摘要：防渗方案设计是平原水库工程设计的主要技术问题，也是平原水库设计的重点和难点。针对工程地质和水文地质条件，为有效减少水库渗漏量，确保渗透稳定以及坝外农田不发生浸没，确保水库发挥效益，选择适宜的防渗方案十分关键。本文主要针对某市地下水漏斗区平原水库防渗进行了探讨，仅供参考。
关键词：地下水；漏斗区；平原；水库；防渗
某市地处黄泛平原，城区用水几乎全靠地下水供给，随着开采量的逐年增加，导致地下水位持续下降，形成大面积漏斗区。为了有效扼制这种状况持续发展，保障某市城区工业和生活用水，调整南水北调第一期工程某市分配水量，决定兴建A水库作为某市南水北调配套工程的调蓄平原水库，兼顾调蓄黄河水。A水库枢纽工程包括入库泵站、出库泵站、水库围坝、入库闸、排水沟等。
1防渗方案分析
1.1水库无防渗方案
根据本工程地质和水文地质条件，结合选定的水库围坝设计断面，对水库不设防渗体工况，进行水库渗流分析计算。从水库渗漏损失水量以及水库运行经济合理性方面进行防渗方案比选。本文采用基于非饱和土力学有限元方法的GeostudioSEEp/W模块来进行渗流分析。根据坝段地形特点、坝基地质等情况，选用一个典型断面进行计算。库内水位取平均水位28.58m，库外水位取多年平均地下水位18.28m。坝基各土层渗透系数计算采用值见表1。
根据坝体结构和坝基地质情况等资料，在不采取防渗措施情况下，经计算，水库渗漏量为1183.54万m3/a。
在无防渗措施情况下，水库年渗漏水量约为1183.54万m3，占水库总库容的51.61%，占水库总充库水量的19.73%，渗漏严重。按照国家核定的南水北调山东平均供水价格1.54元/m3，计算水库渗漏年直接经济损失为1822.65万元。为有效减少水库渗漏量，确保水库安全运行，提高水库经济效益，水库必须采取可靠的防渗措施。
1.2水库垂直防渗方案
水库防渗方案分两大类：一类是垂直截渗，一类是水平防渗。垂直防渗的方法较多，主要有垂直铺膜、深层搅拌桩、混凝土连续防渗墙、高压喷射灌浆防渗墙等。
1.2.1各垂直防渗方案特点及适用性分析
根据本工程地质条件分析，截渗深度较小的垂直铺塑方案及深层搅拌防渗墙方案不适用。高压喷射灌浆防渗墙方案适用范围较广，但易出现开叉、搭接不严等现象，对不同土层的施工工艺参数难以把握，施工质量可控性差，本工程不宜采用。
混凝土连续防渗墙方案：成墙完整连续，质量有保证，有丰富成熟的施工经验，防渗墙渗透系数可达1×10-7cm/s，防渗效果较好。缺点是需要优质泥浆固壁，如遇流砂、漂石等地层，会增加施工难度，工程造价较高。结合本工程实际情况及垂直防渗方案适用性分析，本工程选择混凝土防渗墙方案作为垂直截渗方案，进行防渗方案比选。
1.2.2垂直截渗效果分析
混凝土防渗墙截渗深度为坝基以下30m，厚度采用60cm，防渗墙渗透系数取1×10-7cm/s，进行水库垂直截渗方案渗流分析计算。渗流计算工况及方法与不设防渗体情况相同，渗流量为924.26万m3/a。
由计算结果可知，在水库采用垂直防渗措施情况下，平均蓄水位年渗漏量为924.26万m3，占水库总库容的40.3%，占水库年充水量的15.41%。按防渗墙500元/m2）计算，水库垂直截渗深度30m工程投资约为10941.55万元。可见，由于坝基土层渗透性太强，垂直截渗效果不明显，不满足技术经济要求，方案不可行。
1.3水库水平防渗方案
水平防渗方案主要有黏土铺盖防渗、复合土工膜防渗、膨润土复合防水毯防渗等，根据A水库地质条件，无足够黏土形成一定厚度的黏土铺盖；膨润土复合防水毯因造价高不适用大面积防渗应用。复合土工膜防渗方案投资节省、施工方便，故采用复合土工膜防渗。
土工膜铺设方案分别考虑水平铺设距坝脚100m、200m、300m及全库铺设4种方案，复合土工膜考虑一定量缺陷综合渗透系数取5×10-10cm/s，分别计算各方案渗漏量，可知，100m、200m、300m长防渗长度时，在平均水位情况下，年渗漏损失仍然较大，防渗效果不理想，采用全部铺设，考虑土工膜缺陷的情况下，水库年渗漏量为184.69万m3，占总库容的8.07%，占总充库水量的3.08%，渗漏减少较为明显。
根据以上计算分析，由于坝基渗透性太强，采用悬挂式垂直截渗方案和部分铺设土工膜水平防渗方案截渗效果不理想，因此本工程采用全库铺设复合土工膜防渗方案，防渗效果较好。
2水库防渗设计
2.1防渗方案设计
水库库底及坝坡均采用土工膜防渗，土工膜上、下层设200g/m2土工布，PE膜采用0.5mm厚。库底防渗土工膜采用膜布分置方案，坝坡土工膜采用复合土工膜方案。针对A水库土工膜铺设面积大，地下水埋藏深，水库蓄水后地下水位抬升易产生气涨的问题，采用排气盲沟及压重组合措施。库底复合土工膜下的排气盲沟间距按50.0m布置，在距坝脚20.0m处设一道环形盲沟与库底盲沟联通；坝坡盲沟垂直坝轴线布置，坝坡盲沟一直通到防浪墙底，在防浪墙处设φ50PPR管将膜下气体排出。盲沟尺寸30cm×30cm，盲沟内布置一条φ100的软式透水管，管周回填0.5~1.0cm碎石，碎石外包一层300g/m2的短丝土工布。
2.2水库防渗后渗漏量计算
库底全铺膜渗漏量分为土工膜渗漏和缺陷渗漏两部分。土工膜的渗漏量按渗流有限元进行计算；缺陷渗漏量根据《土工合成材料工程应用手册》提供公式计算，土工膜缺陷取每4000m2出现一个孔径为3.5mm进行缺陷渗漏量计算。土工膜的施工缺陷引起的缺陷渗漏量计算公式：
式中：μ为流量系数，取μ＝0.70；A为土工膜上孔的面积，m2；Hw为土工膜上、下水头差，m；g为重力加速度，取9.81m/s2。
2.3防渗效果
A水库工程已于2016年12月通过水库蓄水验收，2017年5月开始蓄水，第一次充库水量500万m3，最高蓄水位25.85m；2018年4月，水库第二次蓄水，充库水量1500万m3，最高蓄水位31.30m，经过近9个月观测，水库渗漏损失低于计算渗漏损失量，全库铺复合土工膜防渗效果较好。
结语
总而言之，地下水漏斗区地下水位埋深较大，水库蓄水后库水位与地下水位水头差较大，水库渗漏以垂直渗漏为主，如库区无连续深厚隔水层，水库采用垂直防渗方案效果不明显。本文通过蓄水观测表明，采用全库底铺设复合土工膜的方法对平原水库防渗效果良好，可在同类地区水利工程，特别是井灌区水库防渗中应用。
参考文献
[1]张泽平.黄河冲积平原区水库地下水环境影响分析[D].山东大学,2015.
[2]田文旭,毛海涛,王晓菊.浅析新疆平原水库的渗漏问题[J].甘肃水利水电技术.2010(02)
论文作者:郝晓迅
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：水库论文; 防渗论文; 方案论文; 防渗墙论文; 土工膜论文; 坝基论文; 水量论文; 《基层建设》2019年第15期论文;