供水工程调节池库盘减渗处理措施解析

2014-02-18库尔班依明

水利技术监督 2014年4期

关键词：粘土孔洞库区

库尔班·依明

供水工程调节池库盘减渗处理措施解析

库尔班·依明

（新疆维吾尔自治区水利厅规划设计管理局，新疆乌鲁木齐 830000）

随着经济的发展，各地区的用水量大幅度增加，新疆水资源分布严重不均，丰水区往缺水区长距离输水工程越来越多，文章以东延供水工程为例，简述了长距离输水工程设计、建设、运行中遇到的问题及处理措施，为类似工程的设计和建设提供借鉴和参考。

供水工程；调节池；减渗措施

1 工程概况

东延供水工程是解决新疆准东地区煤电煤化工园区生产、生活用水的一项长距离管道供水工程，近期供水规模为2亿m3，全线主要建筑物包括216.8km加压管道、3级加压泵站、3个事故备用水池和沿线管道附属建筑物等，10#闸事故备用水池为管线中段的事故备用水池。水池由东西南北4个坝段和进水闸井和放水闸井组成，坝长2962m，坝型为均质坝，最大坝高10.5m，最大水面面积为58万m2，总库容300万m3。

库区地层岩性及物理力学性质不同可分为3层：

第1层为低液限粉土，局部夹低液限粘土和粉细砂透镜体，层厚0.2～0.3m，多分布于表层，经现场钻孔取样试验，渗透系数1.0×10-5～6.0×10-5（cm/s）。

第2层为低液限粘土层，局部夹有低液限粉土透镜体，层厚2.0～3.2m，分布较连续，渗透系数2.5×10-6～2.7×10-7（cm/s）。

第3层为中细砂层，局部夹低液限粉土或粘土，厚度大，分布稳定，渗透系数 1.4×10-3～3.9×10-4（cm/s）。

2 事故备用池蓄水后存在的问题

设计阶段认为，库盘上部的低液限粘土层基本构成库盘良好的天然防渗层，因此水库不存在大的永久渗漏问题，可不做库盘防渗，工程建设时，库盘没有防渗。

该工程蓄水运行后，运行记录统计输水量时发现，来水量和出水量存在较大出入，运行单位根据2012年9月29日～10月18日20天的运行情况结合自建的水池蒸发站实验观测资料和20天内库面水位观测值，推算出水库的渗漏损失。

经复核发现，20天内的渗漏量为2.5万m3（日渗漏量为1250 m3），20天内的水量损失为28.2万m3，库盘渗漏损失为25.7万m3，日渗漏量为1.3万m3，年水量损失为约470万m3。

目前，已有几十家国内大中型企业都入驻准东地区，部分企业已投入生产[1]。园区用水量迅速增加，若不能满足园区用水要求将直接影响整个准东地区的经济发展，因此需尽快实施10#事故备用水池库盘减渗处理措施，以减少库盘渗漏，将更多的水留给工业园区带动当地的经济发展。

3 库盘渗漏原因分析

设计单位根据运行单位要求，在10#闸水池停水后对库盘进行了补充勘察和测量，发现库区内存在较多的圆锥状浅坑，并且发现3处存在塌陷现象，初步分析了现场地质缺陷，决定对典型圆锥状浅坑和塌陷处进行开挖检测，对库区粘土层进行分层取样试验工作[2]。

3.1 圆锥状浅坑分布情况

水池内存水已基本放空后，对裸露区分布的圆锥状浅坑经现场实际量测，对其分布范围进行调查。

根据调查成结果可以看出，浅坑主要集中分布在两处，一处是库区中部出水口附近。另一处是在库区南侧平行南坝段呈不连续带状分布，分布较集中处主要在东南坝段交汇处附近。

浅坑分布大体近东西向，具有沿原始地形冲洪沟方向分布的特点。库区分布的浅坑开口多呈圆形或近圆形，局部可见椭圆状形态，多呈倒圆锥状，即口大底小的特征；浅坑开口直径一般为30～40cm，最大直径可达70cm。

3.2 圆锥状浅坑成因分析

通过对浅坑位置分布勘察，发现圆锥状浅坑下部主要呈现两种形式：一是下部可见原生长在库区的梭梭根系，多已腐烂；二是下部可见类似鼠洞的孔洞。其中第一种形式较为常见。

第一种类型的圆锥状浅坑进行开挖后发现，浅坑下部是被土体封闭的，但浅坑下部土体的密实度较坑壁两侧正常的土体相对疏松，呈管状，弯曲向下延伸，在坑壁可见非连续的孔洞出现，孔洞内可见灰黑色腐烂树根，局部可见没有腐烂的树根，树根分布深度70～80cm，树根周边土体含水量较高，接近流塑状态。80cm以下粘土土体较为密实，属原始地层。

第二种类型的圆锥状浅坑进行开挖后发现，浅坑下部土体稍微下挖即可见孔洞，孔洞与浅坑斜交向下延伸，延伸长度不大，约40cm左右，孔洞内未见根系或腐烂根系迹象，孔洞两侧和底部土体密实度与周边土体一致，未见疏松土体分布，判定该孔洞为原始鼠洞。

上述两种因素致使下部地层存在孔洞，在库水下渗中，与周边土体存在差异，随着孔洞被水体充填，孔洞两侧土体饱水后强度降低，引起孔洞两侧土体产生轻微塌陷，根据探坑揭露，在垂向上局部土体密实度较原始土体差，最大影响深度小于80cm，单点分布面积小，数量较多，使库底土层防渗能力变弱，因此对库区整体渗漏有一定影响。

3.3 库区塌陷坑成因分析

根据库区现场调查，发现在库区东南坝段附近库区有3处塌陷坑，多呈长方形状，中部塌陷，两侧边缘清晰。判定该塌陷为探坑，该3处塌陷坑均为原勘测阶段探坑（均挖穿粘土层），在施工阶段由于回填不密实，水库蓄水后，土体饱水、固结产生沉降形成。回填不密实的探坑也是增加库底渗漏的原因之一。

4 库盘减渗处理措施

4.1 减渗方案比较

方案1，全库盘铺膜防渗方案。在库盘内铺设0.6mm厚一布一膜，布重150g/m2，一布一膜铺设在原库底高程以下0.4m处，铺设时将原库底挖深0.4m，然后铺设膜，一布一膜铺设完成后再将开挖的0.4m厚粘土回填至一布一膜上作为盖重，铺设时布面向上。

方案2，库盘内土层加厚防渗方案。将库盘内防渗土层厚度较薄的区域加厚，根据铺土厚度不同，初拟4个加厚方案，通过渗漏量计算得知，随着土层加厚计算渗漏量逐步减少，但工程投资逐步加大，正常蓄水位时库盘不同厚度土层渗漏量和投资见表1。

表1 库盘不同厚度土层渗漏量和投资表

经工程投资与渗漏量综合比较，虽然土层加厚至2.5m时工程投资较低，但渗漏量与目前实际库盘渗漏量变化不大，起不到减渗作用，而渗漏量明显变化是从3.5m铺土厚度开始。

土层加厚与渗漏量和投资是正比关系，加厚土层越厚减渗效果越好，但投资增长较大，还存在减小库容的问题；粘土填筑过程中还存在因含水量高低要制备或翻晒等问题。因此，从防渗效果和投资综合考虑，土层加厚至3.5m方案较优。因此方案2中选择土层加厚至3.5m方案。

方案3，库盘局部铺膜防渗方案[3]。在库盘防渗土层厚度不足2m的区域铺设一布一膜土工膜，膜厚0.6mm，布重150g/m2，铺设面积占库盘面积的70%左右。土工膜铺设在原库底高程以下0.4m处，铺设时将原库底挖深0.4m，然后铺设一布一膜，一布一膜铺设完成后再将开挖的0.4m厚粘土回填至一布一膜上作为盖重，铺设时布面向上。

4.2 减渗方案选择

对以上3种减渗方案分析得知，方案1因土工膜缺陷引起的渗漏量为992m3/d，工程投资为1593万元；方案2（土层加厚3.5m）的渗漏量为1729m3/d，工程投资为5180万元；方案3的渗漏量为1468m3/d,工程投资为1308万元。

从渗漏量角度分析，方案1的渗漏量最少，减渗效果明显。方案2的（土层加厚3.5m）减渗效果不明显。由于库盘内粘土分布不均匀，造成库盘铺土厚度不等，不一定能达到设计均厚3.5m的防渗效果，且库区周围也无粘土料场，投资巨大，土层加厚与渗漏量成反比例关系，存在减小库容的问题。粘土填筑过程中还存在因含水量高低要制备或翻晒等问题。

方案3的库盘分区不规整，施工相对麻烦，相对于铺膜区域，库盘未铺膜部分土层厚度不均，最薄处为2m，渗漏量相对铺膜区域大，渗漏量比方案1大，该方案不确定因素较多，减渗措施不可靠。

从投资上比较，方案2投资最大，占其它两个方案的3倍以上，投资角度可以否定方案2，方案3的工程投资虽然比方案2节省285万元，但是渗漏量比方案1多了476m3/d，很多不确定因素，减渗措施可靠性不足。

从持久性角度分析，方案1的土工膜铺设于全库盘，上部有粘土保护层，当土工膜不受阳光照射的前提下，寿命可以达到50年以上，持久性方案一最保险。

从施工角度分析，方案1施工技术要求相对高，施工期相对长，但施工最方便。

因此，从防渗效果、施工条件、工程投资、可靠程度、持久性等方面综合分析，最终推荐处理方案为方案1，全库盘铺膜防渗方案。