鈉基膨潤土防水毯（GCL）在水利防滲工程中的應用及探究

張永利

（大同市十里河水利管理處 山西大同03700 0）

鈉基膨潤土防水毯（GCL）是一種新型的土工合成材料，在水利工程中主要用于渠道、水庫、大壩的防滲。由于鈉基膨潤土防水毯與黏土、土工膜等普通防水材料比較具有整體穩定性好、抗變形強度高、防滲性能持久且生態環保的特點，在水利工程中具有很好的應用前景。大同市御河橡膠壩蓄水區水平防滲工程成功地采用了鈉基膨潤土防水毯，既保證了蓄水防滲要求，又滿足了水系生態環保要求。

1 鈉基膨潤土防水毯防滲原理及特點

1.1 原理

膨潤土的礦物學名稱為蒙脫石，天然的膨潤土按化學成分主要分為鈉基和鈣基兩大類。膨潤土具有遇水膨脹的特性，一般鈣基膨潤土膨脹時，其膨脹僅為自身體積的3倍左右；而鈉基膨潤土膨脹時，約為自身體積的15倍左右，能吸收6倍于自身重量的水。膨潤土遇水膨脹后，在受到一定的擠壓力(基層、覆蓋層及膨潤土防水毯內部纖維拉力等)作用下，分子間發生穿插排列，內部空隙縮小形成致密的凝膠結構排斥水分子，從而起到防滲作用，其滲透系數可達5.0×10-11m/s。

1.2 特點

鈉基膨潤土防水毯與壓實黏土、土工膜相比，其優越性主要表現在以下幾個方面：

①密實性與柔軟性：鈉基膨潤土防水毯在水壓狀態下形成高密度的隔水膜，厚度約5mm時滲透系數為5×10-9cm/s以下，相當于1.0 m厚壓實黏土的滲透效果；能較好地適應不同地形、適應不均勻沉降。

②持久的防水性：因為鈉基膨潤土為天然無機材料，即使經過長時間或周圍環境發生變化，也不會發生老化或腐蝕現象，并且不受凍脹破壞。

③自愈修復性：由于鈉基膨潤土和水反應時，具有15倍左右的膨脹率，即使與其結合的混凝土結構物發生沉降，也能自動修補2mm以內的裂紋。植物根系穿過、局部可能的漏點，也能自行愈合。

④環保性：膨潤土為天然無機材料，對人體無毒無害，對環境無污染，且具有獨特的透氣性能，有利于水氣交換，使水體周圍植物健康生長。

⑤簡便施工性：由于鈉基膨潤土防水毯有外裹土工織物的保護，不易被頂破或刺破而失效，對鋪設場地條件的要求比土工膜低。采用均勻的覆蓋土時，一般要求最大粒徑不超過32mm。接頭不用焊接或黏接，只需用膨潤土粉末或釘子、墊圈等進行連接和固定。保護層厚度相對?。ㄗ畋√巸H為0.5m），且可以利用開挖出的土料作為保護層回填，就地取材。

1.3 產品分類及技術性能指標

鈉基膨潤土防水毯是以鈉基膨潤土為主要原料，采用針刺法、針刺覆膜法、膠黏法加工制成的毯狀防水材料，上下兩層為土工織物，中間為鈉基膨潤土。依據國家建筑工業行業標準《鈉基膨潤土防水毯》（JG／T193-2006），按制作方法分為針刺法鈉基膨潤土防水毯（GCL-NP）、針刺覆膜法鈉基膨潤土防水毯（GCL-OF）和膠黏法鈉基膨潤土防水毯（GCL-AH）。按膨潤土品種分為人工鈉化膨潤土(A)和天然納基膨潤土（N）。單位面積質量有4000 g/m2、4500 g/m2、5000 g/m2、5500 g/m2等規格，長度一般為20 m或30 m，寬度一般有4.5m、5.O m、5.85m三種規格。

鈉基膨潤土防水毯的物理力學性能指標見表1。

表1 鈉基膨潤土防水毯的物理力學性能指標

大同市御河橡膠壩蓄水區防滲工程位于大同市御河城區段，由于該工程在治理之前，河道內形成了無數人工采砂場，采砂后形成的大坑又用城市拆遷垃圾進行了回填，基底處理相當困難；另外該工程兩岸是大同市御河生態園，是大同市民休息、娛樂場所，環保要求高。因此該工程水平防滲采用了針刺法鈉基膨潤土防水毯（GCL-NP），防水毯規格為長30 m、寬5.0 m，單位面積質量5000 g/m2（厚度約6mm）。由于河道縱坡緩（1.9‰），水流沖刷不大，防水毯覆土厚度0.5m。

2 鈉基膨潤土防水毯施工工藝

大同市御河橡膠壩蓄水區防滲工程采用了上海仁眾實業有限公司生產的鈉基膨潤土防水毯，在防水毯鋪設施工時，依據上海仁眾實業有限公司提供的《鈉基膨潤土防水毯施工方法》，結合本工程特點因地制宜采取了一系列措施，具體施工工藝敘述如下。

施工工序：基層開挖、基層處理、防水毯鋪設、搭接、質量檢查和覆蓋回填。

2.1 基層開挖

基層開挖采用挖掘機進行，開挖方向沿防水毯鋪設方向，開挖寬度8m，開挖深度為50 cm。開挖出的土方堆放在上一倉鋪設覆蓋好的防水毯上，依次類推，形成流水作業。

2.2 基層處理

基層采用裝載機平整碾壓。防水毯遇水膨脹時，需上下兩層有足夠的壓力，因此對基面平整度和密實度要求較高。必須清除表面凸出硬物、回填洼坑，如地基松軟、密實度不夠，需進行碾壓處理。由于大同市御河河道均為人工采砂后建筑垃圾回填的大坑，開挖碾壓后人工鋪10 cm厚河床過篩土，再進行碾壓，壓實度達到0.9以上。

2.3 防水毯鋪設

防水毯鋪設前地基土表面應做到沒有泥塊、積水、石塊、樹根、雜物和其他可損壞防水毯的物質。鋪設時用裝載機裝運配合人工進行平展攤開，把編織土工布（黑面）朝下，無紡布（白面）朝上，順序是沿水流方向順水搭接，即上游的防水毯搭在下游的防水毯上，在傾斜面上施工時把防水毯長的方向沿著傾斜面平行的方向鋪設，以便把下墜堆積的現象減少到最低限度。底面鋪設時平行搭接，布面適量放松并貼緊地面。

2.4 防水毯搭接

防水毯之間搭接采用平行搭接，搭接寬度橫向大于500 mm，縱向大于300 mm；搭接縫要錯開，錯縫距離大于600 mm。搭接處上下兩層防水毯之間均勻撒膨潤土粉末，用量0.6k g/m2。防水毯與上下游土堤采用“U”型錨固槽進行連接，待防水毯鋪設完成后再用黏土覆蓋壓實；與兩岸混凝土墻面連接時，使防水毯與混凝土墻面貼緊，頂部用4#扁鋼及鋼釘固定，最后在底部回填大于50 cm粉土并壓實，壓實度大于0.85。

2.5 防水毯質量檢查

防水毯鋪設完成后，建設單位、施工單位質檢員和現場監理人員必須進行詳細逐一檢查，發現有缺陷或破損的地方用記號筆做出標記。如防水毯發生破損，用大于破損缺口周圍300 mm的一塊防水毯，中間均勻撒上膨潤土粉，覆蓋在上面作補強處理。

2.6 覆蓋回填

防水毯鋪設經現場監理驗收合格后方可進行保護層回填。在防水毯上先人工鋪設20 cm后的河床過篩土后，方可進行河床土的回填，回填土厚度大于50 cm?；靥钔林饕瞄_挖土，少量外運。防水毯回填后，避免大型機械進行碾壓，須用小型挖掘機攤平，小型碾壓機進行碾壓，碾壓采用進退錯距法，碾壓方向平行防水毯鋪設方向，壓實度達到0.9以上。

3 施工注意事項

1）防水毯的儲運應防水、防潮、防強烈陽光暴曬，儲存在地勢較高的地方，地面應架空20 cm。防水毯可疊放，但不超過4層。

2）防水毯的施工應在無雨、無雪天氣下進行。施工時如遇雨、雪天氣，應及時進行遮蓋，防止防水毯防水預膨脹而失效。

3）鋪設時在防水毯上工作的人員不能抽煙、不能穿著可能損壞防水毯的鞋子或從事任何有可能損壞防水毯的活動。

4）任何設備不能直接在已鋪好的防水毯上面行駛。鋪設防水毯時，戶外氣溫不能低于0℃或高于40℃。

5）當防水毯鋪放在大于10%的坡度上，應盡可能減少沿坡長方向的搭接數量（交叉重疊）。所有坡上的防水毯必須超過坡腳最少1.5m。

6）防水毯上覆蓋的土中不得含有石灰，石灰中的鈣、鎂離子可能進入鈉基膨潤土防水毯中與鈉離子發生置換反應，從而增大防水毯中膨潤土的滲透系數。

4 結語

鈉基膨潤土防水毯（GCL）在大同市御河橡膠壩蓄水區防滲工程中的成功應用，充分證明鈉基膨潤土防水毯是一種施工成本底、施工速度快、性價比高的新型防水材料，完全適應于當代高效快捷的現代化施工節奏。但對鈉基膨潤土防水毯的施工，目前尚無國家性的規范，其施工技術和在水利工程建設中的應用效果還有待廣大水利工作者進一步研究探討。