南门湖工程泥沙及防渗问题处理方案探析

吴 振，王 瑞

（陕西省铜川市水务局，陕西 铜川 727031）

南门湖工程泥沙及防渗问题处理方案探析

吴 振，王 瑞

（陕西省铜川市水务局，陕西 铜川 727031）

南门湖工程所处位置地质复杂，通过实地踏勘发现：工程建成后由于水位的抬高会威胁左岸路基安全；入库河水泥沙含量大，运行过程中会产生淤积问题；右岸山体岩石破碎，湖水会通过缝隙渗漏流走，湖面会达不到原设计水平。通过加高左岸原有浆砌石挡墙提高过洪能力、治理泥沙与入湖拦截措施相结合以及湖底、湖岸防渗措施的实施能有效的解决上述三个问题。通过对不同方案，从建设成本、运行安全和方案的可行性等方面对进行分析，提出最佳方案，满足工程安全运行的要求。

方案优化；泥沙；渗漏；水利工程

1 项目概况

南门湖工程位于铜川市玉华宫景区内，工程所在的玉华川属于洛河水系，其流域植被较好。该河流在枯水季节河流经常断流,在夏、秋两季，降雨较多，易产生洪水。玉华宫景区地质条件主要为中生代沉积岩系，表面裸露主要为含沙的砾石土层，河床主要为沙砾石层，透水性较强。南门湖坝址以上流域面积32.3 km2，由于已建3个湖的拦截，其流出的河水含泥沙量较小；但是野火谷（流域面积10.3 km2）上游是焦平煤矿所在地，矿区生活垃圾多，主要是矿渣堆起的小山包，在暴雨季节容易形成泥石流，流出的径流含泥沙量较大，没有有效的拦截，这些泥沙将会流入南门湖湖区内。

该工程建设需要解决以下问题：（1）泥沙问题：泥沙流入湖区后，湖区水面逐渐缩小，减少了工程是运行年限，每次清淤也增加了工程运行成本；（2）渗漏问题：南门湖右岸山体岩体破碎，蓄积的湖水会从岩石破碎的缝隙渗漏流失，水位下降达不到设计的水面要求；（3）保护路基问题：南门湖的左岸紧邻景区主干道，工程建成后会抬高湖区内的水位，该段路基会遭受湖水的侵蚀，严重影响道路的使用安全。

2 解决方案分析

2.1 泥沙问题解决方案

南门湖上游流域植被良好，水土流失较轻，唯独野火谷除外。通过对野火谷的实地踏勘发现，从野火谷流出的泥沙杂物主要是由于谷内的焦平煤矿的石矸堆被雨水冲刷造成的。针对泥沙来源明确，统筹兼顾，拟定以下方案进行比选。

2.1.1 治理石矸堆方案

焦平煤矿的石矸堆由于经过多年的堆放，已经比河道高很多，而且堆放时没有进行碾压石矸堆比较松散，并且石矸堆挤占了不少河道。因此，拟定在石矸堆坡脚处修建浆砌石挡墙，将滑落的石矸拦截，经计算挡墙高为2.5 m，顶宽0.5 m，迎水坡比为1∶0.7，护岸底宽1.50 m，护岸基础坐落在河卵石层上；将上层的石矸运走，降低石矸堆的高度，并进行碾压；修整石矸堆的坡比，减少坡脚的应力，坡比不大于1∶1.6；治理石矸堆生态，通过种植适应的植被，提高石矸应对雨水冲刷的能力，减少冲刷量。

2.1.2 拦截泥沙杂物方案

本方案施工简单，只需要在石矸堆的下游修建拦沙坝，将冲出来的泥沙杂物拦截在南门湖库区外即可。根据现场实测地形，拦沙坝拟修建在野火谷谷口附近，此处地形较为平坦，地势开阔，为典型的“大肚子”形状，是理想的筑坝位置。通过计算分析，拦沙坝不但需要拦蓄一定量的矿渣，而且坝顶还要兼顾泄洪，保证河道过洪安全，所以拦砂坝设计为溢流坝，坝长20 m，坝底以上设计高度为2.0 m，坝前河床设计高程1274 m，坝顶设计高程为1276 m，坝基埋深为1 m，坝基底设计高程为1273 m，坝体总高为3.0 m，坝顶宽0.5 m，下游坝坡比为1∶0.5，坝底宽1.5 m，坝基础坐落在河卵石层上，坝体采用浆砌块石砌筑，水泥砂浆勾缝。坝两边分别嵌入两岸0.6 m，防止两岸冲垮。坝后为了防止洪水冲刷，设计消力池作为底流消能，消力池宽4 m，长20 m。

2.1.3 方案比选

方案一能够彻底解决南门湖入库河水来沙量大的问题。但是，由于石矸堆高、量大，方案实施起来一次性投资金额大。削低石矸堆时需要将多余的石矸外运到其他地方，场地不好找；修建浆砌石挡墙，虽然能挡住滑落的石矸，但是经过一段时间后，挡墙背后填满，就再不能挡住了；减缓坡比和种植植被是比较可行的。

方案二修建拦沙坝，虽然治标不治本，并且运行一段时间后拦沙坝坝前淤满，就不能起到拦截泥沙杂物的作用了。但是拦砂坝的修建可以缓解入湖的泥沙，投资不大，效果明显。

综上分析，最终选用方案二，同时结合方案一的降坡、绿化、修建浆砌石挡墙的措施。并建议玉华宫管理局后续申请资金，选则场地，将石矸堆运走。

2.2 渗漏问题解决方案

2.2.1 混凝土硬化湖底方案

此方案拟将南门湖湖底采用10cm厚C15混凝土进行全面硬化，防止湖水从湖底渗漏。为了防止扬压力，并在湖底设置排水孔。由于湖右岸岩石破碎，蓄水后湖水还会从右岸石缝缝隙中渗走，所以拟在右岸修建浆砌石挡墙，经计算墙体总高为2.5 m，护岸顶宽0.5 m，迎水坡比为1∶0.7，护岸底宽1.50 m。

2.2.2 铺设土工膜方案

此方案先将湖底按照设计高程整平，并进行夯实碾压后，清除基础表面裸露的具有刺破隐患的物质，如砖、石、瓦块；玻璃和金属碎屑；树枝、植物根茎等。清理场内有障碍物，提供必须的铺设施工条件。然后铺设复合土工膜一层，幅宽4.2 m，相互热熔搭接30 cm，最后在土工膜上覆土0.5 m厚。湖右岸采用的防渗措施同方案一。需要注意的是湖底防渗应与坝体、两岸防渗相结合，搭接需符合规范要求。

2.2.3 铺设浆砌石方案

将湖底整平并压实后，铺设20 cm厚的浆砌石。砌筑方法采用铺浆法。砌前应先度摆，使石料大小搭配，外露表面要平齐，斜口朝内，逐块卧砌坐浆，使砂浆饱满。石块间较大的空隙应先堵塞砂浆，后用碎石嵌实。灰缝宽度一般制在20～30 mm左右，铺灰厚度40～50 mm，砌缝采用M10砂浆勾缝。湖右岸防渗措施同方案一。

2.2.4 方案比选

方案一施工简单，防渗效果保证率高，但是投资大，而且由于湖底硬化，导致湖里面水草无法生长，与景区环境不能协调；湖底若是没有全面压实，产生的不均匀沉降会造成C10混凝土断裂，失去防渗效果。

方案二虽然施工麻烦，但是上覆的土壤能够生长水草，与原河道融为一体，能够较快的恢复到工程施工前的生态水平；施工时只要注意搭接，就能满足防渗要求。

方案三投资比方案一稍微小些，但是施工时工人师傅并不能完全按照施工规范要求进行铺浆砌筑，会形成浆砌石内砂浆不饱满，防渗效果不理想。还有就是同方案一一样，基础不均匀沉陷会拉断浆砌石，将会起不到防渗作用。

综上，湖底防渗采用方案二铺设土工膜；湖岸采用浆砌石挡墙，为保证防渗效果，挡墙外设置20 cm厚的混凝土防渗面板，并配置构造筋,它与浆砌石之间预埋锚筋,梅花状布置,间距1 m。

2.3 左岸路基防护方案

2.3.1 复核现有浆砌石挡墙是否满足工程运行需要

南门湖左岸由于已经建成浆砌石挡墙，为确保现有左岸浆砌石挡墙满足南门湖工程运行安全的需要，须对左岸浆砌石挡墙进行复核。若满足工程运行要求则不拆除，否则需要拆除重新按照右岸标准进行修建。

复核主要内容包括：（1）左岸浆砌石挡墙高度是否满足10年一遇洪水过洪需要；（2）浆砌石挡墙基础埋深是否满足规范要求；（3）浆砌石挡墙砌筑密实度是否饱满；（4）浆砌石挡墙断面稳定性是否满足规范要求；（5）浆砌石挡墙所用的块石、砌筑砂浆、勾缝砂浆的强度是否满足规范要求。

经过计算复核，左岸浆砌石挡墙高度不满足过洪要求；基础埋深、砌筑密实度、稳定性基本满足工程运行；部分块石有风化现象，砌筑砂浆、勾缝砂浆强度满足要求。

2.3.2 方案分析

通过复核，左岸现有浆砌石挡墙出高度不满足外，其他参数基本满足工程运行，所以只要加高挡墙高度满足过洪要求就不需要拆除重建，可有效节约工程成本。为确保防渗效果，浆砌石挡墙外设20 cm厚的混凝土防渗面板，具体处理同右岸浆砌石挡墙。

3 结语

南门湖工程方案对遇到的泥沙问题、渗漏问题以及保护路基问题提出了不同的处理方案，并对方案进行了分析比对，综合各方案的优缺点，择优选择了合适的方案，可满足工程安全运行要求。

TV673

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1673-9000（2017）05-0146-02

2017-06-16

吴振（1985-），男，陕西铜川人，工程师，主要从事水利工程质量安全监督相关工作。