鈉基膨潤(rùn)土防水毯（GCL）在水利防滲工程中的應(yīng)用及探究

張永利

（大同市十里河水利管理處 山西大同03700 0）

鈉基膨潤(rùn)土防水毯（GCL）是一種新型的土工合成材料，在水利工程中主要用于渠道、水庫(kù)、大壩的防滲。由于鈉基膨潤(rùn)土防水毯與黏土、土工膜等普通防水材料比較具有整體穩(wěn)定性好、抗變形強(qiáng)度高、防滲性能持久且生態(tài)環(huán)保的特點(diǎn)，在水利工程中具有很好的應(yīng)用前景。大同市御河橡膠壩蓄水區(qū)水平防滲工程成功地采用了鈉基膨潤(rùn)土防水毯，既保證了蓄水防滲要求，又滿足了水系生態(tài)環(huán)保要求。

1 鈉基膨潤(rùn)土防水毯防滲原理及特點(diǎn)

1.1 原理

膨潤(rùn)土的礦物學(xué)名稱為蒙脫石，天然的膨潤(rùn)土按化學(xué)成分主要分為鈉基和鈣基兩大類。膨潤(rùn)土具有遇水膨脹的特性，一般鈣基膨潤(rùn)土膨脹時(shí)，其膨脹僅為自身體積的3倍左右；而鈉基膨潤(rùn)土膨脹時(shí)，約為自身體積的15倍左右，能吸收6倍于自身重量的水。膨潤(rùn)土遇水膨脹后，在受到一定的擠壓力(基層、覆蓋層及膨潤(rùn)土防水毯內(nèi)部纖維拉力等)作用下，分子間發(fā)生穿插排列，內(nèi)部空隙縮小形成致密的凝膠結(jié)構(gòu)排斥水分子，從而起到防滲作用，其滲透系數(shù)可達(dá)5.0×10-11m/s。

1.2 特點(diǎn)

鈉基膨潤(rùn)土防水毯與壓實(shí)黏土、土工膜相比，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①密實(shí)性與柔軟性：鈉基膨潤(rùn)土防水毯在水壓狀態(tài)下形成高密度的隔水膜，厚度約5mm時(shí)滲透系數(shù)為5×10-9cm/s以下，相當(dāng)于1.0 m厚壓實(shí)黏土的滲透效果；能較好地適應(yīng)不同地形、適應(yīng)不均勻沉降。

②持久的防水性：因?yàn)殁c基膨潤(rùn)土為天然無機(jī)材料，即使經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間或周圍環(huán)境發(fā)生變化，也不會(huì)發(fā)生老化或腐蝕現(xiàn)象，并且不受凍脹破壞。

③自愈修復(fù)性：由于鈉基膨潤(rùn)土和水反應(yīng)時(shí)，具有15倍左右的膨脹率，即使與其結(jié)合的混凝土結(jié)構(gòu)物發(fā)生沉降，也能自動(dòng)修補(bǔ)2mm以內(nèi)的裂紋。植物根系穿過、局部可能的漏點(diǎn)，也能自行愈合。

④環(huán)保性：膨潤(rùn)土為天然無機(jī)材料，對(duì)人體無毒無害，對(duì)環(huán)境無污染，且具有獨(dú)特的透氣性能，有利于水氣交換，使水體周圍植物健康生長(zhǎng)。

⑤簡(jiǎn)便施工性：由于鈉基膨潤(rùn)土防水毯有外裹土工織物的保護(hù)，不易被頂破或刺破而失效，對(duì)鋪設(shè)場(chǎng)地條件的要求比土工膜低。采用均勻的覆蓋土?xí)r，一般要求最大粒徑不超過32mm。接頭不用焊接或黏接，只需用膨潤(rùn)土粉末或釘子、墊圈等進(jìn)行連接和固定。保護(hù)層厚度相對(duì)?。ㄗ畋√巸H為0.5m），且可以利用開挖出的土料作為保護(hù)層回填，就地取材。

1.3 產(chǎn)品分類及技術(shù)性能指標(biāo)

鈉基膨潤(rùn)土防水毯是以鈉基膨潤(rùn)土為主要原料，采用針刺法、針刺覆膜法、膠黏法加工制成的毯狀防水材料，上下兩層為土工織物，中間為鈉基膨潤(rùn)土。依據(jù)國(guó)家建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鈉基膨潤(rùn)土防水毯》（JG／T193-2006），按制作方法分為針刺法鈉基膨潤(rùn)土防水毯（GCL-NP）、針刺覆膜法鈉基膨潤(rùn)土防水毯（GCL-OF）和膠黏法鈉基膨潤(rùn)土防水毯（GCL-AH）。按膨潤(rùn)土品種分為人工鈉化膨潤(rùn)土(A)和天然納基膨潤(rùn)土（N）。單位面積質(zhì)量有4000 g/m2、4500 g/m2、5000 g/m2、5500 g/m2等規(guī)格，長(zhǎng)度一般為20 m或30 m，寬度一般有4.5m、5.O m、5.85m三種規(guī)格。

鈉基膨潤(rùn)土防水毯的物理力學(xué)性能指標(biāo)見表1。

表1 鈉基膨潤(rùn)土防水毯的物理力學(xué)性能指標(biāo)

大同市御河橡膠壩蓄水區(qū)防滲工程位于大同市御河城區(qū)段，由于該工程在治理之前，河道內(nèi)形成了無數(shù)人工采砂場(chǎng)，采砂后形成的大坑又用城市拆遷垃圾進(jìn)行了回填，基底處理相當(dāng)困難；另外該工程兩岸是大同市御河生態(tài)園，是大同市民休息、娛樂場(chǎng)所，環(huán)保要求高。因此該工程水平防滲采用了針刺法鈉基膨潤(rùn)土防水毯（GCL-NP），防水毯規(guī)格為長(zhǎng)30 m、寬5.0 m，單位面積質(zhì)量5000 g/m2（厚度約6mm）。由于河道縱坡緩（1.9‰），水流沖刷不大，防水毯覆土厚度0.5m。

2 鈉基膨潤(rùn)土防水毯施工工藝

大同市御河橡膠壩蓄水區(qū)防滲工程采用了上海仁眾實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的鈉基膨潤(rùn)土防水毯，在防水毯鋪設(shè)施工時(shí)，依據(jù)上海仁眾實(shí)業(yè)有限公司提供的《鈉基膨潤(rùn)土防水毯施工方法》，結(jié)合本工程特點(diǎn)因地制宜采取了一系列措施，具體施工工藝敘述如下。

施工工序：基層開挖、基層處理、防水毯鋪設(shè)、搭接、質(zhì)量檢查和覆蓋回填。

2.1 基層開挖

基層開挖采用挖掘機(jī)進(jìn)行，開挖方向沿防水毯鋪設(shè)方向，開挖寬度8m，開挖深度為50 cm。開挖出的土方堆放在上一倉(cāng)鋪設(shè)覆蓋好的防水毯上，依次類推，形成流水作業(yè)。

2.2 基層處理

基層采用裝載機(jī)平整碾壓。防水毯遇水膨脹時(shí)，需上下兩層有足夠的壓力，因此對(duì)基面平整度和密實(shí)度要求較高。必須清除表面凸出硬物、回填洼坑，如地基松軟、密實(shí)度不夠，需進(jìn)行碾壓處理。由于大同市御河河道均為人工采砂后建筑垃圾回填的大坑，開挖碾壓后人工鋪10 cm厚河床過篩土，再進(jìn)行碾壓，壓實(shí)度達(dá)到0.9以上。

2.3 防水毯鋪設(shè)

防水毯鋪設(shè)前地基土表面應(yīng)做到?jīng)]有泥塊、積水、石塊、樹根、雜物和其他可損壞防水毯的物質(zhì)。鋪設(shè)時(shí)用裝載機(jī)裝運(yùn)配合人工進(jìn)行平展攤開，把編織土工布（黑面）朝下，無紡布（白面）朝上，順序是沿水流方向順?biāo)罱?，即上游的防水毯搭在下游的防水毯上，在傾斜面上施工時(shí)把防水毯長(zhǎng)的方向沿著傾斜面平行的方向鋪設(shè)，以便把下墜堆積的現(xiàn)象減少到最低限度。底面鋪設(shè)時(shí)平行搭接，布面適量放松并貼緊地面。

2.4 防水毯搭接

防水毯之間搭接采用平行搭接，搭接寬度橫向大于500 mm，縱向大于300 mm；搭接縫要錯(cuò)開，錯(cuò)縫距離大于600 mm。搭接處上下兩層防水毯之間均勻撒膨潤(rùn)土粉末，用量0.6k g/m2。防水毯與上下游土堤采用“U”型錨固槽進(jìn)行連接，待防水毯鋪設(shè)完成后再用黏土覆蓋壓實(shí)；與兩岸混凝土墻面連接時(shí)，使防水毯與混凝土墻面貼緊，頂部用4#扁鋼及鋼釘固定，最后在底部回填大于50 cm粉土并壓實(shí)，壓實(shí)度大于0.85。

2.5 防水毯質(zhì)量檢查

防水毯鋪設(shè)完成后，建設(shè)單位、施工單位質(zhì)檢員和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員必須進(jìn)行詳細(xì)逐一檢查，發(fā)現(xiàn)有缺陷或破損的地方用記號(hào)筆做出標(biāo)記。如防水毯發(fā)生破損，用大于破損缺口周圍300 mm的一塊防水毯，中間均勻撒上膨潤(rùn)土粉，覆蓋在上面作補(bǔ)強(qiáng)處理。

2.6 覆蓋回填

防水毯鋪設(shè)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行保護(hù)層回填。在防水毯上先人工鋪設(shè)20 cm后的河床過篩土后，方可進(jìn)行河床土的回填，回填土厚度大于50 cm?；靥钔林饕瞄_挖土，少量外運(yùn)。防水毯回填后，避免大型機(jī)械進(jìn)行碾壓，須用小型挖掘機(jī)攤平，小型碾壓機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓采用進(jìn)退錯(cuò)距法，碾壓方向平行防水毯鋪設(shè)方向，壓實(shí)度達(dá)到0.9以上。

3 施工注意事項(xiàng)

1）防水毯的儲(chǔ)運(yùn)應(yīng)防水、防潮、防強(qiáng)烈陽(yáng)光暴曬，儲(chǔ)存在地勢(shì)較高的地方，地面應(yīng)架空20 cm。防水毯可疊放，但不超過4層。

2）防水毯的施工應(yīng)在無雨、無雪天氣下進(jìn)行。施工時(shí)如遇雨、雪天氣，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行遮蓋，防止防水毯防水預(yù)膨脹而失效。

3）鋪設(shè)時(shí)在防水毯上工作的人員不能抽煙、不能穿著可能損壞防水毯的鞋子或從事任何有可能損壞防水毯的活動(dòng)。

4）任何設(shè)備不能直接在已鋪好的防水毯上面行駛。鋪設(shè)防水毯時(shí)，戶外氣溫不能低于0℃或高于40℃。

5）當(dāng)防水毯鋪放在大于10%的坡度上，應(yīng)盡可能減少沿坡長(zhǎng)方向的搭接數(shù)量（交叉重疊）。所有坡上的防水毯必須超過坡腳最少1.5m。

6）防水毯上覆蓋的土中不得含有石灰，石灰中的鈣、鎂離子可能進(jìn)入鈉基膨潤(rùn)土防水毯中與鈉離子發(fā)生置換反應(yīng)，從而增大防水毯中膨潤(rùn)土的滲透系數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

鈉基膨潤(rùn)土防水毯（GCL）在大同市御河橡膠壩蓄水區(qū)防滲工程中的成功應(yīng)用，充分證明鈉基膨潤(rùn)土防水毯是一種施工成本底、施工速度快、性價(jià)比高的新型防水材料，完全適應(yīng)于當(dāng)代高效快捷的現(xiàn)代化施工節(jié)奏。但對(duì)鈉基膨潤(rùn)土防水毯的施工，目前尚無國(guó)家性的規(guī)范，其施工技術(shù)和在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用效果還有待廣大水利工作者進(jìn)一步研究探討。