鈉基膨潤土防水毯在水利工程中的應(yīng)用

□劉金喜

鈉基膨潤土防水毯是一種新型環(huán)保生態(tài)復(fù)合防滲材料，它由二層土工合成材料夾封優(yōu)質(zhì)防滲鈉基膨潤土，通過集束針刺復(fù)合而成。具有整體穩(wěn)定性好、抗變形強(qiáng)度高、永久防滲且生態(tài)環(huán)保的性能，在水利工程建設(shè)中具有廣泛的推廣前景。

1.技術(shù)性能分析

1.1 鈉基膨潤土防水毯的性能特點(diǎn)

一是密實(shí)性。鈉基膨潤土在水壓狀態(tài)下，形成隔水膜。本產(chǎn)品在5mm厚的情況下，其滲透系數(shù)是5×10-9cm/s以下,相當(dāng)于1m厚壓實(shí)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(yīng)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(dá)15倍左右，而且不怕凍脹破壞，具有較高抗拉強(qiáng)度，并有自我修補(bǔ)2mm裂縫的修復(fù)能力，水中植物根系穿刺后仍能自行修復(fù)，達(dá)到防滲效果。四是結(jié)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(hù)層的結(jié)合能力。五是耐久性。鈉基膨潤土是天然無機(jī)礦物質(zhì)，不會出現(xiàn)老化、腐蝕現(xiàn)象，耐久性很強(qiáng)，正常使用壽命可達(dá)50a以上。六是環(huán)保性。由于原材料為天然無機(jī)材料，生產(chǎn)過程也有嚴(yán)格的環(huán)保管理和測試，對人體和環(huán)境無害，屬新型環(huán)保防水材料。七是施工性?？芍苯釉诔睗裢翆踊嫔鲜┕ぃ佋O(shè)防水毯時，其上加蓋土石類保護(hù)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(yuǎn)高于其他防水材料。

1.2 廣闊的推廣和利用空間

在科學(xué)開發(fā)利用水資源、保證水安全的前提下，對水利工程進(jìn)行改造，將水利工程打造成融群眾休閑、娛樂、健身和生態(tài)綠化為一體的濱水綠色長廊，建設(shè)濱水生態(tài)景觀帶、休閑旅游帶、人文親水帶和新興經(jīng)濟(jì)帶，將成為近一階段我市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)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(guān)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(jīng)濟(jì)方面的需求，又能兼顧生態(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)性的新型防水材料，必將得到廣泛的利用和推廣。

2.試驗(yàn)分析

試驗(yàn)階段，我們選定了唐山市青龍河市區(qū)段綜合治理工程、引灤入唐工程維修工程、環(huán)城水系南湖生態(tài)渠工程，并將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了收集、整理，與常用防滲方法進(jìn)行了分析比較。

2.1 試驗(yàn)方案

2006年在青龍河市區(qū)段綜合治理中進(jìn)行試驗(yàn)，對河道全斷面進(jìn)行防滲處理，試驗(yàn)面積12萬m2。試驗(yàn)成功后，將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，隨后在引灤入唐工程維修工程及環(huán)城水系南湖生態(tài)渠引水工程進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)方法

首先委托北京萬方程科技有限公司、唐山市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)，根據(jù)工程實(shí)際需要進(jìn)行可行性研究，按照水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范及建筑材料技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)；組織相關(guān)專家對技術(shù)方案進(jìn)行論證；施工方案通過后組織工程施工招投標(biāo)，選擇有施工經(jīng)驗(yàn)、信譽(yù)好的施工隊(duì)伍進(jìn)行工程建設(shè)；施工過程中，委托有資質(zhì)的監(jiān)理單位全方位進(jìn)行質(zhì)量控制；完工后，由負(fù)責(zé)工程運(yùn)行管理的單位統(tǒng)計(jì)工程運(yùn)行效益，并將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.3 試驗(yàn)過程

一是青龍河市區(qū)段綜合治理工程。青龍河位于唐山市西部，為季節(jié)性排瀝河道，也是唐山市西半?yún)^(qū)汛期唯一泄洪通道。青龍河市區(qū)段于1999年進(jìn)行過治理，但仍有部分河道淤積嚴(yán)重，河岸護(hù)砌破損，環(huán)境污染嚴(yán)重；嚴(yán)重影響周邊群眾的生產(chǎn)生活。為迎接抗震三十周年紀(jì)念活動，改善城市環(huán)境，建設(shè)“生態(tài)城市”，唐山市水務(wù)局籌資對青龍河站前路橋至電廠橋段全長2.642km河道進(jìn)行了綜合治理。清除河底淤積，修復(fù)防滲工程，新建橡膠壩2座，營造城市水面65500km2。

河道設(shè)計(jì)河底寬度平均18m，兩岸坡比1∶2，設(shè)計(jì)洪水深2.36m。維修對原有岸坡進(jìn)行修整，鋪設(shè)防滲毯，上設(shè)5cm碎石墊層，砌筑10cm混凝土預(yù)制板防護(hù)。改造防滲面積12萬km2，節(jié)省工程投資1049.04萬元。

二是引灤入唐工程維修項(xiàng)目。引灤入唐工程是為解決唐山城市生活及工農(nóng)業(yè)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(yùn)用以來，迄今已有20a，經(jīng)過多年運(yùn)用，部分工程損壞嚴(yán)重，引灤入還段土渠一級過水?dāng)嗝?+820～2+340段原有防滲系統(tǒng)失效，滲漏嚴(yán)重，既浪費(fèi)水源又對下游耕地造成毀壞，沿岸群眾反映強(qiáng)烈，不斷引發(fā)水事糾紛。

引灤工程管理局投資對土渠一級過水?dāng)嗝孢M(jìn)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(yù)制塊，鋪設(shè)防滲毯19.7萬km2，上部砌筑混凝土預(yù)制塊防護(hù),節(jié)省工程投資1722.17萬元。

三是環(huán)城水系南湖生態(tài)渠引水工程。環(huán)城水系南湖生態(tài)渠引水工程是唐山市開發(fā)建設(shè)大南湖的重要組成部分，年調(diào)水量3000萬m3,全長6.384km。由于工程所在地區(qū)屬采煤塌陷區(qū)，地質(zhì)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(tài)渠設(shè)計(jì)底寬25m，兩岸坡比1∶3～1∶4，設(shè)計(jì)水深 1.5～2.0m，全斷面防水毯防滲，上部回填土方及格賓網(wǎng)石籠防護(hù)。總處理面積35.38萬km2,節(jié)省工程投資3092.92萬元。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

由于引進(jìn)防水毯防滲技術(shù)主要考慮防止水分滲漏流失同時兼顧不破壞生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，因此在數(shù)理統(tǒng)計(jì)及分析當(dāng)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(hù)層的施工技術(shù)要求相同，此處不再進(jìn)行分析，只對防滲層的工程投資進(jìn)行分析比較。

一是單位面積1m厚黏土施工預(yù)算分析：此方案施工同樣達(dá)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(tài)環(huán)境。它的主要施工內(nèi)容為地基清理平整；外購黏土；分層鋪設(shè)碾壓（1m厚黏土施工分4層進(jìn)行，每層厚度0.25m）；防護(hù)層施工。單位面積1m厚黏土施工投資分析見表1。

3.技術(shù)措施

表1

二是單位面積防水毯鋪設(shè)施工預(yù)算分析。詳見表2。

表2

三是各試驗(yàn)點(diǎn)節(jié)省投資統(tǒng)計(jì)分析。綜合上表統(tǒng)計(jì)結(jié)果，單位面積采用防水毯防滲比常規(guī)黏土防滲的投資節(jié)省87.42元，各試驗(yàn)點(diǎn)節(jié)省投資統(tǒng)計(jì)如下：青龍河市區(qū)段綜合治理工程節(jié)省10490400元，2007年度引灤入唐工程維修工程節(jié)省17221740元，環(huán)城水系南湖生態(tài)渠工程節(jié)省30929196元，三項(xiàng)工程共計(jì)節(jié)省資金58641336元。

施工工序和施工技術(shù)方法如下：

一是基面清理。由于防水毯遇水膨脹時，需兩側(cè)有足夠的壓力，因此對基面平整度和密實(shí)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(shí)度不夠，需進(jìn)行碾壓處理，達(dá)到基面平整硬實(shí)。一般按設(shè)計(jì)高程采用挖掘機(jī)、裝載機(jī)等機(jī)械進(jìn)行開挖施工，用推土機(jī)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(shè)置1m×0.5m左右的錨固防滑溝槽，將防水毯在頂部進(jìn)行固定。溝槽開挖一般采用機(jī)械配合人工的方法，機(jī)械開挖、人工修整。

三是防水毯鋪設(shè)。防水毯鋪設(shè)要求平整無褶皺，松緊適度，并與基面密貼。鋪設(shè)一般采用機(jī)械吊裝進(jìn)場，人工搭抬。材料按設(shè)計(jì)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(shè)，既防止水流沖刷又利于掌控所需材料尺寸，減少接縫數(shù)量，節(jié)省材料用量。防水毯按設(shè)計(jì)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(nèi)防水毯呈“U”型鋪設(shè)，人工鋪設(shè)平整后，回填土方壓實(shí)。

六是表層防護(hù)。表層防護(hù)一般采用覆土、現(xiàn)澆混凝土、砌石或砌筑混凝土預(yù)制塊的形式，根據(jù)防護(hù)河道的性質(zhì)和需要采取相應(yīng)的措施。在青龍河市區(qū)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(yù)制板和現(xiàn)澆混凝土防護(hù)的方式。在環(huán)城水系南湖生態(tài)渠工程中，坡面采用了格賓網(wǎng)石籠填種植土的防護(hù)方式，河底直接采用回填土方防護(hù)的方式。施工全部采用機(jī)械配合人工的方式，覆土厚度50cm，砌石厚度40cm～50cm，混凝土預(yù)制板厚度10cm。為保證防護(hù)層與防水毯接觸面密實(shí)平整，在防護(hù)層與防水毯間一般填加50cm～10cm的粗砂或碎石墊層。

4.結(jié)語

鈉基膨潤土防水毯在工程施工中應(yīng)重點(diǎn)做好基層保護(hù)層施工、搭接施工、錨固施工。具體講，一是基層保護(hù)層施工，膨潤土防水毯的防水機(jī)理主要是在具有足夠夾持力 （基層與保護(hù)層）作用下，遇水膨脹才能形成密實(shí)的凝膠結(jié)構(gòu)，發(fā)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(hù)層的平整度、密實(shí)度是防水毯應(yīng)用、發(fā)揮性能的關(guān)鍵，在施工中應(yīng)當(dāng)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(guān)鍵環(huán)節(jié)，如接縫處的施工不能滿足技術(shù)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(yán)格，監(jiān)理人員旁站監(jiān)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(shè)計(jì)及施工中應(yīng)根據(jù)基面情況和表層防護(hù)方式確定具體的錨固尺寸和錨固方式。□