鈉基膨潤土防水毯在水利工程中的應用

□劉金喜

鈉基膨潤土防水毯是一種新型環保生態復合防滲材料，它由二層土工合成材料夾封優質防滲鈉基膨潤土，通過集束針刺復合而成。具有整體穩定性好、抗變形強度高、永久防滲且生態環保的性能，在水利工程建設中具有廣泛的推廣前景。

1.技術性能分析

1.1 鈉基膨潤土防水毯的性能特點

一是密實性。鈉基膨潤土在水壓狀態下，形成隔水膜。本產品在5mm厚的情況下，其滲透系數是5×10-9cm/s以下,相當于1m厚壓實黏土的防滲效果。二是柔韌性。防水毯具有很好的柔韌性，可適應于不同地形，特別是沉降造成的變形。三是自保性。遇水后，鈉基膨潤土顆料膨脹率可達15倍左右，而且不怕凍脹破壞，具有較高抗拉強度，并有自我修補2mm裂縫的修復能力，水中植物根系穿刺后仍能自行修復，達到防滲效果。四是結合性。由于它是土工聚合體，增加了摩擦力，提高了與地基和保護層的結合能力。五是耐久性。鈉基膨潤土是天然無機礦物質，不會出現老化、腐蝕現象，耐久性很強，正常使用壽命可達50a以上。六是環保性。由于原材料為天然無機材料，生產過程也有嚴格的環保管理和測試，對人體和環境無害，屬新型環保防水材料。七是施工性。可直接在潮濕土層基面上施工，鋪設防水毯時，其上加蓋土石類保護層即可完工。八是性價比高。價格適中，施工方便快捷，造價低，性能遠高于其他防水材料。

1.2 廣闊的推廣和利用空間

在科學開發利用水資源、保證水安全的前提下，對水利工程進行改造，將水利工程打造成融群眾休閑、娛樂、健身和生態綠化為一體的濱水綠色長廊，建設濱水生態景觀帶、休閑旅游帶、人文親水帶和新興經濟帶，將成為近一階段我市基礎設施建設的重點內容。由于唐山市多年干旱，地下水位下降，河道整治工程中，防滲將成為關鍵工序。鈉基膨潤土防水毯作為既能滿足水利工程在社會經濟方面的需求，又能兼顧生態系統健康與可持續性的新型防水材料，必將得到廣泛的利用和推廣。

2.試驗分析

試驗階段，我們選定了唐山市青龍河市區段綜合治理工程、引灤入唐工程維修工程、環城水系南湖生態渠工程，并將試驗結果進行了收集、整理，與常用防滲方法進行了分析比較。

2.1 試驗方案

2006年在青龍河市區段綜合治理中進行試驗，對河道全斷面進行防滲處理，試驗面積12萬m2。試驗成功后，將試驗結果進行統計分析，隨后在引灤入唐工程維修工程及環城水系南湖生態渠引水工程進行試驗。

2.2 試驗方法

首先委托北京萬方程科技有限公司、唐山市水利規劃設計研究院進行勘察設計，根據工程實際需要進行可行性研究，按照水工建筑物設計規范及建筑材料技術規范的有關規定，進行施工組織設計；組織相關專家對技術方案進行論證；施工方案通過后組織工程施工招投標，選擇有施工經驗、信譽好的施工隊伍進行工程建設；施工過程中，委托有資質的監理單位全方位進行質量控制；完工后，由負責工程運行管理的單位統計工程運行效益，并將統計數據進行分析。

2.3 試驗過程

一是青龍河市區段綜合治理工程。青龍河位于唐山市西部，為季節性排瀝河道，也是唐山市西半區汛期唯一泄洪通道。青龍河市區段于1999年進行過治理，但仍有部分河道淤積嚴重，河岸護砌破損，環境污染嚴重；嚴重影響周邊群眾的生產生活。為迎接抗震三十周年紀念活動，改善城市環境，建設“生態城市”，唐山市水務局籌資對青龍河站前路橋至電廠橋段全長2.642km河道進行了綜合治理。清除河底淤積，修復防滲工程，新建橡膠壩2座，營造城市水面65500km2。

河道設計河底寬度平均18m，兩岸坡比1∶2，設計洪水深2.36m。維修對原有岸坡進行修整，鋪設防滲毯，上設5cm碎石墊層，砌筑10cm混凝土預制板防護。改造防滲面積12萬km2，節省工程投資1049.04萬元。

二是引灤入唐工程維修項目。引灤入唐工程是為解決唐山城市生活及工農業用水興建的跨流域引水工程，全長51.626km。該工程自1985年投入運用以來，迄今已有20a，經過多年運用，部分工程損壞嚴重，引灤入還段土渠一級過水斷面1+820～2+340段原有防滲系統失效，滲漏嚴重，既浪費水源又對下游耕地造成毀壞，沿岸群眾反映強烈，不斷引發水事糾紛。

引灤工程管理局投資對土渠一級過水斷面進行了防滲處理，處理段位于引灤入唐輸水工程樁號1+820～2+340段，拆除原有混凝土襯砌以上的混凝土預制塊，鋪設防滲毯19.7萬km2，上部砌筑混凝土預制塊防護,節省工程投資1722.17萬元。

三是環城水系南湖生態渠引水工程。環城水系南湖生態渠引水工程是唐山市開發建設大南湖的重要組成部分，年調水量3000萬m3,全長6.384km。由于工程所在地區屬采煤塌陷區，地質條件較差，沉降不均，砂性基層中等透水，引水明渠全段均需做防滲處理。

生態渠設計底寬25m，兩岸坡比1∶3～1∶4，設計水深 1.5～2.0m，全斷面防水毯防滲，上部回填土方及格賓網石籠防護。總處理面積35.38萬km2,節省工程投資3092.92萬元。

2.4 試驗結果及數據統計分析

由于引進防水毯防滲技術主要考慮防止水分滲漏流失同時兼顧不破壞生態環境的關系，因此在數理統計及分析當中，采取了與同等效果的1m厚黏土防滲施工方法的分析比較。兩種施工方式中地基清理平整及防護層的施工技術要求相同，此處不再進行分析，只對防滲層的工程投資進行分析比較。

一是單位面積1m厚黏土施工預算分析：此方案施工同樣達到防滲和微滲的效果，既防止水資源過分流失又考慮到周邊的生態環境。它的主要施工內容為地基清理平整；外購黏土；分層鋪設碾壓（1m厚黏土施工分4層進行，每層厚度0.25m）；防護層施工。單位面積1m厚黏土施工投資分析見表1。

3.技術措施

表1

二是單位面積防水毯鋪設施工預算分析。詳見表2。

表2

三是各試驗點節省投資統計分析。綜合上表統計結果，單位面積采用防水毯防滲比常規黏土防滲的投資節省87.42元，各試驗點節省投資統計如下：青龍河市區段綜合治理工程節省10490400元，2007年度引灤入唐工程維修工程節省17221740元，環城水系南湖生態渠工程節省30929196元，三項工程共計節省資金58641336元。

施工工序和施工技術方法如下：

一是基面清理。由于防水毯遇水膨脹時，需兩側有足夠的壓力，因此對基面平整度和密實度要求較高，在基面清理中需要清除表面凸出硬物、回填洼坑，如地基松軟、密實度不夠，需進行碾壓處理，達到基面平整硬實。一般按設計高程采用挖掘機、裝載機等機械進行開挖施工，用推土機平整碾壓。

二是錨固溝槽開挖。為防止坡面施工時防水毯滑動，一般在坡頂設置1m×0.5m左右的錨固防滑溝槽，將防水毯在頂部進行固定。溝槽開挖一般采用機械配合人工的方法，機械開挖、人工修整。

三是防水毯鋪設。防水毯鋪設要求平整無褶皺，松緊適度，并與基面密貼。鋪設一般采用機械吊裝進場，人工搭抬。材料按設計要求就位后，人工拉平展鋪，一般按垂直水流方向由下游向上游方向鋪設，既防止水流沖刷又利于掌控所需材料尺寸，減少接縫數量，節省材料用量。防水毯按設計長度裁剪一般用裁紙刀裁剪。

四是接縫處理。由于防水毯尺寸多為定尺，材料接縫不可避免，接縫采用搭接的方式，按上游塊壓下游塊的順序，搭接長度在30cm～50cm。為保證防滲效果，兩片防水毯間需鋪撒10cm～25cm寬的專用防水膠粉，防水膠粉鋪撒要均勻，厚度0.5cm左右，不得漏鋪。

五是錨固槽填壓。錨固槽內防水毯呈“U”型鋪設，人工鋪設平整后，回填土方壓實。

六是表層防護。表層防護一般采用覆土、現澆混凝土、砌石或砌筑混凝土預制塊的形式，根據防護河道的性質和需要采取相應的措施。在青龍河市區段綜合治理和2007年引灤入唐工程維修中，采用的是砌筑混凝土預制板和現澆混凝土防護的方式。在環城水系南湖生態渠工程中，坡面采用了格賓網石籠填種植土的防護方式，河底直接采用回填土方防護的方式。施工全部采用機械配合人工的方式，覆土厚度50cm，砌石厚度40cm～50cm，混凝土預制板厚度10cm。為保證防護層與防水毯接觸面密實平整，在防護層與防水毯間一般填加50cm～10cm的粗砂或碎石墊層。

4.結語

鈉基膨潤土防水毯在工程施工中應重點做好基層保護層施工、搭接施工、錨固施工。具體講，一是基層保護層施工，膨潤土防水毯的防水機理主要是在具有足夠夾持力 （基層與保護層）作用下，遇水膨脹才能形成密實的凝膠結構，發揮防水作用，并且夾持力越大其防水效果也越好。因此基面清理及防護層的平整度、密實度是防水毯應用、發揮性能的關鍵，在施工中應當特別注意。二是搭接施工，防水毯單塊與單塊之間的搭接是整體防滲的關鍵環節，如接縫處的施工不能滿足技術要求，造成局部滲漏將對防滲效果造成極大影響。因此此道工序要求施工單位自檢必須嚴格，監理人員旁站監理必須時時到位。三是錨固施工，在坡面施工錨固槽錨固必須牢固，否則造成防水毯滑動，將直接影響防滲效果。因此在設計及施工中應根據基面情況和表層防護方式確定具體的錨固尺寸和錨固方式。□