鈉基膨潤土防水毯在滹沱河生態(tài)防洪工程中的應用

朱永濤　趙偉鑫　張志華

(河北省水利科學研究院， 河北 石家莊　050051)

?

鈉基膨潤土防水毯在滹沱河生態(tài)防洪工程中的應用

朱永濤趙偉鑫張志華

(河北省水利科學研究院， 河北 石家莊050051)

鈉基膨潤土防水毯與其他類型的防水毯相比，具有良好的抗?jié)B性、柔韌性、防水性和施工簡單等優(yōu)點，它是一種新型的土工合成材料。以滹沱河生態(tài)防洪工程為依托，本文分別對鈉基膨潤土防水毯的工程設計、施工要點及在工程中的應用進行了闡述。應用證明：鈉基膨潤土防水毯在滹沱河生態(tài)防洪工程中，起到了較好的防滲效果和顯著的經(jīng)濟效益，為以后類似的生態(tài)防洪工程提供了理論和技術支撐。

鈉基膨潤土防水毯； 滹沱河； 防滲； 經(jīng)濟效益； 應用

1　工程概況

滹沱河位于河北省石家莊市北部，距城區(qū)中心12km，它是石家莊市的主要河流之一。近幾年，由于滹沱河遭受人類的不斷破壞，其生態(tài)環(huán)境惡化，尤其是石家莊市區(qū)段，主要表現(xiàn)為：河道干涸、河水臟臭、河道植被退化等。因此，為解決滹沱河生態(tài)惡化問題和滿足石家莊市區(qū)城市防洪、生態(tài)景觀等需要，市政府對滹沱河開展了滹沱河生態(tài)防洪工程建設。

由于滹沱河地基為強滲透砂性地基，為形成有效的水面景觀，必須采取適當?shù)娜斯し罎B措施才能保證河道內(nèi)的蓄水水面滿足需要。鈉基膨潤土防水毯與其他類型的防水毯相比，具有良好的抗?jié)B性、柔韌性、防水性和施工簡單等優(yōu)點，是一種新型的土工合成材料。在滹沱河生態(tài)防洪工程中的應用效果表明：鈉基膨潤土防水毯可以很好地解決河道防滲這一難題。

2　工程設計

2.1防滲材料比選

滹沱河河床大多數(shù)以中細沙為主，其滲透性較強。由于滹沱河周圍供水大多數(shù)以渠道或管道直接輸送至居民區(qū)，平時河道生態(tài)基流較少，加上近幾年降水較少，水資源量減少，河道內(nèi)無法形成有效的徑流，因此滹沱河幾乎處于全年干涸狀態(tài)。

目前，傳統(tǒng)的人工防滲措施一般包括混凝土防滲和黏土防滲。

混凝土防滲：一般適用于水面面積不大、具有水體規(guī)劃的人工湖。其使用年限大多在30～50年左右。混凝土防滲具有較好的防滲性、耐久性、抗沖刷等優(yōu)點，但若在工程中大范圍應用，具有工程造價較高的缺點。

黏土防滲：在具有優(yōu)質黏土的地區(qū)中施工，黏土防滲具有節(jié)省投資、施工簡單等優(yōu)點。黏土防滲措施的應用相比混凝土防滲在生態(tài)的交換方面較好，其工程使用年限達25年。但這種防滲措施所需鋪設黏土的厚度較大、施工總工程量大，因此黏土防滲比較適宜能就地取材的地區(qū)應用。由于滹沱河沿岸周圍地區(qū)土源相對缺乏，因此黏土防滲不適用于滹沱河防洪工程。

在水利工程中，除混凝土和黏土可作為防滲材料外，漿砌石、瀝青混凝土等也可以作為防滲材料，但其一般不適宜在河湖防滲工程中進行大范圍應用。

新型人工湖防滲措施包括土工膜防滲和膨潤土防水毯防滲。

土工膜防滲：20世紀90年代前，土工膜防滲廣泛應用于水利工程，它具有滲透系數(shù)小、造價低、施工方便等優(yōu)點。但由于土工膜屬于非降解材料，鋪設后將完全隔斷水力聯(lián)系，屬生態(tài)不友好型防滲措施，因而，近幾年土工膜防滲的應用越來越少。另外，如果施工中的土工膜連接不結實或遭受破損，其防滲效果將會大大降低。

膨潤土防水毯(GCL)防滲：膨潤土防水毯是一種土工合成材料，在特制的復合土工布和無紡布之間填充高膨脹性的鈉基膨潤土，當遇到水時，它會形成膠狀防水層，從而可較好地阻止水的滲漏。近年來在人工湖、垃圾填埋場等水利防滲工程中得到廣泛的應用。

就造價而言，膨潤土防水毯為35元/m2，而黏土為37.5元/m2。因此，單從單價上考慮，兩者的成本基本差不多。但黏土防滲的缺點為料源問題，大量使用黏土將會大范圍占地，而且黏土防滲效果受施工影響大，施工過程中控制難度大；而膨潤土防水毯防滲效果相比黏土防滲較好，但在河道中使用時須另做防沖措施。

綜合各種防滲材料的優(yōu)缺點，該工程中采用鈉基膨潤土防水毯作為防滲材料。

2.2防滲結構

當采用鈉基膨潤土防水毯作為防滲材料進行河湖底防滲時，防滲結構主要包括基層、過渡層、防水層和保護層四部分。防滲結構斷面圖如圖1所示。

圖1　防滲結構斷面圖 (單位：cm)

2.2.1基層

滹沱河河床表面主要為中細砂，由于現(xiàn)在河床遍布沙坑、雜草、垃圾等，所以在鋪設防水毯前應對河床表面進行平整，對沙坑進行回填，并清除石塊，雜草、鐵絲等雜物以及可能污染鈉基膨潤土防水毯的垃圾等。防水毯必須在經(jīng)過平整填埋后的河床達到設計要求后才能鋪設。

2.2.2過渡層

采用20cm厚壓實的壤土層作為過渡層。

2.2.3防水層

采用鈉基膨潤土防水毯作為防水層。

2.2.4保護層

防沖保護層采用一般性防護和局部防護相結合的方式。

一般性防護是通過回填河床沙，使得鈉基膨潤土防水毯處于50年一遇洪水沖刷線以下。

局部防護則是在坡腳等處采用格賓石籠、膠結砂等作為保護層。

2.3防水毯的鋪設

2.3.1防水毯鋪設一般要求

機械施工適宜在平面上鋪設寬幅、大捆防水毯，人工鋪設適宜鋪設窄幅、小捆的防水毯。無紡布和編織布分別位于防水毯的兩邊，鋪設時無紡布朝下。對防水毯按規(guī)定的順序和方向進行分區(qū)分塊鋪設，鋪設中以品字形布置防水毯，盡量避免出現(xiàn)十字形疊口；防水毯不宜折褶、懸空，應以自然松弛的狀態(tài)與基層貼實。

防水毯應保持不小于200mm的搭接寬度，從搭接處的邊緣向搭接部分延伸100mm之間的部分撒上密封粉，其寬度不大于500mm、重量不小于0.5kg/m。遇有大風天氣時，要求在同一位置用密封膏按40mm寬、12mm厚的標準涂抹于防水毯上；撒密封粉和涂抹密封膏時均須保持均勻、連續(xù)、不間斷。防水毯現(xiàn)場平面搭接如圖2所示。

圖2　防水毯現(xiàn)場平面搭接

2.3.2防水毯的固定

a.采用水泥釘和墊片將防水毯立面與基層不容易貼實的部位固定。

b.采取固定時，水泥釘布置為梅花形，長度取決于立墻的高度和基層材質，兩釘之間的距離為：立面和平面之間的搭接處分別小于300mm、500mm。

c.施工中水泥釘將防水毯穿透，應采用膨潤土密封膏將穿透處進行處理。

d.兩個水泥釘之間的距離應滿足規(guī)范要求，使用無破損的墊片，密封膏涂抹處理應均勻、飽滿。

2.3.3保護層施工

施工中完成鋪設的防水毯應及時采取相應的保護層施工，確保防水毯不被水淋濕。

當進行溝槽回填時，必須先砌側墻磚墻保護，在砌筑磚墻時，為保證墻與防水毯之間不留縫隙，應首先采用抹砂漿進行填充，然后再對外圍進行土方回填。

當直接采用土方回填時，防水毯200mm以內(nèi)的回填土應采用沙子或者進行過篩后的土，當中不許含有大于10mm的石子、生石灰等雜物。進行回填土時，應逐層回填，每填筑厚度300mm時，進行夯實振搗，其密實度必須大于85%。在對填筑土進行夯實和壓實時，應避免防水毯的破損，若防水毯遭到損壞，應及時對其修補。

3　鈉基膨潤土防水毯的應用

3.1應用情況

由于鈉基膨潤土防水毯所處工作環(huán)境較惡劣，在工程中的使用時間長，承載的負荷較大，因此防水毯的性能必須滿足以下要求：

a.外觀。表面平整，均勻厚度、針刺均勻、無破邊、破洞、殘留斷針。

b.力學性能。伸長率、抗拉強度、耐靜水壓、剝離強度等指標符合規(guī)范要求。

c.耐久性。防水毯必須能耐酸堿等化學藥品，具備防霉、防蟲、抗?jié)駸帷⒖棺贤饩€光性能。

鈉基膨潤土防水毯在滹沱河生態(tài)防洪工程中主要應用在迎水坡坡腳和滹沱河河底。滹沱河生態(tài)防洪工程中鈉基膨潤土防水毯鋪設水面共5個，各水面的防水毯應用情況如表1所列。

表1　各水面防水毯應用情況

從表1數(shù)據(jù)可以看出，防水毯的鋪設面積達990萬m2，蓄水量約1500萬m3，鋪設面積之大，蓄水量之多，在全國尚屬首例。

3.2應用效果

2013年，指揮部對滹沱河4號試驗水面水位下降情況進行監(jiān)測，6—8月4號水面水位監(jiān)測結果如表2所列。

從下表可以看出，6—8月每月水位下降量約為16～20cm，平均水位下降量約為18cm。由此可見，在河道防滲工程中，鈉基膨潤土防水毯的防滲效果非常顯著。

表2　4號水面水位監(jiān)測結果

3.3經(jīng)濟效益評價

不同防滲型式的單價比較如表3所列。

從投資的角度進行分析，采用鈉基膨潤土防水毯的防滲型式，其單價低于傳統(tǒng)的黏土防滲，可節(jié)約工程投資2500余萬元。

表3　不同防滲型式單價比較

4　結　語

鈉基膨潤土防水毯作為一種經(jīng)濟環(huán)保、防滲能力強的新型防滲材料，在滹沱河生態(tài)防洪工程中的應用證明其具有很好的防滲效果和生態(tài)經(jīng)濟效益。工程建成后，增加水面面積940萬m2、濕地面積1500萬m2、綠地面積600多萬m2。通過水面蒸發(fā)和植物蒸騰，可增加區(qū)域濕度，調(diào)節(jié)氣溫，凈化空氣，預計該區(qū)域夏季最高氣溫比其他區(qū)域可降低4℃左右，相對濕度增加10%以上，極大地改善了省會的生態(tài)環(huán)境。

[1]孫金龍,齊益達,石亞竹.膨潤土防水毯在滹沱河生態(tài)環(huán)境工程中的應用[J].水科學與工程技術,2012(3):85-87.

[2]張凱.土工膜防滲平原水庫膜下氣場數(shù)值模擬[J].南水北調(diào)與水利科技,2012,10(5):97-100，118.

[3]曲春瓏. 膨潤土防水毯施工技術的研究與應用[J].建筑技術,2011,42(7):590-593.

[4]雷松,謝長福.天然鈉基膨潤土防水毯在人工湖(龍子湖)工程中的應用[J].水利建設與管理,2015(6):1-4.

[5]張輝,張弛,徐亮，等.淺談水利工程施工技術[J].中國水能及電氣化,2010(12):52-55.

Application of sodium base bentonite waterproof blanket in Hutuo River Ecological Flood Control Project

ZHU Yongtao, ZHAO Weixin, ZHANG Zhihua

(HebeiWaterConservancyScienceandResearchInstitute,Shijiazhuang050051,China)

Sodium base bentonite waterproof blanket, has advantages of good permeability, high flexibility, high water proofing property, simple construction, etc., compared with waterproof blankets in other types. Sodium base bentonite waterproof blanket is a novel geosynthetic material. Sodium base bentonite waterproof blanket engineering design, construction keys and engineering application are described respectively based on Hutuo River ecological flood control engineering. Application proves that sodium base bentonite waterproof blanket has played good anti-seepage role with remarkable economic benefit when applied in Hutuo River Ecological Flood Control Project. It can provide theoretical and technical support for similar ecological flood control engineering in the future.

sodium base bentonite waterproof blanket; Hutuo River; seepage control; economic benefit; application

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.01.005

TV87

B

1005-4774(2016)01-0012-04