钠基膨润土防水毯在人工湖生态景观防渗工程中的应用

车向群

(辽宁省本溪市水务事务服务中心，辽宁 本溪 117000)

1 工程概况

湖泊景观水体作为城市生态系统的基本组成，是提升城市形象和人居环境的重要组成部分。人工湖体通常其自净能力较差、生态系统结构也较脆弱，容易受到外界诸多不确定因素影响[1]。因此，如何让大面积水面长期维持在一定水位，确保湿地生态具备可持续良好发展态势，解决人工湖湖底及湖岸渗漏问题，具有非常重要的工程实践应用研究意义[2- 3]。

金田湖工程位于柳州市雒容镇境内，距柳州市中心33.2km，对外交通便利。根据柳州出口加工园区总体规划，为确保人工湖生态景观有稳定充足水源供水，结合雒容镇主要河流分布情况，按就近补水原则，优选洛清江作为人工景观湖长期补水水源。人工景观湖湖面面积约2.86万m2，正常蓄水位为88.50m，平均水深1.6m，水体约4.58万m3。金田湖区内沉积较厚的第四系砂卵砾石夹淤泥质黏土为主的松散层，且地形封闭条件不佳，湖底及两岸渗透性强，渗漏严重。为满足金田湖湖区雨洪调蓄功能，长期维持一定蓄水水位形成有效的水面景观，需采取合理防渗材料和防渗体系对湖区进行改造。钠基膨润土防水毯是将膨润土通过针刺法、针刺覆膜法和胶黏法将其均匀织在土工膜或黏结到高密度聚乙烯板上生产的毯状织物，遇水后膨润土膨胀在防水毯两面形成均匀防水层，隔绝水的入侵。膨润土防水毯相比水泥土防渗、混凝土防渗、膜料防渗等防渗材料，不能降解散和老化等问题，具有防渗性能优异、柔韧性好、自愈功能强、施工便捷和综合造价性价比高等优点，作为一种新型环保防渗材料，在人工景观湖工程中的应用能兼顾防水防渗、密封隔离、水景生态和环保等要求[4- 7]。

2 防渗方案优选

金田湖湖区地基渗透性强、地形封闭条件较差，为满足水生态景观蓄水水位要求，必须对湖底及湖岸采取合理防渗处理。目前，水利工程中多采用混凝土防渗、水泥搅拌桩防渗墙、土工防渗膜、高喷灌浆等防渗措施。根据湖区地形地貌、地质条件及生态水循环等技术要求，设计优选水泥搅拌桩防渗墙、复合土工膜防渗和膨润土防水毯防渗3种方案进行比选。

2.1 水泥搅拌桩防渗墙

沿人工湖四周布设一道垂直防渗体，将湖区全部包络其中。金田湖湖区处于溶岩低洼地势，沉积较厚第四系砂卵砾石夹淤泥质黏土为主的松散层。受岩性及裂隙影响，岩溶高度发育，湖区及四周分布着较多出水溶洞及岩溶泉。湖区地形整体封闭性不佳，地质揭露松散覆盖层渗透系数均较大，整体透水性较强。若采用水泥搅拌桩防渗墙形成防渗帷幕，其防渗墙轴线长约2.1km，工程量较大，且松散覆盖层防渗帷幕灌浆受地下水位变幅的影响较大，施工难度大，工期较长，综合投资较高，故不宜采用水泥搅拌桩防渗墙进行防渗加固处理。

2.2 复合土工膜防渗

考虑到金田湖区水域面积不大且蓄水水位不高等特点，沿湖底及四周边坡采用复合土工膜进行防渗，即：通过挖掘设备开挖至设计基面，经压实后铺设0.03cm厚土工膜，并在膜上浇筑15cm厚C20素混凝土防护。复合土工膜方案其优点是施工技术成熟，管理维护简单，综合投资效益高[8]。但土工膜施工时和后期运行中容易出现异物顶破、基础沉降拉裂等破损问题，防渗质量和防渗效果控制难度大。同时，复合土工膜敷设后，完全割断了湖区地下水和地表水间的水力联系，地下水补充通道被阻断，且土工膜为非降解材料，属生态不友好型防渗材料[9]。

2.3 钠基膨润土防水毯防渗

湖底和四周边坡采用钠基膨润土防水毯防渗，由于湖底基层以卵石为主，为确保防水毯防渗性能的正常发挥，在防水毯上、下各铺设30cm和50cm厚黏土，并充分压实。防水毯选用GCL-NP型针刺法钠基膨润土防水毯，即：在塑料扁丝编织土工布和非织造土工布间通过针刺填充高膨胀性钠基膨润土而成的毯状防渗材料。防水毯单位面积质量≥5000g/m2，渗透系数≤5.0×10-11m/s。钠基膨润土防水毯既有常规土工材料基本特性，又具有优异的防渗性能，且钠基膨润土不影响水生植物根系生长，水生态环境影响较小，绿色环保。

将水泥搅拌桩防渗墙、复合土工膜和钠基膨润土防水毯3种防渗方案，从工程施工、综合投资、运行管理、生态环境影响等方面进行综合比较，见表1。

从表1可以看出：①水泥搅拌桩防渗墙方案，施工技术可靠、防渗耐久性好、对湖区生态环境影响也较小，但施工工作量大、难度大且工期长。防渗墙埋入地下后，质量缺陷修复难度大，综合投资也最高；②复合土工膜防渗方案虽然综合造价最低、防渗耐久性也较好。但其防渗施工质量控制难度大，敷设后完全阻断区域水力联系，属不友好型防渗材料；③钠基膨润土防水毯防渗方案，具有地基适应性强，天然无机矿物近自然生态环境，防渗耐久性强。防水毯若被水生植物根系破坏后，其修复性也较强，局部破损维修方便。经技术可靠性、工程施工条件、运行检修和投资等多方比选、论证，确定优选天然钠基膨润土防水毯防渗方案，满足金田湖工程景观水位和生态环保要求。

3 防水毯防渗方案设计

防渗方案以维系湖区水生态系统的良好循环为前提，为打造生态景观湖面水体范围和水深要求，金田湖湖区防渗主要由湖岸生态堤和湖底防渗两部分组成。

3.1 湖岸生态堤设计

将湖区超挖0.5m厚，经挖填平整处理。为尽量减少弃土石渣量、实现土石挖方回用，填筑材料以开挖砂砾石为主。基础层先铺填30cm厚黏土，压实后铺设天然纳基膨润土防水毯，其上铺填50cm厚黏土保护层，逐层铺填压实，具体做法如图1所示。

3.1.1防渗结构

湖底夯实卵石基础，建基面高程84.50～86.20m；生态景观正常蓄水位88.50m，平均水深1.6m；堤顶高程89.50m；背水面开挖土石方回填至89.00m；堤顶平均宽5.5m，平均堤高2.6m，

表1 湖区防渗方案综合比选

图1 生态堤防渗结构断面

图2 湖底防渗结构断面

最大堤高4.8m；迎水面和背水面堤坡均为1∶2.5。迎水面采用30cm厚夯实黏土作为基础层，采用天然纳基膨润土防水毯作为防水层，采用50cm厚夯实黏土作为保护层，土石碴夯填压实度≥0.92。为确保生态堤运行安全，设置DN200排水盲管进行堤顶及堤坡排水。

3.1.2填筑材料及填筑标准

湖底及边坡开挖验收合格后，采用振动碾进行地基夯压实。根据SL 274—2001《碾压式土石坝设计规范》要求，为尽量减少土石渣弃量，结合生态堤主体结构，考虑采用土石方开挖过程中清挖的砂砾石料作为堤坝填筑材料，但需清理砂砾石料中的淤泥杂质、腐殖土和表层耕植土[10]。由于堤坝特殊的生态结构，其壳料采用砂砾石料(干密度≥2.5g/cm3，相对压实度≥0.80)或碎石黏土料(干密度为≥2.1g/cm3，压实度≥0.92)进行夯实填筑，要求其粒径≤300mm，≤0.075mm粒径颗粒含量应≤15%；≥5mm粒径颗粒含量应≥50%。填筑料压实过程中，铺土厚度20～30cm采用10t振动碾碾压，速度控制在2.0km/h；铺土厚度50～60cm采用20t振动碾碾压，速度控制在1.5km/h。

3.2 湖底防渗设计

由于湖区特殊的岩溶特性，存在较多出水溶洞和岩溶泉，为了维持生态景观水位，采用天然钠基膨润土防水毯对湖底进行全断面防渗处理，具体做法如图2所示。

湖底需清挖至砂砾石基础层以下0.5m，超挖部分采用砂卵砾石压实回填。砂砾石基础以上分别为30cm厚黏土基础层、天然纳基膨润土防水毯防水层、50cm厚黏土保护层和10cm厚卵石净化层。黏土基础层和黏土保护层其夯实度应≥85%。防水毯搭接长度应保持在30cm以上，搭接处边缘向搭接部分延伸10cm均匀撒布或涂抹膨润土密封粉。防水毯应以自然松弛状态与基层贴实，阴阳转角处、湖底岸搭接及堤顶压接头其搭接长度应在60cm以上。防水毯铺设完成后应及时进行保护层施工，避免雨水或意外来水引起防水毯提前遇水膨胀。

4 结语

钠基膨润土防水毯作为人工湖防渗工程中一种生态环保、经济耐用和防渗性能优越的新型防渗材料，在金田生态景观湖防渗工程中的应用，取得很好防渗效果和生态经济效益。

(1)湖区地形地质条件较差，地表及地下岩溶形态高度发育，水溶洞及岩溶泉较多，透水性强，渗漏严重。为确保人工湖生态景观水位要求，必须采取地质适应性强、防渗效果好的防渗措施进行处理后，才具备持续稳定蓄水条件。

(2)与常规水泥搅拌桩防渗墙垂直防渗和复工土工膜防渗相比，天然钠基膨润土防水毯方案在地形地质适应性、生态环境影响度、运行管理和投资经济效益等方面均较优。

(3)金田人工湖在2018年8月完成蓄水，至今湖区水位变幅不大，湖水蓄水能力较强。项目实施后，生态景观湖水位能够长期保持在88.50m正常蓄水位，增加水体面积约4.58万m3，湿地面积5.23万m3。通过水面蒸发和植物蒸腾，能达到调节气候、涵养水源和净化空气等作用，营造了“康养、宜居”的“人水和谐、生态自然”的水生态水景观水环境。