态水系统的良好循环为前提条件, 不对水质构成不利因素, 结合水文地质条件适度防渗、生态防渗。针对河道的防渗处理, 结合项目实际和本地区类似工程, 选用钠基膨润土防水毯+开挖料保护层方案, 水泥土搅拌桩防渗墙方案, 粘土回填方案进行方案比选。
3.1、 钠基膨润土防水毯+开挖料保护层方案
将河道断面超挖0.50 m厚, 在渠底和渠坡全断面铺设防水毯, 然后在防水毯上部铺填0.50 m厚开挖土料, 并进行分层压实, 防水毯铺设至驳岸顶部高程。
3.2、 水泥土搅拌桩防渗墙方案
基本沿河道两侧布设一道垂直防渗体, 将河道全部包络其中。防渗墙顶部高程为景观水位高程, 防渗墙轴线长度为7.70 km。通过垂直防渗墙形成防渗帷幕, 与渠底分布连续的第 (2) 层粉质壤土共同构成防渗体系, 以达到防渗目的。
3.3、 粘土回填方案
沿河道过水断面填筑0.50 m厚粘土, 此方法也是比较传统的防渗方法, 但是根据地质报告及开封市地质情况, 粘土分布较深, 土层也较薄, 大面积征地困难, 从外地调土运距较远, 此方案不经济且工期长, 故仅对方案一、方案二进行比选。方案一、钠基膨润土防水毯+开挖料保护层方案:技术可靠, 能安全运行;河底开挖高程容易控制, 填土厚度便于掌握;施工简便, 材料轻, 运输方便, 不易老化, 寿命长;铺盖面积大, 受人类活动影响小, 运行管理方便。随河道填筑施工, 工期短;工程投资需496万。方案二、水泥土搅拌桩防渗墙方案:技术可靠, 能安全运行;受环境条件影响小, 干地施工, 施工质量有保证;施工相对复杂, 使用寿命长;防渗墙埋入地下, 受人类活动影响小, 运行管理方便;工期较长;工程投资需640万元。
通过以上比较可以看出, 两种方案在技术上都是可行的, 在施工质量上方案二更有保证, 在运行管理方面方案一受人类活动影响小, 但是在投资方面方案一更节省。
考虑到本工程景观为主特点, 应在保证防渗效果的同时, 适当考虑水体交换, 因此本工程确定采用钠基膨润土防水毯与开挖料保护层相结合的防渗措施。
3.4、 渗漏量估算
同样采用达西定理计算涧水河的渗漏量。当采用防渗时, 防水毯渗透系数取1×10-9cm/s, 渗流量很小。计算结果表明, 工程选用的防渗方案能有效控制河道渗流量, 因此防渗方案可行。
4、 钠基膨润土防水毯主要特性及优势
近年来钠基膨润土防水毯在市政、水利、环保、园林、农业、环卫、污水处理等领域得到广泛的应用。
钠基膨润土防水毯是一种新型土工合成材料。以钠基膨润土为主要原料, 采用针刺法、针刺覆膜法或胶粘法加工制成的毯状防水材料。钠基膨润土又称之为钠基蒙脱石, 它遇水可以膨胀24倍以上并经过针刺工艺形成非常稳定的胶状防水层。膨润土防水毯既具有土工材料的全部特性, 又具有优异的防水 (渗) 性能。具有滤失量低和黏性高的特性。是目前新型、环保、生态的防水卷材。
主要性能优势包括: (1) 绿色环保、防渗效果好, 对人体无毒无害, 对环境无特别影响, 具有良好的物力化学性能, 不会发生老化或腐蚀现象, 抗渗性能持久。 (2) 抗低温、抗潮湿:可在寒冷的冬季施工, 也可在潮湿的基面施工。 (3) 不影响水生植物根系生长, 根系穿刺后不影响防渗效果, 自我修复性好。 (4) 施工便捷, 施工搭接处无需焊接, 接缝处使用钠基膨润土进行粘和。 (5) 耐久性, 因为钠基膨润土系天然无机材料, 即使经过很长时间或周围环境发生变化, 也不会发生老化或腐蚀现象, 因此防水性能持久。
5、 结语
在涧水河综合治理工程部分河段蓄水试运行后数据定期观测的基础上, 得出应用钠基膨润土防水毯具有良好的防渗效果, 钠基膨润土复合防水毯在城市河道综合治理工程中应用, 能更好的解决景观河道生态防渗、适度防渗的问题。
参考文献
[1]刘磊,梁红伟.开封市涧水河综合治理工程防渗方案[J].河南水利与南水北调,2018,47(09):55-56.
