膨潤土防水毯在滹沱河生態(tài)環(huán)境工程中的應(yīng)用

孫金龍，齊益達，石亞竹

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

石家莊市滹沱河生態(tài)修復(fù)工程范圍重點為南水北調(diào)中線總干渠與機場路之間區(qū)域，河段全長23km。治理前的河道以砂坑、垃圾、荒地為主，治理目標(biāo)是在改善河道行洪條件前提下，通過對主河槽進行疏浚平整、填埋砂坑，使河道內(nèi)形成濕地、水面等，生態(tài)環(huán)境修復(fù)區(qū)總面積700萬m2。

1 膨潤土防水毯的內(nèi)涵

膨潤防水毯是一種專門用于人工湖泊水景、垃圾填埋場、地下車庫、樓頂花園、水池、油庫及化學(xué)品堆場等防滲漏的土工合成材料。它是由高膨脹性的鈉基膨潤土填充在特制的復(fù)合土工布和無紡布之間，用針刺法制成的膨潤土防滲墊，可形成許多小的纖維空間，使膨潤土顆粒遇水時在墊內(nèi)形成均勻高密度的膠狀防水層，有效防止水的滲漏。

膨潤土防水毯具有現(xiàn)場鋪設(shè)操作簡單，價格基本適中的特點，廣泛應(yīng)用于水利、市政、園林等防滲工程中。

2 膨潤土防水毯性能

2.1 膨潤土

膨潤土（Bentonite）也稱為斑脫巖、皂土或膨土巖，是以蒙脫石為主的含水粘土礦。蒙脫石在膨潤性、粘結(jié)性、吸附性、催化性、觸變性、懸浮性及陽離子交換性方面都有特殊的性質(zhì)。在防水領(lǐng)域主要利用其膨潤性和輔助吸附性。

膨潤土的層間陽離子種類決定膨潤土的類型，應(yīng)用最廣泛的有鈉基膨潤土、鈣基膨潤土。鈉基膨潤土的穩(wěn)定性、膨脹性優(yōu)于鈣基膨潤土。但鈣基膨潤土的分布遠廣于鈉基膨潤土，因此在制作防水毯的應(yīng)用中除了使用天然鈉基膨潤土外，亦使用人工納化膨潤土。

天然納基膨潤土和人工納化膨潤土的性能存在兩種不同的觀念：人工納化膨潤土中的納離子處于游離狀態(tài)，使用中特別容易造成陽離子流失，從而失去其防水性；人工納化膨潤土只要納化工藝合格，制作的膨潤土性能與天然納基膨潤土并無明顯區(qū)別。

2.2 防水毯特性

2.2.1 密實性

鈉基膨潤土在水壓狀態(tài)下形成高密度橫隔膜，厚度3mm時，滲透系數(shù)為5×10-11m/s以下，相當(dāng)于100倍的30cm厚度粘土的密實度，具有很強的自保水性能。

2.2.2 永久防水性

鈉基膨潤土經(jīng)過很長時間或周圍環(huán)境發(fā)生變化，也不會發(fā)生老化或腐蝕現(xiàn)象，因此防水性能持久。

2.2.3 應(yīng)用方便性

與其他防水材料比較，施工簡單，不需要加熱和粘貼。只需用膨潤土粉末和釘子、墊圈等進行連接和固定。

2.2.4 一體性

鈉基膨潤土遇水時，具有20～28倍的膨脹能力，即使防護體結(jié)構(gòu)物發(fā)生震動和沉降，防水毯內(nèi)的膨潤土也能修補2mm以內(nèi)的表面裂紋、孔洞。

2.2.5 綠色環(huán)保性

膨潤土為天然無機材料，對人體無害無毒，對環(huán)境沒有特別的影響，具有良好的環(huán)保性能。

膨潤土防水毯按重量可分為不同型號，以5000g/m2為例，主要指標(biāo)見表1。

表1 膨潤土防水毯技術(shù)指標(biāo)表

3 防滲結(jié)構(gòu)

3.1 主要影響因素選擇

針對滹沱河河床滲透性強、地下水埋深大、基礎(chǔ)均一性差、河道行洪時沖刷影響大等特點，為實現(xiàn)形成水面、濕地景觀的目標(biāo)，應(yīng)解決如下問題。

3.1.1 基礎(chǔ)適應(yīng)性

滹沱河河床自然滲透系數(shù)達到10-2～10-3m/s量級，滲透性極強，且由于地下水位埋深大，即使在行洪時也不能形成河床地表徑流與地下水的聯(lián)通，因此垂直水力梯度接近1，比一般的防滲難度更大。

此外，防滲基礎(chǔ)既有天然沉積河床砂，也有對采砂坑進行回填的河床砂，部分區(qū)域還有回填年限不等的建筑渣土，因此不同區(qū)域的河床變形能力相差較大。防滲結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較強的抗變形適應(yīng)能力。

3.1.2 抗沖刷適應(yīng)性

滹沱河上游有黃壁莊水庫控制，遇不同標(biāo)準(zhǔn)洪水采用分級控泄調(diào)度原則，5a一遇限泄400m3/s，10a一遇限泄800m3/s，50a一遇限泄3300m3/s，超50a一遇不限泄。

根據(jù)黃壁莊水庫控泄調(diào)度原則，加之滹沱河整體防洪標(biāo)準(zhǔn)50a一遇，防沖刷最大標(biāo)準(zhǔn)確定50a一遇。50a一遇洪水時河槽行洪流速一般2～3m/s，防沖刷措施應(yīng)適應(yīng)行洪要求。

3.1.3 生態(tài)性

滹沱河生態(tài)環(huán)境修復(fù)工程總體目標(biāo)是形成一定區(qū)域的水面和濕地，廣泛應(yīng)用于市政、園林、河道水工建筑等。

3.2 防滲結(jié)構(gòu)選擇

根據(jù)滹沱河不同的地質(zhì)條件，在滿足上述目標(biāo)要求原則下，制定不同的防滲結(jié)構(gòu)。

3.2.1 土—防水毯—膠結(jié)砂—生態(tài)砂結(jié)構(gòu)

此結(jié)構(gòu)適應(yīng)于河床基礎(chǔ)為原狀砂，穩(wěn)定性和均勻性較好，河道流速較大的地段。

（1）保護土層采用粘性土，粘粒含量不低于15%，作為河床砂與防水毯之間的墊層和過渡層，墊層厚度一般20～30cm。既方便了施工車輛的通行，也具有強化防滲效果的作用。

（2）防水毯重量5000g/m2，采用廠家成品綱基膨潤土防水毯材料。

（3）膠結(jié)砂為利用河床砂加少量水泥、粉煤灰形成的膠結(jié)體。因其利用河道天然砂成本低，只需具有一定強度，滿足抗沖刷要求即可。試驗采用厚度35cm，強度5～10MPa。

（4）生態(tài)砂為河床平整后的棄砂，厚度為30cm。其目的是覆蓋并保護碾壓好的膠結(jié)砂，并為蓄水后的水中生物提供棲息地。

3.2.2 土—防水毯—土—砂礫石—卵石結(jié)構(gòu)

此結(jié)構(gòu)適應(yīng)于河床基礎(chǔ)為回填砂坑，基礎(chǔ)穩(wěn)定性稍差的情況。

防水毯以下、以上的土層要求采用粘性土，粘粒含量不低于15%，防水毯上、下土層總厚度不少于50cm。砂礫石為粗砂與礫石的混合體，可直接取自天然河道中的非建筑材料，層厚15cm，最大粒徑2cm。卵石層厚35cm，粒徑一般10～25cm，要求級配均勻，以增強抗沖穩(wěn)定性。

3.2.3 土—防水毯—土—格賓石籠結(jié)構(gòu)

此結(jié)構(gòu)適應(yīng)于岸邊沖刷能力較強或其他需要加強防沖的區(qū)域。

表層格賓石籠厚度采用30cm或50cm兩種型號，籠內(nèi)填裝卵石，粒徑一般10～25cm。

4 工程實例

滹沱河4號水面區(qū)于2009年汛后建成蓄水，該區(qū)域蓄水面積150萬m2，蓄水深0.93～1.27m，由水文部門進行正規(guī)短期觀測。在沒有日常水源補充的情況下，10d內(nèi)蓄水位下降90mm，其中期內(nèi)水面蒸發(fā)量42.5mm，降水0.9mm，滲漏損失48.4mm，折合日滲透損失4.84mm。詳見表2。

表2 滹沱河4號水面區(qū)損失觀測成果

滹沱河1號水面于2010年建成，蓄水面積250萬m2，最大蓄水深2m。通過蓄水后的長期觀測，日平均蒸發(fā)滲透損失9mm，扣除蒸發(fā)降水因素后的日平均凈滲透損失5mm。

基于滹沱河1、4號水面的實際觀測，在整治前大型砂坑、地下水埋深達40m、基礎(chǔ)強透水等不利條件下，采取防滲措施達到了預(yù)期防水效果。

5 結(jié)語

滹沱河是一條天然行洪河道，河道長期斷流、采砂形成大型砂坑、河床荒漠化等都成為生態(tài)環(huán)境惡化的標(biāo)志，加之地下水埋深疏干至40m以下，因此通過人工措施形成蓄水水面的難度較大。

利用膨潤土防水毯并結(jié)合不同的保護和防沖結(jié)構(gòu)，在滹沱河生態(tài)環(huán)境整治工程實踐中獲得了良好的效果，對于類似條件下的生態(tài)環(huán)境修復(fù)工程提供了可供借鑒的范例。

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