膨润土防渗毯在干旱河生态修复中的应用探索

摘要：膨润土防水毯既具有土工材料的特性，又具有优异的防水性 能。本文以膨润土防水毯在滹沱河综合治理中的应用为例，分析膨润土防水毯在华北干旱河道生态修复的作用，并介绍了基面处理、材料裁剪、节点处理等关键环节，介绍了重点、难点以及不同部位的施工要点。

关键词：膨润土防水毯；干旱河道；生态修复；防渗

Abstract: the properties of bentonite waterproof blanket has the geotechnical materials, and has excellent water resistance to. In this paper the application of bentonite waterproof blanket in the comprehensive management of Hutuo River as an example, analysis of the effects of bentonite waterproof blanket in ecological restoration in North China in arid river, and introduces the key links of surface treatment, material cutting, node processing, introduces the emphasis, difficulty and different parts of the key points of construction.

Keywords: bentonite waterproof blanket; drought River; ecological restoration; seepage

中图分类号：TU592文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

1.研究背景

随着当前社会经济的迅速发展及城镇化的快速推进，人们生产生活用水量迅猛增加，因此对河流水资源的索取与日俱增，很多河流上游修建了水库，将河流拦腰截断，河流水量急剧减少。在我国华北地区，大量水库的修建对河流的影响尤为显著，造成了大量季节性河流，河流下游大部分时段断流。

河流水量的减少使得河道内原本稳定的生态系统被打破，生态环境逐步恶化，地表干旱沙化严重，原本水草茂密、生物繁多的场地变成荒滩地甚至垃圾堆放地。沙化的河床成为城市多风季节扬沙的源头。水量的减少造成河道两侧动植物资源急剧减少，动植物资源的破坏反过来又进一步影响河道的涵养水源能力，河道生态环境陷入恶性循环。针对干旱沙化河道生态环境已陷入恶性循环的现状，通过适量的人为干预对其进行生态修复势在必行。

在北方干旱河道的生态修复中往往面临着生态环境用水量的不足，除充分利用雨水收集及城市中水外，节水、蓄水也是必要措施。从维护生物资源稳定性角度考虑，河道中央深水区域应考虑结合水文情况设计一定范围的常年储水区域，形成水生动物资源的保护场所。储水区域防渗体的选择成为先决条件，防渗材料既要防渗，又要不阻断生物相互交融的通道。目前，膨润土防水毯（GCL）是一种既经济又绿色环保的防渗材料。

2.项目概况

滹沱河是子牙河流域的两大水系之一，发源于山西省繁峙县, 东穿太行山脉进入我省平山县，经岗南、黄壁庄水库，穿过石家庄市区北部，是石家庄市最大、最主要的行洪河道，被誉为省会的“母亲河”。上世纪七十年代中期以来，由于上游来水减少等原因，滹沱河市区段河道常年断流，生态环境逐步恶化；区域内林地减少，河床沙化日益严重，成为市区主要沙尘污染源；无节制挖沙取土使河滩千疮百孔；非法倾倒建筑及生活垃圾，使得滹沱河河滩渐渐变成了一条满目狼藉的垃圾带，对省会生态环境构成了严重威胁。

为提升城市品位、拓展城市空间、打造生态城市，石家庄市总投资62.34亿元的滹沱河综合整治工程于2007年11月11日启动。规划整治范围西起黄壁庄水库，东至藁城东界，全长70公里。整个工程分三期实施，一期为南水北调中线至太行大街，全长16公里；二期为太行大街至藁城东界，全长30公里；三期为黄壁庄水库至南水北调中线，全长24公里。

在一期工程规划中，河道中央区域为水体保存区，应形成相对集中且具有一定深度的核心水体，确保枯水期的存水功能及对水生动物的保护功能；水体保存区的建设与河槽整治相结合，通过填埋现状砂坑整理河底，形成较规则平整的河床，同时满足低标准洪水（10年一遇）的行洪需求，通过橡胶坝或土坎、河岸（滩）防护及河道防渗等措施形成完整水体保存区。

河道防渗面积较大，所需防渗材料工程量较大；河道防渗区多为大小、深浅不一沙坑回填形成，势必造成地基沉降不均，因此，防渗材料的选择对工程造价及工程正常发挥作用影响较大。

3.防渗材料的比较选择

滹沱河防渗区要求防渗材料具有以下特点：防渗功能好、对地形及沉降变形适应性强、自愈能力强 , 容易修复等特点。

目前，人工防渗措施一般包括:

（1）混凝土及浆砌石等硬质材料防渗

这种防渗措施比较适用于水体规则、水面区域面积较小的人工湖工程，使用年限一般可达30～50年。硬质材料防渗的优点是防渗防冲性较好，耐久性较强，但大范围应用的缺点是工程造价高。

（2）粘性土防渗

粘性土防渗属于传统的防渗方法，对于有优质粘性土的地区具有投资省、工艺简便的特点，并且有利于生态的交换，使用年限一般为25年左右。粘土防渗所需的厚度较大，因而总工程量大，适合能就地取材的情况。滹沱河沿岸地区土源较为缺乏，南水北调石家庄市区段的弃土将大量用于筑堤、景观建设，因此获取满足防渗的优质粘土的成本较高。

（3）土工膜防渗

土工膜防渗具有渗透系数小、施工简便、工程造价低的特点，在上世纪九十年代前曾广泛用于水利工程防渗。由于土工膜属于非降解材料，将完全隔断水力联系，属生态不友好型防渗措施，在近年来的河湖防渗应用中越来越少。另一方面，一旦土工膜的连接不牢或施工过程中形成破损，防渗效果也难以保证。

（4）膨润土防水毯（GCL）防渗

膨润防水毯是一种土工合成材料，由高膨胀性的钠基膨润土填充在特制的复合土工布和无纺布之间，近年来广泛用于人工湖泊水景、垃圾填埋场等防渗工程中。防水毯是用针刺法制成的膨润土防渗垫，形成许多小的纤维空间，遇水时在垫内形成均匀高密度的胶状防水层，有效的防止水的渗漏。GCL的防渗性能介于粘土防渗和高分子材料（土工膜）之间。GCL使用钠基膨润土，遇水时吸附自身重量五倍的水，体积膨胀到原来的15～17倍以上，将钠基膨润土锁在两层土工合成材料中间，起保护和加固的作用，使GCL具有一定的整体抗剪强度，能够适应地基变形。膨润土为天然无机材料，对人体无害无毒，对环境没有特别的影响，具有良好的环保性能。

滹沱河河道防渗工程具有工程范围大、地形条件复杂的特点。综合各种防渗措施的优缺点，大部分防渗河段采用膨润土防水毯防渗。

4.设计要点

在回填整理后的河底上铺设垫层，垫层厚度原基开挖区内为0.30m，沙坑回填区为0.80m，垫层采用粘粒含量为10%～20%的南水北调开挖土料。

垫层上铺设膨润土防水毯，采用重5000g/m2的钠基膨润土防水毯，每幅尺寸为6×30m，膨润土防水毯上为压实的土层，其中岸线附近厚度0.70m，河道内0.50m，之间以1:10比降过渡，利用粘粒含量为20%～30%的南水北调开挖土料。

5.施工要求

(1)膨润土防水毯铺设

膨润土防水毯铺设应避免在有水或雨天施工。

按编织土工布（黑面）朝下，无纺布（白面）朝上铺设。铺设时将每卷防水毯用吊车按要求就位然后用人工平展摊开。

底面铺设时应平行搭接，水流上游（西）的防水毯应压在下游（东）的防水毯上面，不可张拉过紧或褶皱，应适量放松并紧贴地面。

河岸斜坡上防水毯，只能纵向搭接，不得横向搭接。

搭接宽度（二层重叠处）纵、横向均为50cm，二层重叠间必须均匀撒上膨润土粉或均匀涂抹膨润土胶泥。

防水毯铺设应与上部土层施工同步进行，防水毯铺设结束后，立即进行上部土层的施工，避免铺设好的防水毯空置时间过长。

在铺设时，如遇下雨，应用遮雨材料迅速覆盖；雨水较大，膨润土膨胀超过300%时，须换产品并重新铺设。

铺设时，严禁有明火或烟头置于防水毯任何一面上。

(2)防水毯的固定

防水毯铺设采用顶部固定，在斜坡顶四周开挖锚固沟，锚固沟深宽度约600mm，把防水毯埋入沟底再用浆砌石覆盖压实。

外形奇异不规则部分的接缝除用膨润土粉加固外还需在接缝外表涂抹浆状膨润土加强。

两头终结部位均要用锚固杆方法固定。GCL的锚杆部位要固定在水平面最上部，并要固定牢固。

6.结语

滹沱河综合整治工程一期工程河道中央水体保存区中的膨润土防水毯的应用，降低了工程造价。施工中 ，认真把握了施工过程的每一道关键环节 ，尤其重视各细部节点的处理 ，保证了工程质量 ，得到了各方的一致好评。 从工程完工后滹沱河一期工程蓄水保水的情况来看，膨润土防水毯发挥了良好的防水作用，在今后华北干旱河道生态修复中值得借鉴推广。

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