哈尔滨某人工湖防渗项目工程中防渗材料的筛选

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哈尔滨某人工湖防渗项目工程中防渗材料的筛

选

　　摘　　　　要：　在我国，人工湖防渗材料主要采用粘土、钠基膨润土防水毯(Geo-synthetic　Clay

　来源：水利技术监督作者：何莹,历宇琪

Liner,　GCL)及土工膜。文章就东北极寒地区哈尔滨市松北区某人工湖的防渗项目工程，对三种

材料在实际工程中的应用中进行了比较，结合地区性气候问题和施工周期，选择钠基膨润土防

水毯为人工湖的主要防渗材料。可为同地区人工湖防渗材料选择提供参考。

　　　关键词 :　　　　　钠基膨润土防水毯;粘士;土工膜材料;防渗结构;人工湖;

　　近年来，随着城市的发展升级，城市水环境愈发受到重视，城市水面积占比对于城市生态

和谐的促进具有重要意义。POD　模式(Park　Oriented　Development)成为当前热门的城市开发模

式，该模式以城市公园等生态基础设施为导向，通过依托水系、湖泊、湿地等生态景观开发新

城或社区，提升区域生活品质和居住环境，带动新城发展。人工湖作为城市环境的重要组成部

分，也愈发得到垂青。因水资源的珍贵与国家对于水资源节水要求的提高，对人工湖防渗的要

求也越来越高，因此，研究防渗材料在不同地区、不同工况下的应用，对于未来设计及施工的

指导具有重要的意义。

　　 1　、常用防渗材料

　　人工湖各类防渗材料的防渗原理大体相同，均以不透水材料隔断人工湖漏水通道，以达到

防渗的目的。人工湖较为常用防渗材料主要有黏土、膨润土防水毯、土工膜、混凝土铺盖等。

本文仅对粘土、膨润土防水毯及土工膜在人工湖的应用进行比对。

　　 1.1 　、粘土

　　由于储量丰富、取材方便、工艺简单等特点，粘土在我国有着悠久的应用史。粘土作为常

用防渗材料，具有良好的防渗性。然而，干燥、冻融、温度梯度和不均匀沉降等原因都有可能

成为粘土防渗层产生裂隙的原因，从而使其失去防渗能力。尤其在东北地区，冬季气温可达

到-30℃,随着土体中的水分冻结变成冰，土体发生膨胀，最终发生冻胀破坏，造成防渗层渗

漏。

　　若工程当地具有合适的粘土资源，可就地取材，并在防渗抗冻要求并不高的情况下，采用

压实粘土的防渗方法，综合费用较低。

　　 1.2　、膨润土防水毯

　　膨润土防水毯按材料可分为钠基膨润土和钙基膨润土，本文所指GCL 为钠基膨润土防水

毯。膨润土防水毯是通过针刺、粘接或缝合工艺将土工布和膨润土复合在一起的一种复合防渗

材料[5]。起防渗作用的是以蒙脱石为主要成份的膨润土。膨润土可吸附数倍于自己体积的水

量，吸水膨胀至二十多倍于自己的体积。高钠膨润土在遇到水的情况下会形成密度比较高的粘

稠状胶体横向防水层，这个防水层大约有3mm 厚，它的防水性相当于是30cm 厚度粘土防水性

的100 倍，抗渗的静水压能够达到 1.0MPa 以上，抗渗性能非常强，GLC 的防渗性能还与单位

面积含土量以及防水毯内的膨润土是否分布均匀密切相关。

　　相比于水泥土防渗、混凝土防渗、膜料防渗等防渗材料不能降解和老化等问题，膨润土防

水毯具有防渗性能优异、柔韧性好、自愈能力强、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[7]。GCL 还具备良好的抗冻融循环的能力，但其抗干湿循环的能力较差。

　　 1.3 　、土工膜

　　土工膜防渗应用可追溯至 20 世纪 30 年代，聚氯乙烯薄膜进行游泳池防渗处理。随着近几

十年建筑行业快速发展，土工膜防渗应用得到了爆发性增长。常见材质由聚乙烯(PE)、聚氯乙

烯(PVC)、高密度聚乙烯(HDPE)等多种材质。

　　土工膜的防渗系数较高，化学稳定性较强。其具有良好的耐热性和耐旱性。相对密度

0.918～0.965,随着密度上升，机械性能和阻隔性能会相应提高，耐热和抗拉强度也可能更高。

其中，HDPE 土工膜具有较高的稳定性，甚至在高温下，也具有良好的耐水性。特点有耐老

化、施工速度快、渗透系数小等，并且其具有适应地基变形的能力，在环保、水利、市政、园

林、水产养殖等领域广泛的进行应用。三种防渗材料的特点见表 1。

　　 2 　、工程方案对比

　　 2.1　、工程施工重难点

　　粘土施工简单、取材方便、工艺成熟，但工程量最大，土方挖方及回填量大，压实要求相

对较高。粘土材料只有在当地具有合适资源时，建设费用会明显下降，仅有少数种类的粘土能

够具有较低的渗透系数，且要求含砂比例小于25%,这种性能的粘土并非随处可得。粘土长距

离的土方运输也会增加工程总成本。

　　 GCL 在施工过程中无需粘结或者加热，仅需采用膨润土粉末、垫圈及钉子等工具进行固定

和连接。因其界面摩擦特性较好，在陡坡处进行处理也较方便，并可保证接缝处的密封

性。GCL 具备较强的适应性，因其自愈能力，对场地平整度要求较低，便于快速施工。GCL

材料施工重难点在于如何防止膨润土水化失效及施工接驳。

　　土工膜有着极好的防渗效果，但其对场地平整度要求极高。土工膜材料施工重难点为防止

材料老化和防水材料接驳。与 GCL 的接驳施工不同，GCL 为由上向下接驳，而土工膜为由下

“ ” “ ” “向上接驳。接驳过程中，影响土工膜焊接质量的主要因素是漏焊、焊缝灼伤和充气试验漏

”气,工序较为复杂。

　　本工程为人工湖工程，工程施工接驳较多，同时边坡处施工难度大，工艺复杂。三种防渗

材料中，粘土防渗的土方量最大，GCL 与土工膜材料除挖方、填土、压实外，均需进行防护、

锚固及接驳。同时，三种材料施工过程均受天气影响较大，其中 GCL 材料严禁带水作业，防

止膨润土水化失效，GCL 与土工膜材料施工时如遇雨应及时用塑料薄膜进行遮盖防护。

　　 2.2　、各工程材料施工周期

　　粘土需反复压实，压实遍数较其他材料显着增加，工程周期长。其他两种防水材料的施工

技术目前已相当成熟，施工均不需要大规模的施工机械及大量人力。相比于其他防水材料的施

工周期，膨润土防水毯的施工工期是相对较短的。采用膨润土防水毯的防渗工程在施工完成后

不需要进行特别的检查，如闭水试验等，如果在实际施工过程中出现一定的缺陷也很容易进行

修补，节约了工程整体周期。

　　 2.3　、综合比选结果

　　综合以上因素，并结合哈尔滨地区冬季寒冷时间较长的气候特点，考虑如果只采用粘土防

渗手段，冻融因素会导致裂缝，产生渗水，故不考虑单独使用。对于膨润土防水毯，由于其抗

冻融性较高，在东北地区极端天气的情况下仍可以进行正常的施工，且不会出现折断的情况，

故在本工程中着重考虑。另外由于太阳岛风景区属于国家 5A 级景区，人工湖运行期将投放鱼

类等水生动植物，由于土工膜渗透系数小导致水体交换能力交差，人工湖的自净能力下降；而

膨润土防水毯中的天然钠基膨润土不仅不含有毒成分，还含有各种生物所需的微量元素，对各

种生物、生态有益无害，特别是对无处不在的微生物更不会造成不利影响[10]。综合考量，本

项目选择 GCL 材料作为人工湖的主要防渗材料，鉴于CGL 使用年限较短，仅 10～20 年，考虑

采用黄粘土作为辅助防渗材料，黄粘土还可防止水浪冲刷、雨水淋蚀、强光暴晒，对 GCL 起

到保护的作用。结合现场实际，项目采用了项目场地临近一处工地的粘土，进行了工程防渗施

工。

　　表1　三种防渗材料特点

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哈尔滨某人工湖防渗项目工程中防渗材料的筛选　　摘　　　　要：　在我国，人工湖防渗材料主要采用粘土、钠基膨润土防水毯(Geo-synthetic　Clay　来源：水利技术监督作者：何莹,历宇琪Liner,　GCL)及土工膜。文章就东北极寒地区哈尔滨市松北区某人工湖的防渗项目工程，对三种材料在实际工程中的应用中进行了比较，结合地区性气候问题和施工周期，选择钠基膨润土防水毯为人工湖的主要防渗材料。可为同地区人工湖防渗材料选择提供参考。　　　关键词:　　　　　钠基膨润土防水毯;粘士;土工膜材料;防渗结构;人工湖;　　近年来，随着城市的发展升级，城市水环境愈发受到重视，城市水面积占比对于城市生态和谐的促...

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