关于钠基膨润土防水毯在滹沱河生态防洪工程中应用的研究

   作者：张毅

1工程概况

  滹沱河位于河北省石家庄市北部，距城区中心12km，它是石家庄市的主要河流之一。近几年，由于滹沱河遭受人类的不断破坏，其生态环境恶化，尤其是石家庄市区段，主要表现为：河道干涸、河水脏臭、河道植被退化等。因此，为解决滹沱河生态恶化问题和满足石家庄市区城市防洪、生态景观等需要，市政府对滹沱河开展了滹沱河生态防洪工程建设。

  由于滹沱河地基为强渗透砂性地基，为形成有效的水面景观，必须采取适当的人工防渗措施才能保证河道内的蓄水水面满足需要。钠基膨润土防水毯与其他类型的防水毯相比，具有良好的抗渗性、柔韧性、防水性和施工简单等优点，是一种新型的土工合成材料。在滹沱河生态防洪工程中的应用效果表明：钠基膨润土防水毯可以很好地解决河道防渗这一难题。2工程设计

2.1  防渗材料比选

  滹沱河河床大多数以中细沙为主，其渗透性较强。由于滹沱河周围供水大多数以渠道或管道直接输送至居民区，平时河道生态基流较少，加上近几年降水较少，水资源量减少，河道内无法形成有效的径流，因此滹沱河几乎处于全年干涸状态。

  目前，传统的人工防渗措施一般包括混凝土防渗和黏土防渗。

  混凝土防渗：一般适用于水面面积不大、具有水体规划的人工湖。其使用年限大多在30~50年左右。混凝土防渗具有较好的防渗性、耐久性、抗冲刷等优点，但若在工程中大范围应用，具有工程造价较高的缺点。

  黏土防渗：在具有优质黏土的地区中施工，黏土防渗具有节省投资、施工简单等优点。黏土防渗措施的应用相比混凝土防渗在生态的交换方面较好，其工程使用年限达25年。但这种防渗措施所需铺设黏土的厚度较大、施工总工程量大，因此黏土防渗比较适宜能就地取材的地区应用。由于滹沱河沿岸周围地区土源相对缺乏，因此黏土防渗不适用于滹沱河防洪工程。

  在水利工程中，除混凝土和黏土可作为防渗材料外，浆砌石、沥青混凝土等也可以作为防渗材料，但其一般不适宜在河湖防渗工程中进行大范围应用。

  新型人工湖防渗措施包括土工膜防渗和膨润土防水毯防渗。

  土工膜防渗：20世纪90年代前，土工膜防渗广泛应用于水利工程，它具有渗透系数小、造价低、施工方便等优点。但由于土工膜属于非降解材料，铺设后将完全隔断水力联系，属生态不友好型防渗措施，因而，近几年土工膜防渗的应用越来越少。另外，如果施工中的土工膜连接不结实或遭受破损，其防渗效果将会大大降低。

  膨润土防水毯(GCL)防渗：膨润土防水毯是一种土工合成材料，在特制的复合土工布和无纺布之间填充高膨胀性的钠基膨润土，当遇到水时，它会形成胶状防水层，从而可较好地阻止水的渗漏。近年来在人工湖、垃圾填埋场等水利防渗工程中得到广泛的应用。

  就造价而言，膨润土防水毯为35元／m2，而黏土为37.5元／m2。因此，单从单价上考虑，两者的成本基本差不多。但黏土防渗的缺点为料源问题，大量使用黏土将会大范围占地，而且黏土防渗效果受施工影响大，施工过程中控制难度大；而膨润土防水毯防渗效果相比黏土防渗较好，但在河道中使用时须另做防冲措施。

  综合各种防渗材料的优缺点，该工程中采用钠基膨润土防水毯作为防渗材料。

2.2防渗结构

  当采用钠基膨润土防水毯作为防渗材料进行河湖底防渗时，防渗结构主要包括基层、过渡层、防水层和保护层四部分。防渗结构断面图如图1所示。

2.2.1基层

  滹沱河河床表面主要为中细砂，由于现在河床遍布沙坑、杂草、垃圾等，所以在铺设防水毯前应对河床表面进行平整，对沙坑进行回填，并清除石块，杂草、铁丝等杂物以及可能污染钠基膨润土防水毯的垃圾等。防水毯必须在经过平整填埋后的河床达到设计要求后才能铺设。

2.2.2过渡层

  采用20cm厚压实的壤土层作为过渡层。

2.2.3防水层

  采用钠基膨润土防水毯作为防水层。

2.2.4保护层

  防冲保护层采用一般性防护和局部防护相结合的方式。

  一般性防护是通过回填河床沙，使得钠基膨润土防水毯处于50年一遇洪水冲刷线以下。

  局部防护则是在坡脚等处采用格宾石笼、胶结砂等作为保护层。

2.3  防水毯的铺设

2.3.1  防水毯铺设一般要求

  机械施工适宜在乎面上铺设宽幅、大捆防水毯，人工铺设适宜铺设窄幅、小捆的防水毯。无纺布和编织布分别位于防水毯的两边，铺设时无纺布朝下。对防水毯按规定的顺序和方向进行分区分块铺设，铺设中以品字形布置防水毯，尽量避免出现十字形叠口；防水毯不宜折褶、悬空，应以自然松弛的状态与基层贴实。

  防水毯应保持不小于200mm的搭接宽度，从搭接处的边缘向搭接部分延伸100mm之间的部分撒上密封粉，其宽度不大于500mm，重量不小于0.Skg/m。遇有大风天气时，要求在同一位置用密封膏按40mm宽、12mm厚的标准涂抹于防水毯上；撒密封粉和涂抹密封膏时均须保持均匀、连续、不间断。防水毯现场平面搭接如图2所示。

2.3.2  防水毯的固定

  a．采用水泥钉和垫片将防水毯立面与基层不容易贴实的部位固定。

  b．采取固定时，水泥钉布置为梅花形，长度取决于立墙的高度和基层材质，两钉之间的距离为：立面和平面之间的搭接处分别小于300mm、500mm。

  c．施工中水泥钉将防水毯穿透，应采用膨润土密封膏将穿透处进行处理。

  d．两个水泥钉之间的距离应满足规范要求，使用无破损的垫片，密封膏涂抹处理应均匀、饱满。

2.3.3保护层施工

  施工中完成铺设的防水毯应及时采取相应的保护层施工，确保防水毯不被水淋湿。

  当进行沟槽回填时，必须先砌侧墙砖墙保护，在砌筑砖墙时，为保证墙与防水毯之间不留缝隙，应首先采用抹砂浆进行填充，然后再对外围进行土方回填。

  当直接采用土方回填时，防水毯200mm以内的回填土应采用沙子或者进行过筛后的土，当中不许含有大于10mm的石子、生石灰等杂物。进行回填土时，应逐层回填，每填筑厚度300mm时，进行夯实振捣，其密实度必须大于85%。在对填筑土进行夯实和压实时，应避免防水毯的破损，若防水毯遭到损坏，应及时对其修补。

3钠基膨润土防水毯的应用

3.1应用情况

  由于钠基膨润土防水毯所处工作环境较恶劣，在工程中的使用时间长，承载的负荷较大，因此防水毯的性能必须满足以下要求：

  a．外观。表面平整，均匀厚度、针刺均匀、无破边、破洞、残留断针。

  b．力学性能。伸长率、抗拉强度、耐静水压、剥离强度等指标符合规范要求。

  c．耐久性。防水毯必须能耐酸碱等化学药品，具备防霉、防虫、抗湿热、抗紫外线光性能。

  钠基膨润土防水毯在滹沱河生态防洪工程中主要应用在迎水坡坡脚和滹沱河河底。滹沱河生态防洪工程中钠基膨润土防水毯铺设水面共5个，各水面的防水毯应用情况如表1所列。

  从表1数据可以看出，防水毯的铺设面积达990万m2，蓄水量约1500万m3，铺设面积之大，蓄水量之多，在全国尚属首例。

3.2应用效果

  2013年，指挥部对滹沱河4号试验水面水位下降情况进行监测，6-8月4号水面水位监测结果如表2所列。

  从下表可以看出，6-8月每月水位下降量约为16~ 20cm；平均水位下降量约为18cm。由此可见，在河道防渗工程中，钠基膨润土防水毯的防渗效果非常显著。

3.3经济效益评价

  不同防渗型式的单价比较如表3所列。

  从投资的角度进行分析，采用钠基膨润土防水毯的防渗型式，其单价低于传统的黏土防渗，可节约工程投资2500余万元。

4结语

钠基膨润土防水毯作为一种经济环保、防渗能力强的新型防渗材料，在滹沱河生态防洪工程中的应用证明其具有很好的防渗效果和生态经济效益。工程建成后，增加水面面积940万m2、湿地面积1500万m2、绿地面积600多万m2。通过水面蒸发和植物蒸腾，可增加区域湿度，调节气温，净化空气，预计该区域夏季最高气温比其他区域可降低4°C左右，相对湿度增加10%以上，极大地改善了省会的生态环境。

5【摘要】  钠基膨润土防水毯与其他类型的防水毯相比，具有良好的抗渗性、柔韧性、防水性和施工简单等优点，它是一释新型的土工合成材料。以滹沱河生态防洪工程为依托，本文分别对钠基整润土防水毯的工程设计、施工要及在工程中的应用进行了阐述。应用证明：钠基膨涯土防水毯在滹沱河生态防洪工程中，起到了较好的防渗效果和显著的经济效益，为以后类似的生态防洪工程提供了理论-和技术支撑。