文/聶懿 楊懷寧
砂壤土質(zhì)池塘的防滲漏技術(shù)初探
文/聶懿 楊懷寧
本文闡述了沙壤土的組成成分和5種防滲工程技術(shù),有土料防滲、水泥土防滲、砌石防滲、混凝土防滲和膜料防滲,每種防滲工程技術(shù)都是從設(shè)計(jì)和施工這兩個(gè)方面來(lái)介紹的。
壤土指土壤顆粒組成中粘粒、粉粒、砂粒含量適中的土壤,壤土的粘土含量為10%~30%,;砂土是指粘土小于3%左右的土壤;砂壤土就是介于壤土與砂土之間的土壤,粘土含量為3%~10%。
當(dāng)池塘地基及邊坡土由砂壤土構(gòu)成時(shí),由于砂壤土顆粒間有較大空隙,且具有透水性能,蓄水后在水壓力的作用下,池塘砂壤土的孔隙就會(huì)成為水流滲透穿行的主要通道。如果滲流量大,并且含有土壤雜質(zhì)顆粒,水質(zhì)渾濁,這時(shí)對(duì)池塘結(jié)構(gòu)就具有破壞作用了,此時(shí)稱之為“異常滲漏”,出現(xiàn)“異常滲漏”我們需要通過(guò)防滲漏技術(shù)來(lái)解決問(wèn)題,防滲技術(shù)分為以下幾類。
土料防滲指根據(jù)水分傳導(dǎo)度,使用粘土和粘砂混合土、灰土、三合土、四合土等混合土料的配合,來(lái)實(shí)現(xiàn)防止池塘滲漏。適于砂壤土、壤土土質(zhì)魚(yú)塘的改造。具體做法:挖去原池底和邊坡上含腐植較多的泥土,在新土層上鋪20cm~40cm混合土料,用機(jī)械軋實(shí)或夯實(shí),處理完后立即放水,以防干裂漏水。
(一)設(shè)計(jì)
1.素土的選用和粘砂混合土、灰土、三合土、四合土等混合土料的配合比,應(yīng) 按下列步驟和要求確定:
(1)通過(guò)試驗(yàn)確定素土、不同配比混合土料的夯實(shí)最大干容重和最佳含水率。
(2)按不同素土料和不同配合比混合土料的最佳含水率、最大干容重制備試件,進(jìn)行強(qiáng)度和滲透試驗(yàn)。根據(jù)最大強(qiáng)度、最小滲透系數(shù)選用素土和確定混合土料的最優(yōu)配合比。
(3)素土和粘砂混合土還應(yīng)進(jìn)行泡水試驗(yàn)。若試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)試體崩解,或呈渾濁液時(shí),應(yīng)改換素土和調(diào)整粘砂混合土的配合比。
2無(wú)條件進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),混合土料的配合比,可按以下要求選定:
(1)灰土的配合比應(yīng)根據(jù)石灰的質(zhì)量、土的性質(zhì)和工程要求選定。一般可采用石灰:土=1∶3~1∶9。使用時(shí),石灰用量還應(yīng)根據(jù)石灰儲(chǔ)放期的長(zhǎng)短適量增減,其變動(dòng)范圍宜控制在±10%以內(nèi)。
(2)三合土的配合比一般采用石灰:土砂總重=1∶4~1∶9。其中,土重宜為土砂總重的30%~60%;高液限粘質(zhì)土,土重不宜超過(guò)土砂總重的50%。
(3)采用四合土?xí)r,可在三合土配合比的基礎(chǔ)上加入25%~35%的卵石或碎石。
(4)粘砂混合土中,高液限粘質(zhì)土與砂石合重之比宜為1∶1。
3.無(wú)條件進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),灰土、三合土等土料的最佳含水率,可按以下要求選定:
(1)灰土可采用20%~30%。
(2)三合土、四合土可采用15%~20%。
(3)素土、粘砂混合土宜控制在塑限±4%范圍內(nèi),并可參照下表選用。
表4 素土、粘砂混合土的最佳含水率
4.土料防滲層的厚度應(yīng)根據(jù)防滲要求通過(guò)試驗(yàn)確定。中、小池塘可參照表5選用。
表5 土料防滲層的厚度
(二)施工
土料的原材料應(yīng)進(jìn)行粉碎加工。加工后的粒徑,素土不應(yīng)大于2.0cm,石灰不應(yīng)大于0.5cm。施工中應(yīng)嚴(yán)格控制配合比。同時(shí)測(cè)定土料含水率與填筑干容重,其稱量允許偏差值應(yīng)符合要求;拌和后,含水率與最佳含水率的偏差值不應(yīng)大于±1%;夯實(shí)后,干容重不應(yīng)小于設(shè)計(jì)干容重,其離差系數(shù)應(yīng)小于0.15。
1.混合土料的拌和宜按以下要求進(jìn)行:
(1)粘砂混合土宜將砂石灑水潤(rùn)濕后,與粉碎過(guò)篩的土拌和,再加水拌和均勻。
(2)(2)灰土應(yīng)先將石灰消解過(guò)篩,加水稀釋成石灰漿,灑在粉碎過(guò)篩的土上,拌和至色澤 均勻,并悶料1天~3天。如其中有見(jiàn)水崩解的土料,可先將土在水中崩解,然后加入消解的石灰拌和均勻。
(3)(3)三合土、四合土宜先拌石灰和土,然后加入砂石干拌,最后灑水拌和均勻,并悶料 1天~3天。
(4)(4)貝灰混合土宜干拌后過(guò)孔徑為10mm~12mm的篩,然后灑水拌和均勻,悶料24h。
2.土料防滲層應(yīng)按以下要求鋪筑:
(1)灰土、三合土、四合土宜按先池坡后池底的順序施工;素土、粘砂混合土宜按先池底后池坡的順序施工。
(2)防滲層厚度大于15cm時(shí),應(yīng)分層鋪筑。壓實(shí)時(shí),虛土每層輔料厚度,人工夯壓時(shí),不宜大于20cm;機(jī)械夯壓時(shí),不宜大于30cm。層面間應(yīng)刨毛灑水。
(3)土料防滲層夯實(shí)后,厚度應(yīng)略大于設(shè)計(jì)厚度,以便修整成設(shè)計(jì)的過(guò)水池塘斷面。
(4)應(yīng)邊鋪料邊夯壓,直至達(dá)到設(shè)計(jì)干容重,不得漏夯。
3.為增強(qiáng)防滲層的表面強(qiáng)度,可進(jìn)行下列處理:
(1)根據(jù)池塘流量大小,分別采用1∶4~1∶5的水泥砂漿、1∶3∶8的水泥石灰砂漿、 或1∶1的貝灰砂漿抹面。抹面厚度直為0.5cm~1.0cm。
(2)在灰土、三合土和四合土表面,涂刷一層1∶10~1∶15的硫酸亞鐵溶液。
土料防滲可以大幅度降低滲漏,而不是完全停止?jié)B漏,可以保持適當(dāng)?shù)臐B漏率,來(lái)實(shí)現(xiàn)池塘水與地下水的雙向調(diào)節(jié),使池塘水不至于完全變成“死水”,有很好的自凈能力,同時(shí)土料防滲還有造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。土料防滲的缺點(diǎn)是難以量化池塘的具體滲漏速率,從而無(wú)法根據(jù)滲漏率來(lái)確定最佳土料混合的比例。
水泥土防滲是以當(dāng)?shù)氐奶丶?xì)沙(來(lái)源于風(fēng)積或河道清淤等)砂壤土為主要原料,加少量水泥(占總量的10%~15%),微量的外加劑和適量的水拌和均勻,采用專用機(jī)械設(shè)備壓制成不同規(guī)格的板塊,經(jīng)灑水養(yǎng)護(hù)起到防滲作用。
(一)設(shè)計(jì)
1.水泥土配合比應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定,并應(yīng)符合下列要求:
(1)溫和地區(qū)水泥土的抗凍標(biāo)號(hào)不宜低于D12;允許最小抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿足表6的要求;允許最小干容重應(yīng)滿足表7的要求。水泥用量宜為8%~12%。
表6 水泥土的允許最小抗壓強(qiáng)度
表7 水泥土的允許最小干容重
(2)水泥土的含水率應(yīng)按下列方法確定:
(3)干硬性水泥土用擊實(shí)法或強(qiáng)度試驗(yàn)法確定。當(dāng)土料為細(xì)粒土?xí)r,水泥土的含水率 宜為12%~16%。
(4)塑性水泥土應(yīng)按施工要求經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定。當(dāng)土料為微含細(xì)粒土砂和頁(yè)巖風(fēng)化料時(shí),水泥土的含水率宜為20%~30%;當(dāng)為細(xì)粒土?xí)r,水泥土的含水率宜為25%~35%。
2.水泥土防滲層的厚度,宜采用8cm~10cm;小型池塘不應(yīng)小于5cm。水泥土預(yù)制板的尺寸,應(yīng)根據(jù)制板機(jī)、壓實(shí)功能、運(yùn)輸條件和池塘斷面尺寸等因素確定,每塊預(yù)制板的重量不宜超過(guò)50kg。
3.耐久性要求高的池塘水泥土防滲層,宜用塑性水泥土鋪筑,表面用水泥砂漿、混凝土預(yù)制板、石板等材料作保護(hù)層。水泥土的水泥用量可適當(dāng)減少,但水泥土28天的抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于1.5MPa。
(二)施工
1.施工前,應(yīng)做好下列準(zhǔn)備工作:
(1)就近選定符合設(shè)計(jì)要求的取土場(chǎng)。
(2)根據(jù)施工進(jìn)度要求,選定土料的風(fēng)干、粉碎、篩分、儲(chǔ)料等場(chǎng)地。
(3)將施工材料分批運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng),水泥應(yīng)采取防潮防雨措施。
(4)根據(jù)施工方式,準(zhǔn)備好運(yùn)輸、粉碎、篩分、供水、稱量、攪拌、夯實(shí)、排水、鋪筑、 養(yǎng)護(hù)等設(shè)備和模具。
(5)土料應(yīng)風(fēng)干、粉碎,并過(guò)孔徑5mm的篩。
2.水泥土防滲層現(xiàn)場(chǎng)鋪筑,應(yīng)按下列步驟進(jìn)行:
(1)按設(shè)計(jì)配合比配料,其稱量允許偏差值應(yīng)符合第二章表2.2.4的要求。水泥土拌料與鋪筑,或裝模成型的時(shí)間不得大于60分鐘。
(2)拌和水泥土?xí)r,宜先干拌,再濕拌均勻。
(3)鋪筑塑性水泥土前,應(yīng)先灑水潤(rùn)濕池基,安設(shè)伸縮縫模板,然后按先池坡后池底的順序鋪筑。水泥土料應(yīng)攤鋪均勻,澆搗拍實(shí)。初步抹平后,宜在表面撒一層厚度1mm~2mm的水泥,隨即揉壓抹光。應(yīng)連續(xù)鋪筑,每次拌和料從加水至鋪筑宜在1.5h 內(nèi)完成。
(4)鋪筑干硬性水泥土,應(yīng)先立模,后分層鋪料夯實(shí)。每層鋪料厚度宜為10cm~15cm,層面間應(yīng)刨毛、灑水。
(5)鋪設(shè)保護(hù)層的塑性水泥土,其保護(hù)層應(yīng)在塑性水泥土初凝前鋪設(shè)完畢。
3.水泥土預(yù)制板的生產(chǎn)和鋪砌,應(yīng)按下列步驟進(jìn)行:
(1)水泥土拌制好后,將水泥土料裝入模具中,壓實(shí)成型后折模,放在陰涼處?kù)o置24h后,灑水養(yǎng)護(hù)。
(2)將池基修整后,按設(shè)計(jì)要求鋪砌預(yù)制板。板間應(yīng)用砂漿擠壓、填平,并及時(shí)勾縫與養(yǎng)護(hù)。
水泥土防滲的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單,經(jīng)久耐用,缺點(diǎn)是破壞了池塘的自凈能力??梢圆扇∷囝A(yù)制板護(hù)坡建好后將池塘底部的土蓋在水泥預(yù)制板上部,這種防滲方式即有利于防止池塘滲漏,又有利于維持池塘的自凈能力。
砌石防滲指將石料用水泥砂漿沿池壁砌筑并勾縫,來(lái)實(shí)現(xiàn)防止池壁滲漏的方法。
(一)設(shè)計(jì)
1.砌石防滲層的厚度設(shè)計(jì),應(yīng)符合下列規(guī)定:
(1)漿砌料石、漿砌塊石擋土墻式防滲層的厚度,應(yīng)根據(jù)使用要求確定。護(hù)面式防滲層的厚度,漿砌料石宜采用15cm~25cm;漿砌塊石宜采用20cm~3Ocm;漿砌石板的厚度不宜小于3cm。
(2)漿砌卵石、干砌卵石掛淤護(hù)面式防滲層的厚度,應(yīng)根據(jù)使用要求和當(dāng)?shù)亓显辞闆r確定,一般采用15cm~30cm。
2.宜采用下列措施防止池基淘刷,提高防滲效果:
(1)干砌卵石掛淤池道,可在砌體下面設(shè)置砂礫石墊層,或鋪設(shè)復(fù)合土工膜料層。
(2)漿砌石板防滲層下,可鋪厚度為2cm~3cm的砂料,或低標(biāo)號(hào)砂漿作墊層。
(3)對(duì)防滲要求高的大、中型池道,可在砌石層下加鋪粘土、三合土、塑性水泥土或塑膜層。
3.護(hù)面式漿砌石防滲層,一般不設(shè)伸縮縫;軟基上擋土墻式漿砌石防滲層宜設(shè)沉降縫,縫距10m~15m。砌石防滲層與建筑物連接處,應(yīng)按伸縮縫處理。
(二)施工
1.石料砌筑要求
(1)砌筑前宜灑水潤(rùn)濕,石料應(yīng)沖洗干凈。
(2)漿砌料石和塊石,應(yīng)干擺試放分層砌筑、座漿飽滿。每層鋪砂漿的厚度,料石宜為2cm~3cm;塊石宜為3cm~5cm。塊石縫寬超過(guò)5cm時(shí),應(yīng)填塞小片石。
(3)卵石可采用擠漿砌筑,也可干砌后用砂漿或細(xì)礫混凝土灌縫。
(4)漿砌石板應(yīng)保持砌縫密實(shí)平整,石板接縫間的不平整度不得超過(guò)1.0cm。
2.勾縫要求
漿砌料石、塊石、卵石和石板,宜在砌筑砂漿初凝前勾縫。勾縫應(yīng)自上而下用砂漿充填、壓實(shí)和抹光。漿砌料石、塊石和石板宜勾平縫;漿砌卵石宜勾凹縫,縫面宜低于砌石面1cm~3cm。
3.干砌卵石掛淤防滲層的施工,應(yīng)按下列要求進(jìn)行:
(1)砌筑順序
①可按先池底后池坡的順序砌筑。
②砌池底時(shí),如為平池底,宜從池坡腳的一邊砌向另一邊;若為弧形池底,應(yīng)從池底縱向軸線開(kāi)始向兩邊砌筑。
③池坡應(yīng)從下而上逐排砌筑。
④如設(shè)膜料墊層,應(yīng)將過(guò)渡層土料鋪在膜料上,邊鋪膜,邊壓土,邊砌石。
(2)砌筑要求
①卵石長(zhǎng)邊應(yīng)垂直于池底或池坡立砌,不得前俯后仰、左右傾斜。卵石的較寬側(cè)面應(yīng)垂直于水流方向。
②每排卵石應(yīng)厚薄相近、大頭朝下、錯(cuò)開(kāi)茬口、擠緊砌好。
③池底兩邊和池坡腳的第一排卵石,應(yīng)比其他卵石大10cm~15cm。
④卵石砌筑后,應(yīng)先用小石填縫至縫深的一半,再用片狀石塊卡縫。
⑤用較大的卵石水平砌筑封頂石。
砌石防滲具有堅(jiān)固、耐用,防滲性能好的優(yōu)點(diǎn),但施工復(fù)雜,對(duì)石料尺寸、材質(zhì)要求較高,對(duì)不符合設(shè)計(jì)要求的材料,不允許使用,同時(shí)要注意砌石厚度、平整度以及砌筑的質(zhì)量和密實(shí)性。
混凝土防滲只對(duì)池塘坡面基礎(chǔ)整平夯實(shí)處理后,現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡以達(dá)到防滲目的。
(一)設(shè)計(jì)
大、中型池塘防滲工程混凝土的配合比,應(yīng)按《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》SD105-82進(jìn)行試驗(yàn)確定,其選用配合比應(yīng)滿足強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍和和易性的設(shè)計(jì)要求。 小型池塘混凝土的配合比,可參照當(dāng)?shù)仡愃乒こ痰慕?jīng)驗(yàn)采用。
1.混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)不應(yīng)低于表8中的數(shù)值。嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的冬季過(guò)水池塘,抗凍標(biāo)號(hào)應(yīng)比表內(nèi)數(shù)值提高一級(jí)。
表8 混凝土標(biāo)號(hào)的最小允許值
池塘流速大于3m/s,或水流中挾帶較多推移質(zhì)泥沙時(shí),混凝土的強(qiáng)度不應(yīng)低于15MPa。
2.混凝土的水灰比,應(yīng)為砂石料在飽和面干狀態(tài)下的單位用水量與膠凝材料的比值,其最大允許值可參照表9選用。石料最大粒徑不得大于防滲層厚度的1/3~1/2。
表9 混凝土水灰比的最大允許值
3.大、中型池塘所用的混凝土,其膠凝材料的最小用量不宜少于225kg/m2;嚴(yán)寒地區(qū)不宜少于275kg/ m2。上述數(shù)值,用人工搗固時(shí),應(yīng)增加25kg/m2,當(dāng)摻用外加劑時(shí),可減少25。強(qiáng)度低于10MPa 的混凝土,可不受此限制。小型池塘混凝土的配合比,可參照當(dāng)?shù)仡愃乒こ痰慕?jīng)驗(yàn)采用。 一般混凝土的用水量及砂率可分別按表10及表11選用。
(二)施工
1.基土清理
基面清理范圍包括坡面及階面,頂部其邊界應(yīng)在設(shè)計(jì)基面邊線外30cm~50cm。避免對(duì)已清理的基土造成人為破壞,土基表層不合格土、雜物等必須清除,土基范圍內(nèi)的坑、槽、溝等,應(yīng)按堤身填筑要求進(jìn)行回填處理?;媲謇砥秸螅瑧?yīng)及時(shí)報(bào)驗(yàn)?;骝?yàn)收后應(yīng)抓緊施工,若不能立即施工時(shí),應(yīng)做好基面保護(hù),復(fù)工前應(yīng)再檢驗(yàn),必要時(shí)須重新清理。
(2)基土碾壓
應(yīng)該護(hù)坡放坡度為75°,無(wú)法采用平面碾壓設(shè)備進(jìn)行施工,擬采用平面振搗設(shè)備進(jìn)行表面振搗。發(fā)現(xiàn)局部“彈簧土” 、層間光面、層間中空、松土層或剪切破壞等質(zhì)量問(wèn)題時(shí),應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理,并經(jīng)檢驗(yàn)合格后,方準(zhǔn)鋪填新土。
(3)基土施工
基槽開(kāi)挖后,地基承載力檢驗(yàn)后裝模并報(bào)驗(yàn),澆筑C15混凝土,養(yǎng)生,冬季施工混凝土出機(jī)溫度不得小于5℃,為防凍害,應(yīng)采取保溫措施。基座施工按《水工混凝土施工規(guī)范》施工和進(jìn)行質(zhì)量控制?;炷猎跀嚢枵緮嚢韬笥昧锊鬯椭潦┕っ?。采用插入式振搗設(shè)備進(jìn)行振搗。
采用混凝土防滲,具有較高的防滲漏性能。但在使用混凝土防滲方式中,相鄰墻段之間連接工藝是防滲施工技術(shù)中的難點(diǎn)。工程實(shí)踐證明,接縫質(zhì)量不良常會(huì)成為池塘防滲的隱患。因此,施工中要嚴(yán)格保證質(zhì)量。
表10 混凝土用水量
表11 混凝土的砂率
膜料防滲是近幾年新興起來(lái)的防滲方式,較之傳統(tǒng)的水泥混凝土,石頭堆砌,涂料防滲等具有更明顯的防滲效果及持久性,也更具靈活性。目前膜料防滲較多采用高密度聚乙烯(HDPE)塑膠地膜和復(fù)合土工膜。HDPE膜具抗拉、抗撕裂、強(qiáng)度高和耐靜水壓高的特點(diǎn),在耐酸堿腐蝕、抗微生物侵蝕及防滲濾方面也有較好性能,且表面光滑,有利于消毒、清淤,防止底部病原體的傳播。但用此材料施工通常需四道工序,防水層完成后還要回填50cm厚的過(guò)篩土,需要由專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行防水施工,還需配備發(fā)電機(jī)、焊接熱合機(jī)等設(shè)備,人工和機(jī)械成本高。此外,HDPE膜耐候性和耐紫外線性能較差,在低溫狀態(tài)下,極易變硬變脆,特別是焊縫區(qū)域極易損壞,一旦漏了,修補(bǔ)起來(lái)比較麻煩。
復(fù)合土工膜防滲具有施工周期短,施工簡(jiǎn)易,維修方便,投資成本低,環(huán)保防滲效果好的特點(diǎn)。此外,復(fù)合土工膜屬非孔隙介質(zhì),具有良好的防滲性能和抗拉、抗撕裂、抗頂破、抗穿刺等力學(xué)性能,還具有一定的變形量,對(duì)坡面的凹凸具有一定的適應(yīng)能力,應(yīng)變力較強(qiáng),并且具有優(yōu)異的耐候性能、耐紫外線、超寬幅等優(yōu)勢(shì)。采用此防滲膜,只需進(jìn)行素土夯實(shí)基層后就可直接鋪設(shè)無(wú)紡布及防滲膜,無(wú)需回填土。
作者單位:中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)工程研究所