鈉基膨潤土防水毯在人工湖生態(tài)景觀防滲工程中的應(yīng)用

車向群

(遼寧省本溪市水務(wù)事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 本溪 117000)

1 工程概況

湖泊景觀水體作為城市生態(tài)系統(tǒng)的基本組成，是提升城市形象和人居環(huán)境的重要組成部分。人工湖體通常其自凈能力較差、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也較脆弱，容易受到外界諸多不確定因素影響[1]。因此，如何讓大面積水面長期維持在一定水位，確保濕地生態(tài)具備可持續(xù)良好發(fā)展態(tài)勢，解決人工湖湖底及湖岸滲漏問題，具有非常重要的工程實(shí)踐應(yīng)用研究意義[2- 3]。

金田湖工程位于柳州市雒容鎮(zhèn)境內(nèi)，距柳州市中心33.2km，對外交通便利。根據(jù)柳州出口加工園區(qū)總體規(guī)劃，為確保人工湖生態(tài)景觀有穩(wěn)定充足水源供水，結(jié)合雒容鎮(zhèn)主要河流分布情況，按就近補(bǔ)水原則，優(yōu)選洛清江作為人工景觀湖長期補(bǔ)水水源。人工景觀湖湖面面積約2.86萬m2，正常蓄水位為88.50m，平均水深1.6m，水體約4.58萬m3。金田湖區(qū)內(nèi)沉積較厚的第四系砂卵礫石夾淤泥質(zhì)黏土為主的松散層，且地形封閉條件不佳，湖底及兩岸滲透性強(qiáng)，滲漏嚴(yán)重。為滿足金田湖湖區(qū)雨洪調(diào)蓄功能，長期維持一定蓄水水位形成有效的水面景觀，需采取合理防滲材料和防滲體系對湖區(qū)進(jìn)行改造。鈉基膨潤土防水毯是將膨潤土通過針刺法、針刺覆膜法和膠黏法將其均勻織在土工膜或黏結(jié)到高密度聚乙烯板上生產(chǎn)的毯狀織物，遇水后膨潤土膨脹在防水毯兩面形成均勻防水層，隔絕水的入侵。膨潤土防水毯相比水泥土防滲、混凝土防滲、膜料防滲等防滲材料，不能降解散和老化等問題，具有防滲性能優(yōu)異、柔韌性好、自愈功能強(qiáng)、施工便捷和綜合造價(jià)性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，作為一種新型環(huán)保防滲材料，在人工景觀湖工程中的應(yīng)用能兼顧防水防滲、密封隔離、水景生態(tài)和環(huán)保等要求[4- 7]。

2 防滲方案優(yōu)選

金田湖湖區(qū)地基滲透性強(qiáng)、地形封閉條件較差，為滿足水生態(tài)景觀蓄水水位要求，必須對湖底及湖岸采取合理防滲處理。目前，水利工程中多采用混凝土防滲、水泥攪拌樁防滲墻、土工防滲膜、高噴灌漿等防滲措施。根據(jù)湖區(qū)地形地貌、地質(zhì)條件及生態(tài)水循環(huán)等技術(shù)要求，設(shè)計(jì)優(yōu)選水泥攪拌樁防滲墻、復(fù)合土工膜防滲和膨潤土防水毯防滲3種方案進(jìn)行比選。

2.1 水泥攪拌樁防滲墻

沿人工湖四周布設(shè)一道垂直防滲體，將湖區(qū)全部包絡(luò)其中。金田湖湖區(qū)處于溶巖低洼地勢，沉積較厚第四系砂卵礫石夾淤泥質(zhì)黏土為主的松散層。受巖性及裂隙影響，巖溶高度發(fā)育，湖區(qū)及四周分布著較多出水溶洞及巖溶泉。湖區(qū)地形整體封閉性不佳，地質(zhì)揭露松散覆蓋層滲透系數(shù)均較大，整體透水性較強(qiáng)。若采用水泥攪拌樁防滲墻形成防滲帷幕，其防滲墻軸線長約2.1km，工程量較大，且松散覆蓋層防滲帷幕灌漿受地下水位變幅的影響較大，施工難度大，工期較長，綜合投資較高，故不宜采用水泥攪拌樁防滲墻進(jìn)行防滲加固處理。

2.2 復(fù)合土工膜防滲

考慮到金田湖區(qū)水域面積不大且蓄水水位不高等特點(diǎn)，沿湖底及四周邊坡采用復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲，即：通過挖掘設(shè)備開挖至設(shè)計(jì)基面，經(jīng)壓實(shí)后鋪設(shè)0.03cm厚土工膜，并在膜上澆筑15cm厚C20素混凝土防護(hù)。復(fù)合土工膜方案其優(yōu)點(diǎn)是施工技術(shù)成熟，管理維護(hù)簡單，綜合投資效益高[8]。但土工膜施工時(shí)和后期運(yùn)行中容易出現(xiàn)異物頂破、基礎(chǔ)沉降拉裂等破損問題，防滲質(zhì)量和防滲效果控制難度大。同時(shí)，復(fù)合土工膜敷設(shè)后，完全割斷了湖區(qū)地下水和地表水間的水力聯(lián)系，地下水補(bǔ)充通道被阻斷，且土工膜為非降解材料，屬生態(tài)不友好型防滲材料[9]。

2.3 鈉基膨潤土防水毯防滲

湖底和四周邊坡采用鈉基膨潤土防水毯防滲，由于湖底基層以卵石為主，為確保防水毯防滲性能的正常發(fā)揮，在防水毯上、下各鋪設(shè)30cm和50cm厚黏土，并充分壓實(shí)。防水毯選用GCL-NP型針刺法鈉基膨潤土防水毯，即：在塑料扁絲編織土工布和非織造土工布間通過針刺填充高膨脹性鈉基膨潤土而成的毯狀防滲材料。防水毯單位面積質(zhì)量≥5000g/m2，滲透系數(shù)≤5.0×10-11m/s。鈉基膨潤土防水毯既有常規(guī)土工材料基本特性，又具有優(yōu)異的防滲性能，且鈉基膨潤土不影響水生植物根系生長，水生態(tài)環(huán)境影響較小，綠色環(huán)保。

將水泥攪拌樁防滲墻、復(fù)合土工膜和鈉基膨潤土防水毯3種防滲方案，從工程施工、綜合投資、運(yùn)行管理、生態(tài)環(huán)境影響等方面進(jìn)行綜合比較，見表1。

從表1可以看出：①水泥攪拌樁防滲墻方案，施工技術(shù)可靠、防滲耐久性好、對湖區(qū)生態(tài)環(huán)境影響也較小，但施工工作量大、難度大且工期長。防滲墻埋入地下后，質(zhì)量缺陷修復(fù)難度大，綜合投資也最高；②復(fù)合土工膜防滲方案雖然綜合造價(jià)最低、防滲耐久性也較好。但其防滲施工質(zhì)量控制難度大，敷設(shè)后完全阻斷區(qū)域水力聯(lián)系，屬不友好型防滲材料；③鈉基膨潤土防水毯防滲方案，具有地基適應(yīng)性強(qiáng)，天然無機(jī)礦物近自然生態(tài)環(huán)境，防滲耐久性強(qiáng)。防水毯若被水生植物根系破壞后，其修復(fù)性也較強(qiáng)，局部破損維修方便。經(jīng)技術(shù)可靠性、工程施工條件、運(yùn)行檢修和投資等多方比選、論證，確定優(yōu)選天然鈉基膨潤土防水毯防滲方案，滿足金田湖工程景觀水位和生態(tài)環(huán)保要求。

3 防水毯防滲方案設(shè)計(jì)

防滲方案以維系湖區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)的良好循環(huán)為前提，為打造生態(tài)景觀湖面水體范圍和水深要求，金田湖湖區(qū)防滲主要由湖岸生態(tài)堤和湖底防滲兩部分組成。

3.1 湖岸生態(tài)堤設(shè)計(jì)

將湖區(qū)超挖0.5m厚，經(jīng)挖填平整處理。為盡量減少棄土石渣量、實(shí)現(xiàn)土石挖方回用，填筑材料以開挖砂礫石為主?；A(chǔ)層先鋪填30cm厚黏土，壓實(shí)后鋪設(shè)天然納基膨潤土防水毯，其上鋪填50cm厚黏土保護(hù)層，逐層鋪填壓實(shí)，具體做法如圖1所示。

3.1.1防滲結(jié)構(gòu)

湖底夯實(shí)卵石基礎(chǔ)，建基面高程84.50～86.20m；生態(tài)景觀正常蓄水位88.50m，平均水深1.6m；堤頂高程89.50m；背水面開挖土石方回填至89.00m；堤頂平均寬5.5m，平均堤高2.6m，

表1 湖區(qū)防滲方案綜合比選

圖1 生態(tài)堤防滲結(jié)構(gòu)斷面

圖2 湖底防滲結(jié)構(gòu)斷面

最大堤高4.8m；迎水面和背水面堤坡均為1∶2.5。迎水面采用30cm厚夯實(shí)黏土作為基礎(chǔ)層，采用天然納基膨潤土防水毯作為防水層，采用50cm厚夯實(shí)黏土作為保護(hù)層，土石碴夯填壓實(shí)度≥0.92。為確保生態(tài)堤運(yùn)行安全，設(shè)置DN200排水盲管進(jìn)行堤頂及堤坡排水。

3.1.2填筑材料及填筑標(biāo)準(zhǔn)

湖底及邊坡開挖驗(yàn)收合格后，采用振動碾進(jìn)行地基夯壓實(shí)。根據(jù)SL 274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，為盡量減少土石渣棄量，結(jié)合生態(tài)堤主體結(jié)構(gòu)，考慮采用土石方開挖過程中清挖的砂礫石料作為堤壩填筑材料，但需清理砂礫石料中的淤泥雜質(zhì)、腐殖土和表層耕植土[10]。由于堤壩特殊的生態(tài)結(jié)構(gòu)，其殼料采用砂礫石料(干密度≥2.5g/cm3，相對壓實(shí)度≥0.80)或碎石黏土料(干密度為≥2.1g/cm3，壓實(shí)度≥0.92)進(jìn)行夯實(shí)填筑，要求其粒徑≤300mm，≤0.075mm粒徑顆粒含量應(yīng)≤15%；≥5mm粒徑顆粒含量應(yīng)≥50%。填筑料壓實(shí)過程中，鋪土厚度20～30cm采用10t振動碾碾壓，速度控制在2.0km/h；鋪土厚度50～60cm采用20t振動碾碾壓，速度控制在1.5km/h。

3.2 湖底防滲設(shè)計(jì)

由于湖區(qū)特殊的巖溶特性，存在較多出水溶洞和巖溶泉，為了維持生態(tài)景觀水位，采用天然鈉基膨潤土防水毯對湖底進(jìn)行全斷面防滲處理，具體做法如圖2所示。

湖底需清挖至砂礫石基礎(chǔ)層以下0.5m，超挖部分采用砂卵礫石壓實(shí)回填。砂礫石基礎(chǔ)以上分別為30cm厚黏土基礎(chǔ)層、天然納基膨潤土防水毯防水層、50cm厚黏土保護(hù)層和10cm厚卵石凈化層。黏土基礎(chǔ)層和黏土保護(hù)層其夯實(shí)度應(yīng)≥85%。防水毯搭接長度應(yīng)保持在30cm以上，搭接處邊緣向搭接部分延伸10cm均勻撒布或涂抹膨潤土密封粉。防水毯應(yīng)以自然松弛狀態(tài)與基層貼實(shí)，陰陽轉(zhuǎn)角處、湖底岸搭接及堤頂壓接頭其搭接長度應(yīng)在60cm以上。防水毯鋪設(shè)完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行保護(hù)層施工，避免雨水或意外來水引起防水毯提前遇水膨脹。

4 結(jié)語

鈉基膨潤土防水毯作為人工湖防滲工程中一種生態(tài)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)耐用和防滲性能優(yōu)越的新型防滲材料，在金田生態(tài)景觀湖防滲工程中的應(yīng)用，取得很好防滲效果和生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。

(1)湖區(qū)地形地質(zhì)條件較差，地表及地下巖溶形態(tài)高度發(fā)育，水溶洞及巖溶泉較多，透水性強(qiáng)，滲漏嚴(yán)重。為確保人工湖生態(tài)景觀水位要求，必須采取地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、防滲效果好的防滲措施進(jìn)行處理后，才具備持續(xù)穩(wěn)定蓄水條件。

(2)與常規(guī)水泥攪拌樁防滲墻垂直防滲和復(fù)工土工膜防滲相比，天然鈉基膨潤土防水毯方案在地形地質(zhì)適應(yīng)性、生態(tài)環(huán)境影響度、運(yùn)行管理和投資經(jīng)濟(jì)效益等方面均較優(yōu)。

(3)金田人工湖在2018年8月完成蓄水，至今湖區(qū)水位變幅不大，湖水蓄水能力較強(qiáng)。項(xiàng)目實(shí)施后，生態(tài)景觀湖水位能夠長期保持在88.50m正常蓄水位，增加水體面積約4.58萬m3，濕地面積5.23萬m3。通過水面蒸發(fā)和植物蒸騰，能達(dá)到調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源和凈化空氣等作用，營造了“康養(yǎng)、宜居”的“人水和諧、生態(tài)自然”的水生態(tài)水景觀水環(huán)境。