景观湖区钠基膨润土防水毯防渗应用实例分析

张 静，刘文龙

（遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义563002）

1 工程概况

娄山关湖区工程位于贵州遵义市汇川区板桥镇境内，距城区中心35km，对外交通便利。 项目区亮石河与陈家沟汇口以上流域面积21.3km2，河长9.19km，平均比降3.44%。根据遵义市汇川区康养产业示范基地建设项目总体规划，为了保证景观湖有稳定水源补充，结合附近水资源分布情况及就近原则，景区规划范围内上游的亮石河可作为景观湖长期补水水源。 景观湖正常蓄水位945.60m，正常蓄水位水体4.50万m3，湖面面积3.00万m2。

由于娄山关湖区地基为强渗透第四系人工回填含碎块石黏土和砂卵砾石夹淤泥质黏土，地形封闭条件差，透水性强。 为形成有效的水面景观，需通过合理人工防渗措施才能保证湖区具备蓄水条件。

钠基膨润土防水毯作为一种新型环保生态复合防渗材料，以其良好的抗渗性、柔韧性、防水性和施工便捷性，在水利、生态环保等工程领域发挥着较好的防渗作用［1-3］。 钠基膨润土防水毯在娄山关湖区生态景观工程中的应用，很好地解决湖区湖底及湖岸膨润土层膨胀密实和防渗修复等难题。

2 工程地质条件

表1 岩、土工程特征及地基指标值

通过现场地质调查和工程钻探揭露，第四系覆盖层整体渗透系数较大、透水性强，工程区需通过防渗处理后才基本具备建设条件。

3 防渗形式比选

娄山关湖区地形封闭条件差，地基以含碎块石黏土和砂卵砾石夹淤泥质黏土为主，其渗透性强。只有通过工程措施及防渗处理，才具备蓄水条件保证景观湖区正常蓄水位945.60m的蓄水水面需求。 根据湖区地形地貌和已揭露的地质水文条件，优选防渗帷幕、土工膜防渗和天然钠基膨润土防水毯防渗3种防渗形式进行对比分析。

3.1 防渗帷幕

湖区位于亮石河、陈家河之间的河间地块内，属侵蚀、溶蚀低中山岩溶谷地地貌。湖区及周边覆盖层较厚，下伏基岩岩性主要以∈2-3ls白云岩、泥质白云岩为主，受岩性及构造影响，岩溶中等发育，湖区及周边出水溶洞及岩溶泉较为常见。 工程区地形封闭较差，覆盖层整体渗透系数较大，透水性强，地表水多通过覆盖层及白云岩强风化层向沟谷排泄。 若采用帷幕灌浆方式进行处理，帷幕线长1.2km（相当于在拟建湖区四周形成帷幕），帷幕灌浆孔按3排布置，每排分三序孔，工程量较大，且松散堆渣中帷幕灌浆受地下水位变幅的影响较大，施工难度大，可靠性低，故不宜采用帷幕灌浆的方式进行防渗。

3.2 湖底及湖岸采取土工膜防渗

考虑到娄山关湖区水域面积不大，水头不高，湖区覆盖层较厚，拟对湖区采用环周式铺盖土工膜的防渗方案，即：开挖到设计基面高程，采取压实处理后铺设土工膜，为便于施工和土工膜的检修，将湖底土工膜分6块铺设，在分块连接处及湖底与湖岸连接处采用C20混凝土固边与土工膜连接。为防止洪水期存在地下水顶托和避免出现气蚀、 气爆现象，应在土工膜底部铺设排水盲沟、排气钢管等实现减压排气的设施。

该方案优点是上游地表水可顺土工膜外侧向下游绕排泄，从而减少上游地表水和四周地下水抬高的水头压力；但其缺点是土工膜易损坏，施工时不能采用机械施工，只能采用人工摊铺土工膜以上的覆土保护层，施工时间相对较长［4-6］；后期维护难度大，基础不均匀沉降易拉裂破坏防渗体，同时还要避免施工中各种对土工膜的破坏行为，且若出现渗漏时，维修难度大，无法针对渗漏点进行专门维修。

3.3 钠基膨润土防水毯防渗

由于人工湖水域面积不大，水深较浅，且地下岩溶较发育。 结合湖区的地形、地质条件，尤其是较复杂的水文地质条件，经技术经济综合比选后，优选基础适应性较强的柔性材料（天然钠基膨润土防水毯）进行防渗处理，可解决湖底渗漏问题。 钠基膨润土防水毯是由经过级配的天然钠基膨润土颗粒和相应外加剂混合为原材料，经针刺工艺及设备，把膨润土颗粒固定在土工布和塑料编织布之间而制成的毯状防水卷材。 膨润土防水毯既具有土工材料的全部特性，又具有优异的防水（渗）性能［7］。将防渗帷幕、复合土工膜和膨润土防水毯3种防渗方案，从防渗效果、单位造价、施工便捷性等方面进行对比分析，成果如表2。

表2 防渗方案分析成果对比

根据表2对比成果，从技术可靠性、实施难度、投资等方面进行综合考虑，确定优选技术方案可行、投资相对较省、施工方便快捷的“湖底及湖岸采取天然钠基膨润土防水毯防渗方案”。

4 钠基膨润土防水毯防渗设计

4.1 防渗布置

为打造生态景观湖面水体范围和水深要求，经湖区土石方挖填平衡，尽量少弃土石渣，确定选择湖面正常蓄水位945.60m，湖底高程944.10m。经洪水调节计算，为了确保生态堤安全，需设溢流设施将多余湖水安全下泄，并排入下游亮石河内；另外为了便于今后运行管理及维修方便，需对湖设置放空检修设施；为保证湖面景观，需从亮石河引水。 娄山关湖区防渗主要由修建生态堤、 湖底及湖岸防渗建筑物等组成。

4.2 生态堤设计

4.2.1 防渗结构

景观湖的生态堤分布于河间地块北部，多为缓坡台地形，整体上呈北高南低、西高东低的地形。 堤坝区出露地层主要有第四系（Q）及寒武系中上统娄山关群（∈2-3ls）。 生态堤顶高程946.60m，建基面高程941.50～943.50m，最大堤高5.1m，堤顶宽均5.0m。上游坡比均为1∶2.5，上游面采用天然钠基膨润土防水毯进行防渗，坡顶周边驳岸对防水毯采取块石压头处理，防水毯表层覆50cm厚黏土保护层；下游面坡比1∶2.5，竣工后回填至其设计高程。 生态堤防渗结构断面如图1。

图1 生态堤防渗结构断面

4.2.2 填筑材料及填筑标准

根据SL274—2001 《碾压式土石坝设计规范》要求，结合坝体材料就近、就地取材的原则，堤身主体主要采用湖区清挖的砂砾石料填筑，但所清挖的表层耕植土、 淤泥或杂质含量较大的土料不能用于堤身填筑。生态堤坝壳料采用砂砾石料或碎石黏土料进行填筑，粒径大于5mm颗粒含量大于50%，最大粒径不宜大于300mm，0.075mm以下颗粒含量不应大于15%。

填筑时不得发生粗料集中架空现象，压实机具采用10～20t震动碾，铺土厚度20～30cm （10t震动碾）或50～60cm（20t震动碾），局部采用人工夯或轻型机具夯实时铺料厚度不宜大于20cm。 砂砾石料设计填筑干密度不小于2.1g/cm3，相对实度不小于0.75；碎石黏土料设计填筑干密度不小于1.9g/cm3，压实度不小于91%。

4.3 湖底及湖岸防渗设计

4.3.1 湖底防渗设计

根据湖区地形地质条件，结合湖面景观设计方案及其对水深的要求，确定采取直接开挖方式将湖底整平，湖底设计高程944.10m。 由于工程区地质条件差，岩溶中等发育，湖区及周边出水溶洞及岩溶泉较为常见，湖底需全断面铺设钠基膨润土防水毯进行防渗。 湖底防渗结构断面图，如图2。

图2 湖底防渗结构断面

防水毯以下需清挖至砂砾石基础层，超挖部分采用砂卵砾石进行碾压回填，要求相对密度不低于0.65。上部采用黏土碾压回填至943.50m高程（黏土层压实厚度不小于30cm，粒径不大于10mm），防水毯以上依次铺设黏土保护层（压实厚度不小于50cm，粒径不大于10mm）和净化装饰层（厚度10cm，粒径小于等于10cm）至944.10m。 黏土基础层和黏土保护层填筑压实度不小于85%。防水毯搭接长度不小于30cm，阴阳转角、湖底与湖岸搭接、湖岸顶部压头搭接长度不小于60cm。

4.3.2 湖岸防渗设计

湖岸铺设钠基膨润土防水毯进行防渗，根据拟定的湖岸边界结合项目实际情况，湖岸可采用生态堤和重力式挡墙两种方案。

湖岸宽缓段考虑采用生态护坡形式，坡面设计坡比为1∶2.5。防水毯以下清挖至坡面基础高程，采用黏土碾压回填至设计断面高程（黏土厚不小于30cm）后铺设防水毯，防水毯以上铺设黏土保护层（厚度不小于50cm，粒径不大于10mm）。

5 结语

为确保品娄山关湖区形成有效水面景观、 满足蓄水水面要求，结合湖区地形地貌和揭露的水文地质条件，对生态堤、湖底及湖岸防渗结构形式进行了论证分析，优选地形地质适宜性好、抗渗性优、体积小、 质量轻和经济性好的天然钠基膨润土防水毯防渗方案，为工程高效优质建设提供了技术指导。

（1）湖区地形封闭条件差，地基覆盖层较厚，渗透系数较大、透水性强，只有通过合理工程措施及防渗处理后，才具备蓄水条件，才能满足正常蓄水位945.60m景观水面需求。

（2）与防渗帷幕和土工膜防渗形式相比，生态堤和湖底及湖岸优选采用天然钠基膨润土防水毯进行防渗，其投资相对较省、施工便捷且建设工期较短，工程实际匹配性较好。

（3）钠基膨润土防水毯在娄山关湖区生态景观工程中的应用，证明其具有良好的防渗效果和生态经济效益。 项目实施后，生态景观湖正常蓄水位945.60m，正常蓄水位水体4.50万m3，湖面面积3.00万m2。 通过水面蒸发和植物蒸腾，能有效净化空气、调节气温和湿度，可为项目区营造“康养、旅居”的“人水和谐、生态自然”环境。