舒 鋒

(中國(guó)非金屬礦工業(yè)有限公司，北京 100142）

【開發(fā)利用】

膨潤(rùn)土防水毯在水利工程中的應(yīng)用

舒 鋒

(中國(guó)非金屬礦工業(yè)有限公司，北京 100142）

膨潤(rùn)土防水毯是一種新型環(huán)保防滲材料，具有良好的抗?jié)B性、自愈性，施工方便。本文主要介紹膨潤(rùn)土防水毯在水利工程中的施工方法、節(jié)點(diǎn)處理和注意事項(xiàng)。

膨潤(rùn)土防水毯；水利工程；防滲

1 膨潤(rùn)土防水毯概況

發(fā)展水利工程不僅能滿足人民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，而且能更多地為保護(hù)和改善環(huán)境服務(wù)。防滲是水利工程的關(guān)鍵所在，選用天然環(huán)保的防滲材料已是共識(shí)。膨潤(rùn)土防水毯(Geosynthetic Clay Liner，簡(jiǎn)稱GCL)是一種新型的環(huán)保防滲材料，它是由兩層土工布通過特殊的針刺工藝，將級(jí)配過的膨潤(rùn)土顆粒包裹起來，做成的毯狀防水材料，是在壓實(shí)性粘土襯墊的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新一代膨潤(rùn)土防水材料。膨潤(rùn)土防水毯最早在1986年美國(guó)的一座垃圾填埋場(chǎng)襯墊系統(tǒng)中應(yīng)用，大約在同一時(shí)期，德國(guó)也研究應(yīng)用了膨潤(rùn)土防水毯產(chǎn)品，并成功地應(yīng)用于運(yùn)河襯墊系統(tǒng)、垃圾填埋場(chǎng)襯墊等。20世紀(jì)90年代膨潤(rùn)土防水毯在國(guó)內(nèi)許多工程中開始應(yīng)用，并取得了良好的防滲效果。目前國(guó)內(nèi)膨潤(rùn)土防水毯被廣泛用于水利工程、地下工程、人工湖、垃圾處理場(chǎng)、隧道、樓頂花園等。

1.1 防水原理

膨潤(rùn)土屬于蒙脫石系的粘土礦物，鈉基膨潤(rùn)土具有很高的膨脹性，一個(gè)小顆粒在實(shí)驗(yàn)室條件下遇水可以膨脹24倍以上。當(dāng)膨潤(rùn)土防水毯遇水時(shí)鈉基膨潤(rùn)土膨脹，在受到一定擠壓力(來自基底、臨時(shí)保護(hù)層、回填土以及防水毯內(nèi)部纖維拉力等)作用下，分子之間發(fā)生穿插排列，內(nèi)部空隙縮小，形成致密的凝膠結(jié)構(gòu)層，水分子無法透過，從而起到防水作用。來自兩側(cè)的擠壓力越大，致密程度就越高，防水效果就越理想。

1.2 主要技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T193-2006《鈉基膨潤(rùn)土防水毯》，膨潤(rùn)土防水毯的主要物理性能指標(biāo)見下表。

膨潤(rùn)土防水毯主要技術(shù)指標(biāo)

1.3 產(chǎn)品主要特性

(1) 防滲性能優(yōu)異：膨潤(rùn)土防水毯以水止水，具有很高的抗靜水壓力。

(2) 施工簡(jiǎn)便：對(duì)基層要求低、自然搭接，不受施工環(huán)境溫度的限制，負(fù)溫下也可施工，是現(xiàn)有防水材料中施工工期最短的。

(3) 獨(dú)有的自愈性：利用膨潤(rùn)土遇水膨脹的性能，實(shí)現(xiàn)防水層缺陷或破損的自動(dòng)“愈合”。

(4) 抗變形能力強(qiáng)：采用自然搭接，適應(yīng)基礎(chǔ)不均勻沉降。

(5) 耐久、環(huán)保性：膨潤(rùn)土屬于無機(jī)材料，不老化，耐久性好，壽命長(zhǎng)。

(6) 特有的透氣性：有利于水氣交換。

(7) 根系可穿刺性：植物根系可穿透膨潤(rùn)土防水毯，穿刺而不破壞防水層。

(8) 抗凍脹破壞性：可以避免凍脹對(duì)防水層的破壞，保證防水效果完美如初。

2 施工工藝及節(jié)點(diǎn)處理

2.1 施工工序

膨潤(rùn)土防水毯的施工便捷，具體施工工序?yàn)椋夯嫫秸⑶謇怼┕?zhǔn)備、防水毯剪裁→防水毯鋪設(shè)→保護(hù)層施工。

(1) 基面平整：基層平整、無異物、無明水、無空洞和裂縫，夯實(shí)度85%以上。

(2) 施工準(zhǔn)備：準(zhǔn)備膨潤(rùn)土密封粉、密封膏、水泥釘?shù)仁┕ぽo料和施工所需的相關(guān)器具。

(3) 膨潤(rùn)土防水毯鋪設(shè)：按照先立面，后底面的順序進(jìn)行鋪設(shè)；以品字形分布，必須避免十字形疊口出現(xiàn)；鋪設(shè)時(shí)膨潤(rùn)土防水毯的無紡布對(duì)著迎水面；膨潤(rùn)土防水毯應(yīng)自然松弛與基層貼實(shí)，不宜折褶、懸空；鋪設(shè)過程中應(yīng)隨時(shí)檢查膨潤(rùn)土防水毯的外觀有無破損、孔洞等缺陷。

2.2 保護(hù)層施工

保護(hù)層是保證膨潤(rùn)土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：①鋪設(shè)施工完的膨潤(rùn)土防水毯，必須于當(dāng)日(保證不被水淋濕)完成保護(hù)層的施工；②底面保護(hù)層為混凝土?xí)r，厚度應(yīng)≥200mm；③底面可以直接用土回填，所有回填土宜用過篩后的土，不得含有粒徑10mm以上的石子等雜物。回填土必須進(jìn)行夯實(shí)(或壓實(shí)、振搗等)，回填土的密實(shí)度應(yīng)＞85%，且夯實(shí)后的厚度≥300mm，在夯實(shí)、壓實(shí)過程中，注意不要損壞膨潤(rùn)土防水毯，如有損壞，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)；④護(hù)岸不可直接用土回填，避免流動(dòng)水的淘蝕作用破壞保護(hù)層；⑤底面保護(hù)層為砂漿與卵石或其他材料復(fù)合時(shí)，總厚度應(yīng)≥200mm，其中砂漿厚度應(yīng)≥120mm，防止砂漿因膨潤(rùn)土防水毯膨脹開裂。

2.3 節(jié)點(diǎn)處理

(1) 固定方法。

膨潤(rùn)土防水毯一般要求采用水泥釘和直徑≥3cm的鐵墊片固定， 釘孔部位要涂抹膨潤(rùn)土密封膏進(jìn)行處理，在立面和斜面的釘距一般控制在50cm左右，平面僅在搭接部位固定即可。要求墊片緊壓在膨潤(rùn)土防水毯表面且不得破壞覆面材料。當(dāng)采用射釘槍固定時(shí)，由于基層強(qiáng)度的不同有時(shí)會(huì)造成膨潤(rùn)土防水毯固定部位被擊穿，因此對(duì)于噴射混凝土、現(xiàn)澆混凝土等不同的基面應(yīng)根據(jù)具體情況采用可調(diào)節(jié)沖擊力大小的射釘槍或人工錘釘固定。

(2) 穿墻管處理。

對(duì)于穿墻管或構(gòu)筑立柱，首先在管道或構(gòu)筑立柱周圍均勻撒布膨潤(rùn)土密封粉或涂抹膨潤(rùn)土密封膏，然后裁切以管道或構(gòu)筑立柱直徑加500mm為邊長(zhǎng)的方形膨潤(rùn)土防水毯，在其中心裁剪直徑與管道或構(gòu)筑立柱外徑等同的孔洞，修理邊緣，以便使之緊密套在管道或構(gòu)筑立柱上。在管道或構(gòu)筑立柱周圍與膨潤(rùn)土防水毯的接合處均勻撒布膨潤(rùn)土密封粉或涂抹膨潤(rùn)土密封膏，如圖1所示。

圖1 穿墻管的處理

其他形狀穿透防水層的構(gòu)筑物的加強(qiáng)防水處理應(yīng)按構(gòu)筑物形狀裁剪，以便施工。進(jìn)行鋪貼的同時(shí)，必須在膨潤(rùn)土防水毯上層做臨時(shí)保護(hù)，防止提前吸水膨脹。

(3) 陰、陽角部位處理。

護(hù)岸立面施工的陰、陽角處應(yīng)做成圓弧形或鈍角。陰、陽角部位應(yīng)先裁剪500mm寬度的膨潤(rùn)土防水毯做加強(qiáng)處理，然后再進(jìn)行大面的鋪設(shè)。駁岸立面上鋪設(shè)時(shí)，為避免其不貼實(shí)，可用25mm長(zhǎng)鋼釘加墊片將其固定，也可直接用磚石預(yù)壓，如圖2所示。

圖2 基層陰、陽角部位的加強(qiáng)處理

(4) 搭接部位處理。

膨潤(rùn)土防水毯應(yīng)盡量避免在立面和坡岸搭接。如

果必須在立面和坡岸搭接，則應(yīng)按照高處的膨潤(rùn)土防水毯在外側(cè)，低處的膨潤(rùn)土防水毯在內(nèi)側(cè)(緊貼在墻面上)進(jìn)行施工，以防止回填土?xí)r有異物進(jìn)入搭接縫。膨潤(rùn)土防水毯在立面施工搭接時(shí)，接縫處應(yīng)用膨潤(rùn)土密封膏進(jìn)行密封處理，如圖3a搭接部立面示意圖所示。

膨潤(rùn)土防水毯平面搭接寬度應(yīng)≥200mm，在搭接底層膨潤(rùn)土防水毯的邊緣75mm處撒上膨潤(rùn)土密封粉，其寬度為50mm、重量為0.5kg/m。遇有大風(fēng)天氣時(shí)，應(yīng)使用膨潤(rùn)土密封膏進(jìn)行密封處理，如圖3b搭接部平面示意圖所示。

圖3 搭接部位處理示意圖

(5) 破損修補(bǔ)處理。

發(fā)現(xiàn)有破損或孔洞等缺陷時(shí)，應(yīng)及時(shí)用膨潤(rùn)土密封粉(膏)修補(bǔ)，并用破損部位周邊放大200mm以上的膨潤(rùn)土防水毯進(jìn)行局部覆蓋修補(bǔ)，邊緣部位按搭接的要求處理，如圖4所示。

圖4 破損修補(bǔ)示意圖

(6) 駁岸部位處理。

立面(駁岸)保護(hù)層為砌磚石時(shí)，厚度應(yīng)≥200mm，務(wù)必邊砌筑，邊用水泥砂漿填充磚石與膨潤(rùn)土防水毯之間的縫隙，如圖5所示。

2.4 施工注意事項(xiàng)

圖5 駁岸部位處理示意圖

(1) 儲(chǔ)運(yùn)應(yīng)防水、防潮、防強(qiáng)烈陽光爆曬，儲(chǔ)存時(shí)地面應(yīng)采取架空方法墊起，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)在當(dāng)日用完。

(2) 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)對(duì)膨潤(rùn)土防水毯進(jìn)行遮蓋，防止提前吸水膨脹。

(3) 在進(jìn)行下道工序或相鄰工程施工時(shí)，應(yīng)對(duì)已完成工序進(jìn)行妥善保護(hù)，不得有任何人為損壞膨潤(rùn)土防水毯的行為。

(4) 應(yīng)盡量避免穿釘鞋、高跟鞋在膨潤(rùn)土防水毯上踩踏；車輛等機(jī)械不得碾壓膨潤(rùn)土防水毯。

(5) 鋪設(shè)、搭接和收口應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范，并做到牢固穩(wěn)定，無空鼓、損傷、滑移、翹起和皺折等現(xiàn)象。搭接長(zhǎng)度≥100mm。

(6) 鋪設(shè)完畢驗(yàn)收合格后，應(yīng)盡快進(jìn)行土的回填或混凝土板的鋪設(shè)，避免踐踏壞?；靥顣r(shí)為防止膨潤(rùn)土防水毯的損壞，回填土中不能含有粒徑＞10mm的碎石，回填土夯實(shí)后的厚度應(yīng)≥300mm?；靥钔翍?yīng)分級(jí)回填夯實(shí)，壓實(shí)度＞85%。

3 工程案例

3.1 北京奧林匹克森林公園龍形水系防水工程

龍形水系既是奧林匹克公園的重要景觀之一，又是具有特殊功能的人工河道。龍形水系總長(zhǎng)2.7km，水面寬度25～150m，總水面面積18.3萬m2，其中7萬m2為建造在地下空間之上。所以龍形水系的防水和防滲材料選用非常關(guān)鍵，既要考慮水系本身的自凈呼吸功能，為水中的動(dòng)植物營(yíng)造一個(gè)共生的生態(tài)系統(tǒng)，又要考慮到水系與岸邊植物的溝通功能。經(jīng)過比較和論證，選用膨潤(rùn)土防水毯作為防滲材料，龍形水系底部鋪設(shè)膨潤(rùn)土防水毯后，上面覆蓋300mm素土并夯實(shí)作為保護(hù)層，最上面為400mm種植土。

龍形水系防滲工程已于2007年10月完工，并蓄水運(yùn)行，經(jīng)過多年的檢驗(yàn)，事實(shí)證明防滲效果良好。

3.2 南水北調(diào)配套工程團(tuán)城湖調(diào)節(jié)池工程

團(tuán)城湖調(diào)節(jié)池位于北京市海淀區(qū)四季青鎮(zhèn)玉泉村，是南水北調(diào)來水向北京供水的關(guān)鍵工程，連接著南水北調(diào)來水和北京當(dāng)?shù)孛茉扑畮靸纱笏?。調(diào)節(jié)池的調(diào)蓄容積127萬m3，水面面積為33萬m2。由于工程所在地地層滲透性較強(qiáng)，采用膨潤(rùn)土防水毯對(duì)調(diào)蓄水池進(jìn)行防滲處理。

團(tuán)城湖調(diào)節(jié)池工程已于2014年9月26日正式通過蓄水驗(yàn)收，具備南水北調(diào)中線通水后蓄水條件。

4 結(jié)語

膨潤(rùn)土防水毯是以天然膨潤(rùn)土為原料制備的一種新型土工合成材料，不會(huì)污染環(huán)境，不會(huì)老化，使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)于不同的防滲形狀以及不均勻沉降，并有良好的自愈性，可通過膨脹機(jī)理自動(dòng)愈合結(jié)構(gòu)細(xì)小裂縫。膨潤(rùn)土防水毯既具有良好的防滲性能，又具有鋪設(shè)施工簡(jiǎn)易、成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在水利工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]劉繼武，祝和權(quán)，李海燕，等.膨潤(rùn)土系列防水材料及其應(yīng)用[J].中國(guó)建筑防水，2003(5)：9-11.

[2]鄧卓智，李樹峰.奧運(yùn)龍形水系膨潤(rùn)土防水毯防滲技術(shù)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2009(5)：63-65.

[3]周建根，明杰.膨潤(rùn)土防水毯施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2006(10)：25-26.

Application of Geosynthetic Clay Liner in Hydraulic Engineering

SHU Feng
(China National Nonmetallic Minerals Industrial Co., Ltd., Beijing 100142, China)

Geosynthetic clay liner is a kind of new environment-friendly impervious material, has good impermeability, selfhealing, convenient construction. This paper mainly introduces geosynthetic clay liner in hydraulic engineering construction method, node processing and matters needing attention.

geosynthetic clay liner; hydraulic engineering; impermeability

TV443.3

A

1007-9386(2015)02-0001-03

2014-11-17