徐 蘊(yùn)
(唐山市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院,河北 唐山063000)
還鄉(xiāng)河鴉鴻橋段河道位于玉田縣的東南部,擔(dān)負(fù)著玉田縣的農(nóng)田灌溉和防洪任務(wù)。近年來,還鄉(xiāng)河流域全年降水量不大,但雨季暴雨來勢猛,強(qiáng)度大,洪澇災(zāi)害給當(dāng)?shù)鼐用裨斐上喈?dāng)大的損失。同時,河道內(nèi)人為設(shè)障嚴(yán)重,取水塔壩、挖沙取土等問題屢屢發(fā)生,河道內(nèi)未做任何形式的防滲處理措施,經(jīng)過長年運(yùn)行,河道內(nèi)防護(hù)破壞、滲漏等現(xiàn)象十分嚴(yán)重,兩岸生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性遭到破壞,遠(yuǎn)不能滿足20a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn),從而導(dǎo)致了河道生態(tài)、環(huán)境的惡化。因此,提高玉田縣還鄉(xiāng)河鴉鴻橋段防洪能力,改善生態(tài)環(huán)境,對河道進(jìn)行治理是十分必要的。
工程區(qū)場地地貌屬于古河流侵蝕平原地貌特征,為河相沖洪積沉積地層。在勘察深度范圍內(nèi),地層主要由第四系粉質(zhì)粘土和細(xì)砂組成。綜合勘察結(jié)果及該工程的規(guī)模性質(zhì),沿河道走向勘察場地范圍內(nèi),細(xì)砂層滲透系數(shù)建議值采用K=5.0×10-3cm/s,屬中等透水,不宜直接作為筑堤土使用;細(xì)砂層作為持力層,承載力滿足要求,但滲透性不滿足使用要求,應(yīng)做防滲處理。
目前,河道防滲材料主要選用鈉基澎潤土防水毯和復(fù)合土工膜,根據(jù)地下水位及河床土質(zhì)合理確定防滲材料,對工程運(yùn)用起到至關(guān)重要的作用。
2.1.1 鈉基膨潤土防水毯
膨潤土防水毯(GCL)由3層組成,上下兩層分別為土工織物,主要起保護(hù)和加固作用,使之具有一定的整體抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度;中間為鈉基膨潤土粒層,它由天然的粘土礦無機(jī)材料加工而成,具有高膨脹性和高吸水能力,濕潤時透水性能低,主要起防滲作用。膨潤土復(fù)合防水毯采用特殊針刺的方法,特殊針刺的過程就是使粗纖維從上層土工織物穿過膨潤土層,固定在下層土工織物上,將三個部分結(jié)合為一體,有效地增強(qiáng)了膨潤土復(fù)合防水毯的整體性,使膨潤土復(fù)合防水毯的抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度大大增強(qiáng)。
(1)優(yōu)點(diǎn)。①防滲效果好,滲透系數(shù)5×10-11m/s,滲漏量??;②膨潤土是天然礦物質(zhì),因此不會污染環(huán)境,符合環(huán)境對生態(tài)環(huán)保理念的要求;③天然的膨潤土材料不會老化,長期使用其防水性能不會減弱,它的壽命遠(yuǎn)大于建筑物的設(shè)計(jì)年限;④膨潤土防水毯采用柔性聯(lián)接,通過聯(lián)接處的水平位移分解應(yīng)力,有效抵御土層的不均勻沉降,在軟土地基上可以有效保證防水體系的完好。另外,由于防水毯本身具有柔軟性,遇到復(fù)雜的形狀可以任意切割、裁剪、拼接,配套的膨潤土干粉和膠狀膨潤土能保證接縫處的密封性;⑤易于修補(bǔ);⑥膨潤土防水毯施工方法快捷方便,無需特殊安裝設(shè)備,對施工人員技術(shù)要求不高、施工速度快,且不受施工環(huán)境溫度的限制,0℃以下也可施工。
(2)缺點(diǎn)。①材料價格高,工程投資大;②對基層密實(shí)性要求高。
2.1.2 復(fù)合土工膜
(1)優(yōu)點(diǎn)。①土工膜是一種以高分子聚合物為基本原料的防水阻隔型材料,防滲效果好,滲透系數(shù)小于10-13m/s,滲漏量??;②強(qiáng)度高、耐老化、焊接性能好;③材料價格低,工程投資小。
(2)缺點(diǎn)。①施工專業(yè)性強(qiáng),焊接質(zhì)量要求高,需具有一定經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員焊接;②對基層密實(shí)性要求高;③高分子聚合物達(dá)到使用年限后不能在自然環(huán)境中分解。
目前,膨潤土防水毯作為防滲材料的應(yīng)用較為廣泛,石家莊滹沱河綜合治理、鄂爾多斯昆都侖河川景觀河道、唐山市環(huán)城水系等工程都應(yīng)用了膨潤土防水毯,并經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),防滲效果較好。
綜上所述,根據(jù)本工程地質(zhì)條件及河道現(xiàn)狀,并綜合從環(huán)保、施工、防滲效果角度考慮,治理宜選擇鈉基澎潤土防水毯做為主河槽防滲材料。
借鑒以往類似河道防滲治理工程經(jīng)驗(yàn),本次治理工程膨潤土防水毯單位面積質(zhì)量取5000g/m2,厚度為6mm,膨潤土防水毯上下水位差平均為2.2m,膨潤土防水毯滲透面積近似為治理河段河底面積41.2萬m2。在質(zhì)量合格條件下,GCL膨潤土防水毯的正常滲透量可按式(1)計(jì)算。
式中 Q為正常滲透量(m3/s);k為GCL為膨潤土防水毯滲透系數(shù)(m/s);A為GCL為膨潤土防水毯滲透面積(m2);△H為GCL為膨潤土防水毯上下水位差(m);δ為GCL為膨潤土防水毯厚度(m)。
通過計(jì)算,河道年滲漏水量損失為29.6萬m3。
2.3.1 主河槽防滲處理措施
根據(jù)河道地質(zhì)情況及河道現(xiàn)狀存在問題,主河槽河底需采取防滲處理。主河槽橫斷面采用梯形,深度3.0m,底寬為65m,邊坡坡比1∶3。河底兩端采用厚0.5m格賓護(hù)墊護(hù)腳,全段河道主河槽全斷面鋪設(shè)鈉基澎潤土防水毯,并于鈉基澎潤土防水毯上依次鋪設(shè)厚30cm壓實(shí)壤土和厚120cm天然土作為保護(hù)層。
2.3.2 防滲處理原則
(1)采用由還鄉(xiāng)河鴉鴻橋段河道上游往下的順序進(jìn)行防滲處理,并盡快做好保護(hù)層。
(2)按照順序和方向,分區(qū)分塊進(jìn)行防滲處理。區(qū)塊應(yīng)以品字形布置,盡量避免有十字形疊口出現(xiàn)。
(3)河道內(nèi)較寬闊的施工區(qū)域內(nèi),采用機(jī)械施工,條件不具備時采用人工施工。
2.3.3 施工
膨潤土防水毯施工前應(yīng)檢查基層,基層應(yīng)平整、無坑洼積水,無石子樹根及其他尖銳物。膨潤土防水毯在搬運(yùn)和施工過程中要盡量避免震動和沖擊,最好一次到位。
鋪設(shè)GCL前必須采用必要的設(shè)備將底部的細(xì)砂整平夯實(shí),出現(xiàn)大塊的巖石需特殊處理(剔除或通過碾壓把其大塊石子碾?。?,在大的縫隙里塞入細(xì)砂,直至表面平整,壓實(shí)度達(dá)85%以上。表面應(yīng)基本干燥,不能有明顯的水漬和坑洼。GCL可以在潮濕的環(huán)境下施工,但應(yīng)避免浸泡在水中。如基礎(chǔ)土層底部標(biāo)高低于地下水位,應(yīng)采取有效的降水措施排干積水。在細(xì)砂層的表面鋪設(shè)厚5cm的粘土層,在粘土層上進(jìn)行夯實(shí)(或壓實(shí)、振搗等),壓實(shí)密度需大于85%?;鶎雍土Φ牟糠謶?yīng)做成圓弧形或鈍角。膨潤土防水毯的施工應(yīng)在基底支持層工程驗(yàn)收合格后進(jìn)行。
做下料分析,畫出膨潤土防水毯鋪設(shè)順序和裁剪圖。檢查膨潤土防水毯的外觀質(zhì)量,記錄已發(fā)現(xiàn)的機(jī)械損傷和生產(chǎn)創(chuàng)傷、孔洞等缺陷,以便在鋪設(shè)時進(jìn)行修補(bǔ)。防水毯的施工應(yīng)在無雨、無雪天氣下進(jìn)行。施工時如遇雨、雪,應(yīng)用塑料薄膜進(jìn)行遮蓋,防止GCL提前水化。
在基礎(chǔ)達(dá)到要求后,防水毯的鋪設(shè)應(yīng)沿水流方向順?biāo)罱?,先坡岸(護(hù)岸)后底層的順序進(jìn)行,即上游的GCL搭接在下游的GCL上。搭接應(yīng)平整且搭接長度大于等于300mm。搭接處均勻撒上0.4~0.6kg/m的膨潤土粉??紤]基礎(chǔ)的下沉變形,必要時GCL可以在底部打皺1~2個,打皺長度為100mm。GCL的無紡?fù)凉げ技窗咨鏇_上鋪設(shè),上面再用厚300mm夯實(shí)的粘土、中砂或用厚60~100mm素混凝土覆蓋,也可用厚50mm水泥砂漿嵌粒徑50~80mm的卵石。當(dāng)坡底與坡壁防水斜面的角度比例大于1∶3時,在坡壁防水斜面上用厚100mm素混凝土覆蓋。GCL鋪設(shè)時,邊緣鋪設(shè)高度高出設(shè)計(jì)水位100mm。如遇到管線或樁頭等穿越GCL,先用一塊完整的GCL依其管徑再加周徑300mm做個底部加強(qiáng)處理,整卷鋪設(shè)后,再用水將膨潤土粉攪拌成漿狀涂補(bǔ)管邊。如遇到GCL破損或較復(fù)雜的接縫處,用一塊完整的GCL依其破損或接縫處尺寸再加周徑300mm進(jìn)行覆蓋,重疊部分兩層GCL之間撒膨潤土粉。
斜面自然駁岸時,河、湖四周均設(shè)錨固溝,深大于等于400mm,寬大于等于400mm,將GCL邊緣翻入并回填錨固。垂直駁岸時,用鋼釘與周邊結(jié)構(gòu)固定。
保護(hù)層的施工是保證防水毯防水效果非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié),必須符合下列要求:河底可以直接用土回填,所有回填土最好用砂子或過篩后的土,不得含有10mm以上的石子等雜物?;靥钔撩炕靥?00mm厚度時,要進(jìn)行夯實(shí)(或壓實(shí)、振搗等),回填土的密度須大于85%。
防水毯鋪設(shè)完成后,應(yīng)由質(zhì)檢和監(jiān)理人員對其質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn):全部搭接部位(縫)是否符合要求;破損修補(bǔ)的部位是否符合要求;前次檢驗(yàn)未合格而再次修補(bǔ)的部位是否符合要求;防水毯與其他設(shè)備、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等的連接部位是否符合要求;鋼釘固定的部位是否符合要求;防水毯及其搭接部位是否與基層貼實(shí),有無褶皺或懸空;確認(rèn)防水毯沒有遇水而發(fā)生前期膨脹;回填土或保護(hù)層是否符合要求。質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)隨施工進(jìn)展進(jìn)行,自檢合格后應(yīng)經(jīng)監(jiān)理檢驗(yàn),驗(yàn)收合格后,方可進(jìn)行下道工序的施工。
(1)實(shí)踐證明,還鄉(xiāng)河鴉鴻橋段河道治理工程所采用的主河槽防滲處理措施,具有明顯改善生態(tài)環(huán)境的作用。
(2)針對河道現(xiàn)狀及主要存在問題,工程方案采用的膨潤土防水毯技術(shù)所得的各項(xiàng)指標(biāo)和效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的防滲技術(shù)。該防滲材料性能優(yōu)良、施工方便、易于掌握,同時兼具綠色環(huán)保的效果,是一種優(yōu)良的防滲材料,可用于河道防滲治理工程。
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