膨润土防水毯在水利工程中的应用

舒 锋

(中国非金属矿工业有限公司，北京 100142）

【开发利用】

膨润土防水毯在水利工程中的应用

舒 锋

(中国非金属矿工业有限公司，北京 100142）

膨润土防水毯是一种新型环保防渗材料，具有良好的抗渗性、自愈性，施工方便。本文主要介绍膨润土防水毯在水利工程中的施工方法、节点处理和注意事项。

膨润土防水毯；水利工程；防渗

1 膨润土防水毯概况

发展水利工程不仅能满足人民生活和工农业生产发展的需要，而且能更多地为保护和改善环境服务。防渗是水利工程的关键所在，选用天然环保的防渗材料已是共识。膨润土防水毯(Geosynthetic Clay Liner，简称GCL)是一种新型的环保防渗材料，它是由两层土工布通过特殊的针刺工艺，将级配过的膨润土颗粒包裹起来，做成的毯状防水材料，是在压实性粘土衬垫的基础上发展而来的新一代膨润土防水材料。膨润土防水毯最早在1986年美国的一座垃圾填埋场衬垫系统中应用，大约在同一时期，德国也研究应用了膨润土防水毯产品，并成功地应用于运河衬垫系统、垃圾填埋场衬垫等。20世纪90年代膨润土防水毯在国内许多工程中开始应用，并取得了良好的防渗效果。目前国内膨润土防水毯被广泛用于水利工程、地下工程、人工湖、垃圾处理场、隧道、楼顶花园等。

1.1 防水原理

膨润土属于蒙脱石系的粘土矿物，钠基膨润土具有很高的膨胀性，一个小颗粒在实验室条件下遇水可以膨胀24倍以上。当膨润土防水毯遇水时钠基膨润土膨胀，在受到一定挤压力(来自基底、临时保护层、回填土以及防水毯内部纤维拉力等)作用下，分子之间发生穿插排列，内部空隙缩小，形成致密的凝胶结构层，水分子无法透过，从而起到防水作用。来自两侧的挤压力越大，致密程度就越高，防水效果就越理想。

1.2 主要技术指标

根据行业标准JG/T193-2006《钠基膨润土防水毯》，膨润土防水毯的主要物理性能指标见下表。

膨润土防水毯主要技术指标

1.3 产品主要特性

(1) 防渗性能优异：膨润土防水毯以水止水，具有很高的抗静水压力。

(2) 施工简便：对基层要求低、自然搭接，不受施工环境温度的限制，负温下也可施工，是现有防水材料中施工工期最短的。

(3) 独有的自愈性：利用膨润土遇水膨胀的性能，实现防水层缺陷或破损的自动“愈合”。

(4) 抗变形能力强：采用自然搭接，适应基础不均匀沉降。

(5) 耐久、环保性：膨润土属于无机材料，不老化，耐久性好，寿命长。

(6) 特有的透气性：有利于水气交换。

(7) 根系可穿刺性：植物根系可穿透膨润土防水毯，穿刺而不破坏防水层。

(8) 抗冻胀破坏性：可以避免冻胀对防水层的破坏，保证防水效果完美如初。

2 施工工艺及节点处理

2.1 施工工序

膨润土防水毯的施工便捷，具体施工工序为：基面平整、清理→施工准备、防水毯剪裁→防水毯铺设→保护层施工。

(1) 基面平整：基层平整、无异物、无明水、无空洞和裂缝，夯实度85%以上。

(2) 施工准备：准备膨润土密封粉、密封膏、水泥钉等施工辅料和施工所需的相关器具。

(3) 膨润土防水毯铺设：按照先立面，后底面的顺序进行铺设；以品字形分布，必须避免十字形叠口出现；铺设时膨润土防水毯的无纺布对着迎水面；膨润土防水毯应自然松弛与基层贴实，不宜折褶、悬空；铺设过程中应随时检查膨润土防水毯的外观有无破损、孔洞等缺陷。

2.2 保护层施工

保护层是保证膨润土防水毯防水效果非常关键的环节，必须符合下列要求：①铺设施工完的膨润土防水毯，必须于当日(保证不被水淋湿)完成保护层的施工；②底面保护层为混凝土时，厚度应≥200mm；③底面可以直接用土回填，所有回填土宜用过筛后的土，不得含有粒径10mm以上的石子等杂物。回填土必须进行夯实(或压实、振捣等)，回填土的密实度应＞85%，且夯实后的厚度≥300mm，在夯实、压实过程中，注意不要损坏膨润土防水毯，如有损坏，应及时进行修补；④护岸不可直接用土回填，避免流动水的淘蚀作用破坏保护层；⑤底面保护层为砂浆与卵石或其他材料复合时，总厚度应≥200mm，其中砂浆厚度应≥120mm，防止砂浆因膨润土防水毯膨胀开裂。

2.3 节点处理

(1) 固定方法。

膨润土防水毯一般要求采用水泥钉和直径≥3cm的铁垫片固定， 钉孔部位要涂抹膨润土密封膏进行处理，在立面和斜面的钉距一般控制在50cm左右，平面仅在搭接部位固定即可。要求垫片紧压在膨润土防水毯表面且不得破坏覆面材料。当采用射钉枪固定时，由于基层强度的不同有时会造成膨润土防水毯固定部位被击穿，因此对于喷射混凝土、现浇混凝土等不同的基面应根据具体情况采用可调节冲击力大小的射钉枪或人工锤钉固定。

(2) 穿墙管处理。

对于穿墙管或构筑立柱，首先在管道或构筑立柱周围均匀撒布膨润土密封粉或涂抹膨润土密封膏，然后裁切以管道或构筑立柱直径加500mm为边长的方形膨润土防水毯，在其中心裁剪直径与管道或构筑立柱外径等同的孔洞，修理边缘，以便使之紧密套在管道或构筑立柱上。在管道或构筑立柱周围与膨润土防水毯的接合处均匀撒布膨润土密封粉或涂抹膨润土密封膏，如图1所示。

图1 穿墙管的处理

其他形状穿透防水层的构筑物的加强防水处理应按构筑物形状裁剪，以便施工。进行铺贴的同时，必须在膨润土防水毯上层做临时保护，防止提前吸水膨胀。

(3) 阴、阳角部位处理。

护岸立面施工的阴、阳角处应做成圆弧形或钝角。阴、阳角部位应先裁剪500mm宽度的膨润土防水毯做加强处理，然后再进行大面的铺设。驳岸立面上铺设时，为避免其不贴实，可用25mm长钢钉加垫片将其固定，也可直接用砖石预压，如图2所示。

图2 基层阴、阳角部位的加强处理

(4) 搭接部位处理。

膨润土防水毯应尽量避免在立面和坡岸搭接。如

果必须在立面和坡岸搭接，则应按照高处的膨润土防水毯在外侧，低处的膨润土防水毯在内侧(紧贴在墙面上)进行施工，以防止回填土时有异物进入搭接缝。膨润土防水毯在立面施工搭接时，接缝处应用膨润土密封膏进行密封处理，如图3a搭接部立面示意图所示。

膨润土防水毯平面搭接宽度应≥200mm，在搭接底层膨润土防水毯的边缘75mm处撒上膨润土密封粉，其宽度为50mm、重量为0.5kg/m。遇有大风天气时，应使用膨润土密封膏进行密封处理，如图3b搭接部平面示意图所示。

图3 搭接部位处理示意图

(5) 破损修补处理。

发现有破损或孔洞等缺陷时，应及时用膨润土密封粉(膏)修补，并用破损部位周边放大200mm以上的膨润土防水毯进行局部覆盖修补，边缘部位按搭接的要求处理，如图4所示。

图4 破损修补示意图

(6) 驳岸部位处理。

立面(驳岸)保护层为砌砖石时，厚度应≥200mm，务必边砌筑，边用水泥砂浆填充砖石与膨润土防水毯之间的缝隙，如图5所示。

2.4 施工注意事项

图5 驳岸部位处理示意图

(1) 储运应防水、防潮、防强烈阳光爆晒，储存时地面应采取架空方法垫起，运至现场的应在当日用完。

(2) 施工应在无雨、无雪天气下进行。施工时如遇雨、雪天气，应及时对膨润土防水毯进行遮盖，防止提前吸水膨胀。

(3) 在进行下道工序或相邻工程施工时，应对已完成工序进行妥善保护，不得有任何人为损坏膨润土防水毯的行为。

(4) 应尽量避免穿钉鞋、高跟鞋在膨润土防水毯上踩踏；车辆等机械不得碾压膨润土防水毯。

(5) 铺设、搭接和收口应符合设计要求和施工规范，并做到牢固稳定，无空鼓、损伤、滑移、翘起和皱折等现象。搭接长度≥100mm。

(6) 铺设完毕验收合格后，应尽快进行土的回填或混凝土板的铺设，避免践踏坏。回填时为防止膨润土防水毯的损坏，回填土中不能含有粒径＞10mm的碎石，回填土夯实后的厚度应≥300mm。回填土应分级回填夯实，压实度＞85%。

3 工程案例

3.1 北京奥林匹克森林公园龙形水系防水工程

龙形水系既是奥林匹克公园的重要景观之一，又是具有特殊功能的人工河道。龙形水系总长2.7km，水面宽度25～150m，总水面面积18.3万m2，其中7万m2为建造在地下空间之上。所以龙形水系的防水和防渗材料选用非常关键，既要考虑水系本身的自净呼吸功能，为水中的动植物营造一个共生的生态系统，又要考虑到水系与岸边植物的沟通功能。经过比较和论证，选用膨润土防水毯作为防渗材料，龙形水系底部铺设膨润土防水毯后，上面覆盖300mm素土并夯实作为保护层，最上面为400mm种植土。

龙形水系防渗工程已于2007年10月完工，并蓄水运行，经过多年的检验，事实证明防渗效果良好。

3.2 南水北调配套工程团城湖调节池工程

团城湖调节池位于北京市海淀区四季青镇玉泉村，是南水北调来水向北京供水的关键工程，连接着南水北调来水和北京当地密云水库两大水源。调节池的调蓄容积127万m3，水面面积为33万m2。由于工程所在地地层渗透性较强，采用膨润土防水毯对调蓄水池进行防渗处理。

团城湖调节池工程已于2014年9月26日正式通过蓄水验收，具备南水北调中线通水后蓄水条件。

4 结语

膨润土防水毯是以天然膨润土为原料制备的一种新型土工合成材料，不会污染环境，不会老化，使用寿命长，适应于不同的防渗形状以及不均匀沉降，并有良好的自愈性，可通过膨胀机理自动愈合结构细小裂缝。膨润土防水毯既具有良好的防渗性能，又具有铺设施工简易、成本低等优点，使其在水利工程中具有广阔的应用前景。

[1]刘继武，祝和权，李海燕，等.膨润土系列防水材料及其应用[J].中国建筑防水，2003(5)：9-11.

[2]邓卓智，李树峰.奥运龙形水系膨润土防水毯防渗技术[J].水利规划与设计，2009(5)：63-65.

[3]周建根，明杰.膨润土防水毯施工技术[J].施工技术，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