生态滤水坝技术在樊家窝水库中的设计及应用

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摘要:本文介绍了山东淄博樊家窝滤水坝的构造及应用,为类似利用河道宽阔漫滩、以低成本方式进一步净化河水的工程建设提供了有益的参考。

Abstract: This article describes the structure and application of filter dam in Shandong Zibo Fanjiawo,providing the useful referencefor similar broad river floodplain,low-cost construction further purify the river construction.

关键词:河道漫滩;生态坝;设计应用

Key words: river floodplains;ecological dam;design application

中图分类号:TV22 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)21-0141-02

1工程概况

1.1 水库概况

樊家窝水库位于山东省淄博市孝妇河的中上游、淄川城区南部,由一座拦河橡胶坝挡水形成。挡水橡胶坝高2.5m,共3孔,每孔净宽40m,总宽度123m。

水库设计蓄水量210万立方米,设计水深3.0m。库区南北长约1900m,东西宽约1200m,水域广阔,生长有大片的天然水生植物,是建设湿地的首选之地。

现状:库区受淤积影响,左岸附近形成大片浅滩,右岸形成冲沟。橡胶坝正常挡水位92.3m,设计洪水位93.02m,下游河道正水位89.6m。

1.2 库区地质概况

项目区内地层自上而下大致分为四层,依次为:①层淤泥土、粉质粘土层,层厚3.40m;②层卵石层,层厚3.20~5.00m,充填物为粘性土,粉砂及中粗砂,稍密实;③层为卵石层与基岩的分界面,层厚1.20m;④层黄褐色风化泥岩夹粉砂岩,裂隙很发育、岩芯破碎,层厚不详。

2工程设计

2.1 总体布置

充分利用该处河道宽度,在库区中部顺水流方向修建一座滤水坝,将库区分隔为主河道和湖区两部分。根据治理规划,该处河道宽度应不小于140m,以满足50年一遇行洪要求。经反复优化布置,选定滤水坝位于水库中部偏右位置,坝轴线基本平行于水库右岸岸边(见图1)。

滤水坝总长615m,上游坝头与库区左岸岸墙相接,下游坝头与橡胶坝左岸上游翼墙相接。滤水坝末端设置排水管,管底高程90.3m,排水管通至橡胶坝后。滤水坝按20年一遇洪水标准设计,正常运行时通过橡胶坝的挡水高度来控制生态湖区水位,遇大水时允许洪水漫坝。

2.2 滤水坝设计

坝基处理。

本工程地基主要为淤泥层。由于开挖基础淤泥量比较大,施工不便,考虑到滤水坝坝高较小,因此本工程使用两层型号SG30双向土工格栅处理地基。具体做法是:首先在底部先铺一层土工格栅,其上填筑厚度为0.5m的砂卵石,再铺另一层土工格栅。土工格栅铺设要求底层格栅沿坡脚反包,与上层格栅的搭接长度为1m,搭接处用铁丝捆扎。为防止施工中可能会出现含水量较大的稀释淤泥层或积水坑等,在铺底层土工格栅前应先填一定厚度的砂卵石。

坝体设计。

坝体以分割库区及滤水为目的,兼顾人行和景观,坝顶宽取为5m。同时考虑行洪要求,取平均坝高为3m。坝坡坡比为1:2.5。两侧均采用采用联锁砼块护坡,土工布(300g/m2)反滤。土工布有效孔径为0.11mm,渗透系数为6×10-1cm/s。土工布与联锁砼块之间铺100mm厚的碎石垫层。

利用坝基底层土工格栅向外延伸包裹砂卵石形成坝脚,包裹长度1m,高0.5m。采用M7.5浆砌石底座,使联锁砼块护坡与土工格栅包裹的砂卵石坡脚连接,同时可以避免坝坡砼块在重力作用下下滑。在填筑砂卵石坡脚时,使坡脚外沿稍高,由外向内形成一定的角度,以防止底座沿格栅下滑。

同时,为增加坝脚的稳定,在坡脚外缘位置顺坝脚沿线打1排松木桩,然后将坡脚处土工格栅用铁丝拴在木桩上,以便形成连接的整体,桩距为0.5m,打入深度控制在1.5m左右,顶与格栅坡脚相平。木桩直径?准10cm,桩长2m。

坝体断面见图2。

滤水坝上游段在运行过程中受水流冲刷较严重,坝脚处易受水流冲刷形成冲刷坑,并产生地基不均匀沉降。为保证滤水坝整体运行安全,在河道侧坝脚处设两排圆形石笼护坡脚。石笼直径为500mm,石笼内充填乱石。

当河水经滤水坝进入湖区时,通过滤水坝坝体自身的砂卵石填料形成的过滤介质截留水中的悬浮物,同时在运行过程中坝体形成的微生物膜能吸附及分解水中的有机物和降低BOD5等污染物含量,使通过滤水坝后水的浊度降低、水的表观指标有所改善,逐步达到湖区景观用水需要。

坝体渗流核算。

浸润线计算结果见表1、表2。坝体填料为级配连续的砂卵石,其渗透破坏形式为管涌,允许水力坡降J允许为[0.2]。

根据对选取的断面进行渗流计算,得到在橡胶坝设计水位(92.3m)同时湖区无水时,坝体渗漏量为11.467m3/(d・m);在橡胶坝设计水位(92.3m)同时湖区水位为91.8m时,坝体渗漏量为8.949 m3/(d・m)。从两种工况得出的结果可以看出坝体的渗流量较大。

坝顶路面设计坝面宽5m,泥结石路面,厚30cm,泥结石路面材料为粘土、碎石、石屑。路面两侧可预留0.5m×0.5m的矩形树池,以便种植耐水灌木植物。

3运行效果

一期工程于2005年6月开工,8月底结束。目前工程已运行近五年,效果比较好。主河道内的水呈浅黄色时,透过滤水坝进入湖区的水清澈见底,芦苇茂盛,鱼虾嬉戏,经常有垂钓者光顾。但同时也存在不足。由于上游来水含细颗粒悬浮物较多,导致滤水坝上游侧的土工布产生淤堵,使透水量有所减少,目前滤水坝两侧的水位差基本在1.2m左右,比设计预想的稍大。

4总结

在工程实施前应先进行局部滤水工程试验,以了解河水经砂卵石过滤后的水质变化情况。

对整个生态湖区做总体建设规划,以便为下一步工程施工做依据。

参考文献:

[1]顾淦臣.复合土工膜土石坝的设计和计算[J].水利规划设计,2000,4:49-56.

[2]陶同康.土工合成材料与堤坝渗流控制[M].北京:中国水利水电出版社,1999.