膨润土防水毯在河道整治中的应用.doc

膨润土防水毯在河道整治中的应用【摘 要】沱河生态环境修复工程是河北省的重点工程，在工程中河道防渗处理是关系工程成败的关键。粘土和钠基膨润土防渗毯相结合的综合防渗措施在河道防渗处理中的成功应用，在今后北方湿陷性沙性河道生态修复工作中值得借鉴推广。【关键词】河道；沙坑；防渗；设计1. 工程概况1.1 滹沱河是子牙河流域两大水系之一， 上游已建有岗南、黄壁庄两座大（一）型水库和张河湾、 郭庄等 11 座中型水库工程。滹沱河自黄壁庄水库以下流经石家庄市区北部，滹沱河河床以中细砂为主，渗透性较强。由于上游由岗南、黄壁庄水库控制，供水全部通过渠道、管道直接输至相应用户，平时没有生态基流，加上近年来水资源量的减少，滹沱河以下区间基本形不成有效径流，因此滹沱河全年几乎都是干涸状态。滹沱河生态环境修复工程位于河心岛周围，上起南水北调倒虹吸，下至第一橡胶坝，主要包括：护坎（岸）、河道整治与防渗防冲工程、河心岛西给水闸、小青河临时退水口门等，形成水面250万m2，蓄水深1.22.3m。1.2 滹沱河石家庄市区段沙坑现状特点。滹沱河生态环境修复一期工程中沙坑面积大，总面积达 142 万 m2的沙坑区，沙坑内不同程度的回填有大量的建筑垃圾，造成沙坑底坑洼不平。沙坑深度大，沙坑平均深度在20米以上，最大深度达到30多米。沙坑比较集中，项目区主要在中部和尾部两条沙坑带，坑宽500多米长度。1.3 工程实施的特点与难点。滹沱河生态环境修复一期工程， 河槽整治中河心岛段护坎与京珠高速段护坎施工， 大多采用较为传统的成熟技术和工艺。但在河道防渗工程中， 总面积达 142万m2的沙坑区，回填建筑渣土和沙土，虽经过强夯和灌水水压措施，但回填材料湿陷性和自身的不密实性造成多年沉降量大。2. 沙坑沉陷区防渗设计要点沙坑区防渗区要求防渗材料具有以下特点：防渗功能好、对地形及沉降变形适应性强、自愈能力强 ， 容易修复等特点。3. 沙坑防渗材料的选择人工防渗措施一般包括:混凝土防渗：这种防渗措施比较适用于水体规则、水面区域面积较小的人工湖工程混凝土防渗主要型式可分为现浇混凝土和混凝土预制块拼装，使用年限一般可达3050年。混凝土防渗的优点是防渗防冲性较好，耐久性较强，但大范围应用的缺点是工程造价高。粘性土防渗：粘性土防渗属于传统的防渗方法，对于有优质粘性土的地区具有投资省、工艺简便的特点，并且有利于生态的交换，使用年限一般为25年左右。粘土防渗所需的厚度较大，因而总工程量大，因此较适宜能就地取材的情况。滹沱河沿岸地区土源较为缺乏，南水北调石家庄市区段的弃土将大量用于筑堤、景观建设，因此获取满足防渗的优质粘土的成本较高。土工膜防渗：土工膜防渗具有渗透系数小、施工简便、工程造价低的特点，在上世纪九十年代前曾广泛用于水利工程防渗。由于土工膜属于非降解材料，将完全隔断水力联系，属生态不友好型防渗措施，在近年来的河湖水面防渗应用中越来越少。另一方面，一旦土工膜的连接不牢或施工过程中形成破损，防渗效果也难以保证。膨润土防水毯（gcl）防渗：膨润防水毯是一种土工合成材料，由高膨胀性的钠基膨润土填充在特制的复合土工布和无纺布之间，近年来广泛用于人工湖泊水景、垃圾填埋场等防渗工程中。防水毯是用针刺法制成的膨润土防渗垫，形成许多小的纤维空间，遇水时在垫内形成均匀高密度的胶状防水层，有效的防止水的渗漏。gcl的防渗性能介于粘土防渗和高分子材料（土工膜）之间。gcl使用钠基膨润土，遇水时吸附自身重量五倍的水，体积膨胀到原来的1517倍以上，将钠基膨润土锁在两层土工合成材料中间，起保护和加固的作用，使gcl具有一定的整体抗剪强度。gcl防渗的特点是：3.1 密实性：钠基膨润土在水压状态下形成高密度横隔膜，厚度3mm时，它的透水性为810-9cm/s以下，既满足了防渗要求，又具有微渗性。3.2 持久性：因为钠基膨润土系天然无机材料，即使经过很长时间或周围环境发生变化，也不会发生老化或腐蚀现象，因此防水性能持久。3.3 柔软性：gcl可随不同地形、不同基础进行变形，与其他防渗材料相比抗不均匀沉降和抗张应变能力强。3.4 施工简便：与其他防水材料比较，gcl施工相对比较简单，不需要加热和粘贴。只需用膨润土粉末和钉子、垫圈等进行连接和固定。3.5 适应性强：gcl在寒冷气候条件下也不会脆断，可耐零下32度寒冷气温；在高温受热干缩复水后裂缝可自动完备合。3.6 自我修复性：由于膨润土遇水膨胀的特点，对于直径小于2mm的植物根系穿刺后可自我修复。3.7 绿色环保性：膨润土为天然无机材料，对人体无害无毒，对环境没有特别的影响，具有良好的环保性能。滹沱河河道防渗工程具有工程范围大、地形条件复杂的特点。部分河段原有的采砂坑深度达10m以上，回填材料除河床沙外还有部分建筑碴土，砂坑填埋后的密实度与其他段相比较小。综合各种防渗措施的优缺点，本次设计中推荐采用膨润土防水毯防渗与粘性土防渗相结合的方法。4. 设计要点根据滹沱河河道砂层透水严重和湿陷性的特点，防渗采用基层、粘土防渗层、膨润土防渗毯防渗层和防渗毯压实保护层四部分。4.1 基层：对现有砂坑利用清理平整的河床开挖料进行回填层层夯实，使得砂土原基相对密度达到0.65以上，砂土填筑区相对密度达到0.70以上。4.2 粘土防渗层：粘性土防渗通过对合格土料进行分层碾压的方式，取得相对密实的粘土防渗层，完工后的防渗层渗透系数应小于110-6cm/s，厚度1.5m，碾压密度要均匀。设计压实度不小于95%。4.3 膨润土防渗毯防渗层：采用钠基膨润土防水毯单位面积质量5000g/m2.4.4 防渗毯压实保护层:采用粘粒含量低的壤土50cm厚，作为压实层，减少膨润土遇水时纵向变形过大，影响其防渗效果。5. 施工要求5.1 膨润土防水毯铺设。膨润土防水毯铺设应避免在有水和雨天施工。按编织土工布（黑面，或含有编织布的无纺布）朝下，无纺布（白面）朝上铺设。铺设时将每卷防水毯用吊车或铲车按设计要求就位然后用人工平展摊开。底面铺设时应平行搭接，水流上游（西）的防水毯应压在下游（东）的防水毯上面，布面不可张拉过紧或褶皱，应适量放松并紧贴地面。河岸斜坡上防水毯，只能纵向搭接，不能横向搭接。搭接宽度（二层重叠处）纵、横向均为50cm，二层重叠间必须均匀撒上膨润土粉或均匀涂抹膨润土胶泥。防水毯铺设应根据上部土层施工计划相应安排进度，防水毯铺设结束后，立即进行上部土层的施工，避免铺设好的防水毯空置时间过长。每日完成的膨润土防水毯铺设量应与上部土层完成量一致。防水毯铺设时应进行外观检查，如防水毯存在破损或意外发生破损，应用大于破损缺口周围50cm的防水毯覆盖在上面后再作固定处理。防水毯搭接处铺撒防水粉，应该在搭接铺设好后，将搭接处掀开，再均匀铺撒防水粉。确保防水粉铺撒均匀，不被破坏。在铺设时，如遇下雨，应用塑料薄膜材料或遮雨材料迅速覆盖，当雨水较大时，膨润土膨胀超过300%时，应更换产品并重新铺设。铺设时，严禁有明火或烟头置于防水毯任何一面上。5.2 防水毯铺设后的固定。防水毯铺设采用顶部固定，在斜坡顶四周开挖锚固沟，锚固沟深宽度约600mm，把防水毯埋入沟底再用浆砌石覆盖压实。岸坡上的铺设须根据河坎防护施工图所示型式进行，并保证与河底、岸顶的衔接与固定。外形奇异不规则部分的接缝除用膨润土粉加固外还需在接缝外表涂抹浆状膨润土加强。两头终结部位均要用锚固杆方法固定。gcl的锚杆部位要固定在水平面最上部，并要固定牢固。锚杆被水淹没并且倾斜度较大时，要用双层gcl施工。锚杆部位宽度为15cm，深度为0.6m以上，锚固杆底部把防水毯折叠后用回填土夯实到90%以上。6. 防渗效果分析滹沱河生态环境修复工程，沙坑防渗施工过程中严格执行施工技术的要求，经现场试验，各分项工程满足规范和设计要求，保证了工程的质量，该工程于2010年蓄水，经过两年的运行，沙坑区未出现任何的沉陷和裂