摘 要： 中國城市化進程快速發(fā)展, 人民需求層次的進一步提高, 城市河道治理工程既要保證其傳統(tǒng)水利功能, 又要具備改善城市生態(tài)環(huán)境、提升城市品位的功能。因而, 如何提高河道蓄水能力, 形成景觀水面, 打造城市生態(tài)河道是城市河道治理工程面臨的挑戰(zhàn)。文章通過對開封市澗水河綜合治理工程防滲必要性、防滲方案比選、防滲效果等方面進行分析, 可以為同類工程提供參考和借鑒。
關(guān)鍵詞： 河道治理; 防滲方案; 鈉基膨潤土防水毯;
1、 工程概況
開封市澗水河綜合治理工程位于開封市區(qū)東京大道北側(cè)規(guī)劃100 m綠化帶內(nèi), 西起開封西湖, 東至東護城河, 河道全長約7.70 km。綠地景觀帶寬度約85 m, 總綠化景觀面積約65 hm2。根據(jù)開封市水系總體規(guī)劃, 澗水河的定位是為開封西湖和螺語湖向開封水系和東區(qū)水系的補水通道, 規(guī)劃將其打造成為老城區(qū)重要的人工景觀河。工程建成后的主要任務(wù)是向東護城河、鐵塔湖、龍亭湖、包公湖等城區(qū)水系補水, 下游河道滿足50 a一遇的防洪要求。同時改善區(qū)域水系的完整性、水利的流動性, 優(yōu)化水資源配置, 改善區(qū)域內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量, 為城市經(jīng)濟發(fā)展創(chuàng)造良好環(huán)境。
2、 河道防滲必要性分析
2.1、 景觀水位
澗水河綜合治理工程在滿足輸水功能的同時兼顧生態(tài)、水利、園林、市政、產(chǎn)學(xué)研及旅游等綜合功能, 是靚麗而重要的城市濱水旅游風(fēng)景帶, 且二級駁岸種植多種水生植物, 對景觀水位有更高的要求。
2.2、 引水水源
澗水河綜合治理工程引水水源為開封西湖, 而開封西湖的水源是由開封黑池保障的, 開封黑池引黃河水需經(jīng)提灌進行, 開封黑池同時也是開封市區(qū)飲用水水源地, 水源較為珍貴, 不能保證澗水河常年不間斷引水。
2.3、 地質(zhì)滲漏分析
根據(jù)地質(zhì)勘測結(jié)果顯示, 澗水河河道工程沿線地處黃河泛流平原, 地形較平坦。地層主要由第四系全新統(tǒng)沖積成因的粉砂、粉細砂、細砂、砂壤土和粉質(zhì)壤土組成, 巖性多變, 上、下部多由砂性土構(gòu)成, 中部由粘性土構(gòu)成, 土質(zhì)不均, 總體具粘砂多層結(jié)構(gòu)特征。第 (1) 層粉砂一般結(jié)構(gòu)松散, 為中等~高壓縮性軟土, 具中等~強透水性;第 (2) 層輕粉質(zhì)壤土及砂壤土, 為中等~高壓縮性軟土, 具弱~中等透水性;第 (3) 層粉細砂和砂壤土, 結(jié)構(gòu)松散~稍密狀, 為中等壓縮性中硬土, 具中等~強透水性。第 (4) 層中、重粉質(zhì)壤土等粘性土為中等壓縮性土, 具弱透水性。根據(jù)地勘報告可以看出, 工程河道底部多位于 (1) 層, 滲透系數(shù)為5.0E-03, 應(yīng)考慮采取適當?shù)姆罎B防護措施。土體力學(xué)性指標建議值表見表1、表2。
表1 河道各土體單元力學(xué)性指標建議值表
表2 河道各土方單元滲透系數(shù)和承載力標準
區(qū)域地下水類型為第四系松散層孔隙水, 局部具微承壓性, 受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等影響, 地下水與地表水流向基本一致, 自西北流向東南。區(qū)域地下水補給方式主要為大氣降水和河水入滲及地下側(cè)向逕流, 地下水排泄方式主要為地下逕流、蒸發(fā)、人工開采�？辈炱陂g測得潛水位埋深3.90~7.l0 m, 地下水位高程66.66~69.49 m, 測量承壓水水頭為6.20~9.00 m, 承壓水位高程66.19~66.52 m。
根據(jù)相關(guān)理論可知河道滲漏一般分為自由滲漏和頂托滲漏兩個過程, 工程主要是頂托滲漏。
頂托滲漏理論計算比較復(fù)雜, 可以以自由滲漏計算滲漏量之后乘以校正系數(shù), 即得頂托滲漏的滲流量。
式中:q—單位渠長滲漏量;k—滲流系數(shù);ν—河道邊坡毛細管吸水量的修正系數(shù);h—水深;m—邊坡系數(shù);校正系數(shù)取0.82。
若不采用任何防滲措施, 渠內(nèi)平均水面高程為72 m, 則每年河道總滲漏量>125×104m3/a, 滲漏量大。
綜合以上原因, 為保證澗水河工程景觀水位采取防滲措施是十分必要的。
3、 防滲方案分析
目前水利工程常用的主要防滲措施是水平防滲和垂直防滲。水平防滲多采用防滲膜、防水毯、粘土回填、混凝土襯砌等措施, 垂直防滲多采用水泥土攪拌樁連續(xù)墻、粘土截水槽、打板樁、帷幕灌漿、混凝土防滲墻以及高噴灌漿等措施。
防滲方案應(yīng)以維系河道生態(tài)水系統(tǒng)的良好循環(huán)為前提條件, 不對水質(zhì)構(gòu)成不利因素, 結(jié)合水文地質(zhì)條件適度防滲、生態(tài)防滲。針對河道的防滲處理, 結(jié)合項目實際和本地區(qū)類似工程, 選用鈉基膨潤土防水毯+開挖料保護層方案, 水泥土攪拌樁防滲墻方案, 粘土回填方案進行方案比選。
3.1、 鈉基膨潤土防水毯+開挖料保護層方案
將河道斷面超挖0.50 m厚, 在渠底和渠坡全斷面鋪設(shè)防水毯, 然后在防水毯上部鋪填0.50 m厚開挖土料, 并進行分層壓實, 防水毯鋪設(shè)至駁岸頂部高程。
3.2、 水泥土攪拌樁防滲墻方案
基本沿河道兩側(cè)布設(shè)一道垂直防滲體, 將河道全部包絡(luò)其中。防滲墻頂部高程為景觀水位高程, 防滲墻軸線長度為7.70 km。通過垂直防滲墻形成防滲帷幕, 與渠底分布連續(xù)的第 (2) 層粉質(zhì)壤土共同構(gòu)成防滲體系, 以達到防滲目的。
3.3、 粘土回填方案
沿河道過水斷面填筑0.50 m厚粘土, 此方法也是比較傳統(tǒng)的防滲方法, 但是根據(jù)地質(zhì)報告及開封市地質(zhì)情況, 粘土分布較深, 土層也較薄, 大面積征地困難, 從外地調(diào)土運距較遠, 此方案不經(jīng)濟且工期長, 故僅對方案一、方案二進行比選。方案一、鈉基膨潤土防水毯+開挖料保護層方案:技術(shù)可靠, 能安全運行;河底開挖高程容易控制, 填土厚度便于掌握;施工簡便, 材料輕, 運輸方便, 不易老化, 壽命長;鋪蓋面積大, 受人類活動影響小, 運行管理方便。隨河道填筑施工, 工期短;工程投資需496萬。方案二、水泥土攪拌樁防滲墻方案:技術(shù)可靠, 能安全運行;受環(huán)境條件影響小, 干地施工, 施工質(zhì)量有保證;施工相對復(fù)雜, 使用壽命長;防滲墻埋入地下, 受人類活動影響小, 運行管理方便;工期較長;工程投資需640萬元。
通過以上比較可以看出, 兩種方案在技術(shù)上都是可行的, 在施工質(zhì)量上方案二更有保證, 在運行管理方面方案一受人類活動影響小, 但是在投資方面方案一更節(jié)省。
考慮到本工程景觀為主特點, 應(yīng)在保證防滲效果的同時, 適當考慮水體交換, 因此本工程確定采用鈉基膨潤土防水毯與開挖料保護層相結(jié)合的防滲措施。
3.4、 滲漏量估算
同樣采用達西定理計算澗水河的滲漏量。當采用防滲時, 防水毯滲透系數(shù)取1×10-9cm/s, 滲流量很小。計算結(jié)果表明, 工程選用的防滲方案能有效控制河道滲流量, 因此防滲方案可行。
4、 鈉基膨潤土防水毯主要特性及優(yōu)勢
近年來鈉基膨潤土防水毯在市政、水利、環(huán)保、園林、農(nóng)業(yè)、環(huán)衛(wèi)、污水處理等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
鈉基膨潤土防水毯是一種新型土工合成材料。以鈉基膨潤土為主要原料, 采用針刺法、針刺覆膜法或膠粘法加工制成的毯狀防水材料。鈉基膨潤土又稱之為鈉基蒙脫石, 它遇水可以膨脹24倍以上并經(jīng)過針刺工藝形成非常穩(wěn)定的膠狀防水層。膨潤土防水毯既具有土工材料的全部特性, 又具有優(yōu)異的防水 (滲) 性能。具有濾失量低和黏性高的特性。是目前新型、環(huán)保、生態(tài)的防水卷材。
主要性能優(yōu)勢包括: (1) 綠色環(huán)保、防滲效果好, 對人體無毒無害, 對環(huán)境無特別影響, 具有良好的物力化學(xué)性能, 不會發(fā)生老化或腐蝕現(xiàn)象, 抗?jié)B性能持久。 (2) 抗低溫、抗潮濕:可在寒冷的冬季施工, 也可在潮濕的基面施工。 (3) 不影響水生植物根系生長, 根系穿刺后不影響防滲效果, 自我修復(fù)性好。 (4) 施工便捷, 施工搭接處無需焊接, 接縫處使用鈉基膨潤土進行粘和。 (5) 耐久性, 因為鈉基膨潤土系天然無機材料, 即使經(jīng)過很長時間或周圍環(huán)境發(fā)生變化, 也不會發(fā)生老化或腐蝕現(xiàn)象, 因此防水性能持久。
5、 結(jié)語
在澗水河綜合治理工程部分河段蓄水試運行后數(shù)據(jù)定期觀測的基礎(chǔ)上, 得出應(yīng)用鈉基膨潤土防水毯具有良好的防滲效果, 鈉基膨潤土復(fù)合防水毯在城市河道綜合治理工程中應(yīng)用, 能更好的解決景觀河道生態(tài)防滲、適度防滲的問題。
參考文獻
[1]劉磊,梁紅偉.開封市澗水河綜合治理工程防滲方案[J].河南水利與南水北調(diào),2018,47(09):55-56.
