關(guān)于鈉基膨潤(rùn)土防水毯在滹沱河生態(tài)防洪工程中應(yīng)用的研究
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作者：張毅
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(duì)滹沱河開展了滹沱河生態(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)的蓄水水面滿足需要。鈉基膨潤(rùn)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(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)。由于滹沱河周圍供水大多數(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�；炷练罎B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。由于滹沱河沿岸周圍地區(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。
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過渡層
采用20cm厚壓實(shí)的壤土層作為過渡層。
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)械施工適宜在乎面上鋪設(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。無紡布和編織布分別位于防水毯的兩邊，鋪設(shè)時(shí)無紡布朝下。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.Skg/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。
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)滿足規(guī)范要求，使用無破損的墊片，密封膏涂抹處理應(yīng)均勻、飽滿。
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以內(nèi)的回填土應(yīng)采用沙子或者進(jìn)行過篩后的土，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(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、抗?jié)駸帷⒖棺贤饩�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。
從表1數(shù)據(jù)可以看出，防水毯的鋪設(shè)面積達(dá)990萬m2，蓄水量約1500萬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，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。
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余萬元。
4結(jié)語
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(yù)計(jì)該區(qū)域夏季最高氣溫比其他區(qū)域可降低4°C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。
5【摘要】 鈉基膨潤(rùn)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，它是一釋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)鈉基整潤(rùn)土防水毯的工程設(shè)計(jì)、施工要及在工程中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。應(yīng)用證明：鈉基膨涯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，為以后類似的生態(tài)防洪工程提供了理論-和技術(shù)支撐。
