鈉基膨潤(rùn)土防水毯在滹沱河生態(tài)防洪工程中的應(yīng)用

朱永濤　趙偉鑫　張志華

(河北省水利科學(xué)研究院， 河北 石家莊　050051)

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鈉基膨潤(rùn)土防水毯在滹沱河生態(tài)防洪工程中的應(yīng)用

朱永濤趙偉鑫張志華

(河北省水利科學(xué)研究院， 河北 石家莊050051)

鈉基膨潤(rùn)土防水毯與其他類(lèi)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，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(duì)鈉基膨潤(rùn)土防水毯的工程設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)及在工程中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。應(yīng)用證明：鈉基膨潤(rùn)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(jì)效益，為以后類(lèi)似的生態(tài)防洪工程提供了理論和技術(shù)支撐。

鈉基膨潤(rùn)土防水毯； 滹沱河； 防滲； 經(jīng)濟(jì)效益； 應(yīng)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(lèi)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(wèn)題和滿(mǎn)足石家莊市區(qū)城市防洪、生態(tài)景觀等需要，市政府對(duì)滹沱河開(kāi)展了滹沱河生態(tài)防洪工程建設(shè)。

由于滹沱河地基為強(qiáng)滲透砂性地基，為形成有效的水面景觀，必須采取適當(dāng)?shù)娜斯し罎B措施才能保證河道內(nèi)的蓄水水面滿(mǎn)足需要。鈉基膨潤(rùn)土防水毯與其他類(lèi)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用效果表明：鈉基膨潤(rùn)土防水毯可以很好地解決河道防滲這一難題。

2　工程設(shè)計(jì)

2.1防滲材料比選

滹沱河河床大多數(shù)以中細(xì)沙為主，其滲透性較強(qiáng)。由于滹沱河周?chē)┧蠖鄶?shù)以渠道或管道直接輸送至居民區(qū)，平時(shí)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(wú)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(diǎn)，但若在工程中大范圍應(yīng)用，具有工程造價(jià)較高的缺點(diǎn)。

黏土防滲：在具有優(yōu)質(zhì)黏土的地區(qū)中施工，黏土防滲具有節(jié)省投資、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。黏土防滲措施的應(yīng)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(dá)25年。但這種防滲措施所需鋪設(shè)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(yīng)用。由于滹沱河沿岸周?chē)貐^(qū)土源相對(duì)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(jìn)行大范圍應(yīng)用。

新型人工湖防滲措施包括土工膜防滲和膨潤(rùn)土防水毯防滲。

土工膜防滲：20世紀(jì)90年代前，土工膜防滲廣泛應(yīng)用于水利工程，它具有滲透系數(shù)小、造價(jià)低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。但由于土工膜屬于非降解材料，鋪設(shè)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(yīng)用越來(lái)越少。另外，如果施工中的土工膜連接不結(jié)實(shí)或遭受破損，其防滲效果將會(huì)大大降低。

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

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

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

2.2防滲結(jié)構(gòu)

當(dāng)采用鈉基膨潤(rùn)土防水毯作為防滲材料進(jìn)行河湖底防滲時(shí)，防滲結(jié)構(gòu)主要包括基層、過(guò)渡層、防水層和保護(hù)層四部分。防滲結(jié)構(gòu)斷面圖如圖1所示。

圖1　防滲結(jié)構(gòu)斷面圖 (單位：cm)

2.2.1基層

滹沱河河床表面主要為中細(xì)砂，由于現(xiàn)在河床遍布沙坑、雜草、垃圾等，所以在鋪設(shè)防水毯前應(yīng)對(duì)河床表面進(jìn)行平整，對(duì)沙坑進(jìn)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(rùn)土防水毯的垃圾等。防水毯必須在經(jīng)過(guò)平整填埋后的河床達(dá)到設(shè)計(jì)要求后才能鋪設(shè)。

2.2.2過(guò)渡層

采用20cm厚壓實(shí)的壤土層作為過(guò)渡層。

2.2.3防水層

采用鈉基膨潤(rùn)土防水毯作為防水層。

2.2.4保護(hù)層

防沖保護(hù)層采用一般性防護(hù)和局部防護(hù)相結(jié)合的方式。

一般性防護(hù)是通過(guò)回填河床沙，使得鈉基膨潤(rùn)土防水毯處于50年一遇洪水沖刷線(xiàn)以下。

局部防護(hù)則是在坡腳等處采用格賓石籠、膠結(jié)砂等作為保護(hù)層。

2.3防水毯的鋪設(shè)

2.3.1防水毯鋪設(shè)一般要求

機(jī)械施工適宜在平面上鋪設(shè)寬幅、大捆防水毯，人工鋪設(shè)適宜鋪設(shè)窄幅、小捆的防水毯。無(wú)紡布和編織布分別位于防水毯的兩邊，鋪設(shè)時(shí)無(wú)紡布朝下。對(duì)防水毯按規(guī)定的順序和方向進(jìn)行分區(qū)分塊鋪設(shè)，鋪設(shè)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(yīng)以自然松弛的狀態(tài)與基層貼實(shí)。

防水毯應(yīng)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(fēng)天氣時(shí)，要求在同一位置用密封膏按40mm寬、12mm厚的標(biāo)準(zhǔn)涂抹于防水毯上；撒密封粉和涂抹密封膏時(shí)均須保持均勻、連續(xù)、不間斷。防水毯現(xiàn)場(chǎng)平面搭接如圖2所示。

圖2　防水毯現(xiàn)場(chǎng)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(shí)的部位固定。

b.采取固定時(shí)，水泥釘布置為梅花形，長(zhǎng)度取決于立墻的高度和基層材質(zhì)，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(yīng)采用膨潤(rùn)土密封膏將穿透處進(jìn)行處理。

d.兩個(gè)水泥釘之間的距離應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求，使用無(wú)破損的墊片，密封膏涂抹處理應(yīng)均勻、飽滿(mǎn)。

2.3.3保護(hù)層施工

施工中完成鋪設(shè)的防水毯應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的保護(hù)層施工，確保防水毯不被水淋濕。

當(dāng)進(jìn)行溝槽回填時(shí)，必須先砌側(cè)墻磚墻保護(hù)，在砌筑磚墻時(shí)，為保證墻與防水毯之間不留縫隙，應(yīng)首先采用抹砂漿進(jìn)行填充，然后再對(duì)外圍進(jìn)行土方回填。

當(dāng)直接采用土方回填時(shí)，防水毯200mm以?xún)?nèi)的回填土應(yīng)采用沙子或者進(jìn)行過(guò)篩后的土，當(dāng)中不許含有大于10mm的石子、生石灰等雜物。進(jìn)行回填土?xí)r，應(yīng)逐層回填，每填筑厚度300mm時(shí)，進(jìn)行夯實(shí)振搗，其密實(shí)度必須大于85%。在對(duì)填筑土進(jìn)行夯實(shí)和壓實(shí)時(shí)，應(yīng)避免防水毯的破損，若防水毯遭到損壞，應(yīng)及時(shí)對(duì)其修補(bǔ)。

3　鈉基膨潤(rùn)土防水毯的應(yīng)用

3.1應(yīng)用情況

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

a.外觀。表面平整，均勻厚度、針刺均勻、無(wú)破邊、破洞、殘留斷針。

b.力學(xué)性能。伸長(zhǎng)率、抗拉強(qiáng)度、耐靜水壓、剝離強(qiáng)度等指標(biāo)符合規(guī)范要求。

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

鈉基膨潤(rùn)土防水毯在滹沱河生態(tài)防洪工程中主要應(yīng)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(rùn)土防水毯鋪設(shè)水面共5個(gè)，各水面的防水毯應(yīng)用情況如表1所列。

表1　各水面防水毯應(yīng)用情況

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

3.2應(yīng)用效果

2013年，指揮部對(duì)滹沱河4號(hào)試驗(yàn)水面水位下降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，6—8月4號(hào)水面水位監(jiān)測(cè)結(jié)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(jiàn)，在河道防滲工程中，鈉基膨潤(rùn)土防水毯的防滲效果非常顯著。

表2　4號(hào)水面水位監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.3經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

不同防滲型式的單價(jià)比較如表3所列。

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

表3　不同防滲型式單價(jià)比較

4　結(jié)　語(yǔ)

鈉基膨潤(rùn)土防水毯作為一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保、防滲能力強(qiáng)的新型防滲材料，在滹沱河生態(tài)防洪工程中的應(yīng)用證明其具有很好的防滲效果和生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。工程建成后，增加水面面積940萬(wàn)m2、濕地面積1500萬(wàn)m2、綠地面積600多萬(wàn)m2。通過(guò)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(yù)計(jì)該區(qū)域夏季最高氣溫比其他區(qū)域可降低4℃左右，相對(duì)濕度增加10%以上，極大地改善了省會(huì)的生態(tài)環(huán)境。

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

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[4]雷松,謝長(zhǎng)福.天然鈉基膨潤(rùn)土防水毯在人工湖(龍子湖)工程中的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理,2015(6):1-4.

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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