孫金龍，齊益達，石亞竹

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津300250）

石家莊市滹沱河生態(tài)修復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)場鋪設操作簡單，價格基本適中的特點，廣泛應用于水利、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，主要指標見表1。

表1 膨潤土防水毯技術(shù)指標表

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，應解決如下問題。

3.1.1 基礎(chǔ)適應性

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)應具有較強的抗變形適應能力。

3.1.2 抗沖刷適應性

滹沱河上游有黃壁莊水庫控制，遇不同標準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準50a一遇，防沖刷最大標準確定50a一遇。50a一遇洪水時河槽行洪流速一般2～3m/s，防沖刷措施應適應行洪要求。

3.1.3 生態(tài)性

滹沱河生態(tài)環(huán)境修復工程總體目標是形成一定區(qū)域的水面和濕地，廣泛應用于市政、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)境修復工程提供了可供借鑒的范例。

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