十家子河3号人工湖建设工程库区防渗方案设计探讨

付 鑫

(辽宁江河水利水电工程建设监理有限公司，辽宁 沈阳 110003)

1 流域概况

大凌河南支发源于辽宁省建昌县，北支发源于河北省平泉县，南北两支汇合于辽宁省喀左县大城子镇。大凌河流经建平、喀左、凌源、朝阳、北票、义县、于凌海市汇入渤海。朝阳市位于辽宁省西部，该市北与内蒙古的赤峰市、哲里木盟；西、西南与河北省平泉、青龙毗邻；东、东南及南部与省内的阜新市、锦州市、葫芦岛市接壤。朝阳市正处于西部京津城市群与东部辽沈城市群辐射的中间地带，市区东距省会沈阳341 km，西距首都北京518 km，铁路、公路可直达北京、沈阳。十家子河为大凌河的I级支流。发源于朝阳县大庙乡北部的大青山脉。流经龙城区的边杖子乡、七道泉子镇和双塔区的孟克乡。由西向东于朝阳城区北部的扣北村汇入大凌河。铁路桥以上流域面积643.4 km2，河道全长42 km，河道平均比降13‰。

2 十家子河朝阳城市段河道现状

十家子河朝阳城市段范围为铁路桥以下至河口，本次规划3号人工湖位于龙城桥与铁路桥之间，本段河道为天然河道，河道两侧筑有连续堤防，其中左侧为20 a一遇堤防，右侧为50 a一遇堤防。龙城桥以下河道因1号人工湖和2号人工湖修建已完成渠化和景观建设，其中右岸50 a一遇堤防已建成，左岸除河口段外其余也已建成20 a一遇堤防。

根据朝阳城市发展规划，铁路桥以下十家子两岸均是朝阳城区段，其中左岸为新城区，右岸为老城区，为了适应城市发展的需要[2]，铁路桥至龙城桥段十家子河也需进行景观化建设，因此配合河道治理，朝阳市水利主管部门要求在本段河道适当位置建设三道坝形成3号人工湖可以满足两岸人民居住、生活的需要。

3 十家子河3号人工湖工程建设概况

十家子河3号人工湖工程主要由1座挡水建筑物形成的1片人工湖水域及其景观带组成。挡水建筑物为十家子河3号橡胶坝，坝址位于龙城桥上游75 m。十家子河3号橡胶坝坝长为165 m，橡胶坝分为3跨，每跨长55 m，坝高为2.3 m。橡胶坝底板高程为162.00 m，蓄水水面高程为164.30 m。十家子河3号人工湖水面宽度均为165～180 m，人工湖湖底采用复合土工膜防渗，上覆砂砾料保护层。人工湖左右岸设景观绿化带，宽度为70～85 m。人工湖护岸岸边以下采用铅丝石笼防护，为了防止水流冲刷护岸坡脚，岸边湖底处设一长度5.0 m的水平护底[1]。岸边设一水平段长8.8 m，上覆种植土不小于0.7 m厚，种植水生植物。石笼下采用土工膜防渗。十家子河3号人工湖供水采用大凌河第三人工湖供水和远期污水处理厂中水供水的联合供水方案。大凌河第三人工湖为主要供水水源，承担蓄满十家子河人工湖的任务；污水处理厂中水承担维持湖面的供水水源。

3.1 总体设计

十家子河口至龙城桥之间已建有1号人工湖工程和2号人工湖工程。十家子河1号橡胶坝位于十家子河河口处(大凌河十家子河河口上下游左岸堤防轴线连接线)，十家子河2号橡胶坝位于龙城桥下游466 m处，回水末端到龙城桥上游约140 m，十家子河堤距采用《朝阳市大凌河十家子段左岸防洪工程项目可行性研究报告》确定的300～320 m。本次设计的十家子河3号人工湖工程位于龙城桥与铁路桥之间，3号橡胶坝位于龙城桥上游75 m处，回水末端到龙城桥上游约780 m。

3.2 工程布置

十家子河3号人工湖工程包括1座挡水建筑物、河道渠化和防渗、两岸绿化带填筑、排洪涵改建工程等组成。挡水建筑物为3号橡胶坝，位于龙城桥上人工湖游75 m，湖面回水长度700 m。3号橡胶坝均充水坝，坝长为165 m，橡胶坝分为3跨，每跨长55 m，坝高为2.3 m。橡胶坝底板高程为162.00 m，蓄水水面高程为164.30 m。十家子河人工湖水面宽度为165～180 m，人工湖湖底采用复合土工膜防渗，上覆砂砾料保护层。人工湖左右岸设景观绿化带，宽为70～85 m。人工湖绿化景观带高程在3号橡胶坝轴线位置处为164.60 m，橡胶坝轴线与桩号3+600之间护岸比降为0，桩号3+600与回水末端护岸比降依次为7‰和16‰。

十家子河3号人工湖护岸岸边以下采用铅丝石笼防护，为了防止水流冲刷护岸坡脚，岸边湖底处设一长度5.0 m的水平护底。岸边设一水平段长8.8 m，上覆种植土不小于0.7 m厚，种植水生植物。石笼下采用土工膜防渗。

由于十家子河上游来水泥沙含量大[3]，不宜蓄湖，利用先期修建的供水工程从大凌河第3人工湖供水至十家子河2号人工湖，然后经3号橡胶坝充排水泵房从2号人工湖抽水至3号人工湖。日常运用维持湖面供水则采用1号坝供水泵房从远期修建的大凌河第四人工湖抽水供给十家子河1号人工湖；十家子河2号坝供水泵房从1号人工湖抽水供给2号人工湖；十家子河3号坝供水泵房从2号人工湖抽水供给3号人工湖。为了经济节省供水泵房与橡胶坝排水泵房合二为一，采用1个泵房。

4 库区防渗方案设计及比选结果分析

4.1 防渗方案设计

十家子河道段，地下水位很低，平均水面位于河底下12.0 m。河道清淤后，河床圆砾层裸漏，圆砾渗透系数非常大，达到了1.47×10-2cm/s(12.7 m/d)，如果不采取防渗措施，整个湖区每天渗漏将达到304.45万 m3。十家子汛期洪水泥沙含量大，为防止泥沙淤积在库内，汛期水量不能用来蓄库，因此十家子河人工湖需外部水源蓄库。由于上述原因，为了节约蓄水水量，十家子河需采取防渗措施。根据库区实际地质情况，和需要达到的防渗处理效果采用沿湖两岸高压旋喷灌浆+土工膜[4]、湖底土工膜防渗、和湖底铺粘土+防渗土工膜三种防渗设计方案进行比较。

4.1.1 高压旋喷灌浆+土工膜方案

该方案是沿人工湖两岸、拦河建筑物轴线进行高压旋喷灌浆来形成防水帷幕，帷幕有效厚度为0.6 m。帷幕深度为嵌入基岩0.5 m，根据湖区地质情况，帷幕平均深度为40 m。湖区河槽地面以上护岸采用土工膜防渗，表面采用铅丝石笼防护，土工膜下部与防渗帷幕顶部连接，上部延伸到蓄水位高程以上0.3 m。

4.1.2 粘土+土工膜

该方案是对人工湖湖底采用粘土防渗，粘土层厚度为0.5 m，粘土面层采用砂砾料防护，防护厚度为1.5 m(满足20 a一遇洪水的冲刷要求)。湖区河槽地面以上护岸采用土工膜防渗，表面采用铅丝石笼防护，土工膜下部与粘土防渗连接，上部延伸到蓄水位高程以上0.3 m。

4.1.3 土工膜防渗

该方案对湖区主槽与护岸采用土工膜防渗，土工膜采用复合土工膜(两布一膜)，土工膜的指标为500 g/m2。土工膜土面层采用砂砾料防护，防护厚度为1.5 m(满足20 a一遇洪水的冲刷要求)。土工膜向湖区两侧护岸延伸至土蓄水位高程以上0.3 m。

4.2 防渗方案比较评价

4.2.1 方案投资比较

方案投资比较见表1。通过比较可以发现，采用土工膜方案防渗投资最经济。

表1 十家子河人工湖防渗方案投资比较表 元

4.2.2 综合比较评价

沿湖两岸高压旋喷灌浆防渗效果好，底部可以嵌入基岩，处理彻底，但造价很高，同时也完全地切断了河床与两岸的地下水补给关系，影响了原地下水平衡关系。湖底铺粘土防渗，既可以达到防渗的要求，使人工湖形成水面，同时又能保证湖底有一定的渗漏量，维持水源井的正常出水量而又不形成浸没，但是由于当地粘土储量很小，原材料需要外运，造价也相对较高；同时粘土的碾压施工容易受雨季和地下水的影响，而造成施工困难，影响工期。湖底土工膜防渗，可以极大的减少湖底的渗漏，造价也比较低；另外，通过一二期的土工膜防渗的实际运行来看，由于土工膜接缝处仍然能有一定的渗漏，对地下水位能有一定的补给，并没有使地下水位降低，经过综合分析与论证决定采用湖底土工膜防渗方案。

5 结语

十家子河是多泥沙河流，虽然3号橡胶坝的库区河底比降基本接近河道天然比降，河道横断面与河道天然断面差别也不大，但仍然很难保证橡胶坝库区在中小洪水时不发生淤积，要严密观测人工湖淤积情况，如发生淤积，必须进行人工清淤至设计断面，石笼下采用土工膜防渗比较科学合理，。可以确保行洪断面的畅通。