孫金龍，齊益達(dá)，石亞竹

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

石家莊市滹沱河生態(tài)修復(fù)工程范圍重點(diǎn)為南水北調(diào)中線總干渠與機(jī)場(chǎng)路之間區(qū)域，河段全長(zhǎng)23km。治理前的河道以砂坑、垃圾、荒地為主，治理目標(biāo)是在改善河道行洪條件前提下，通過(guò)對(duì)主河槽進(jìn)行疏浚平整、填埋砂坑，使河道內(nèi)形成濕地、水面等，生態(tài)環(huán)境修復(fù)區(qū)總面積700萬(wàn)m2。

1 膨潤(rùn)土防水毯的內(nèi)涵

膨潤(rùn)防水毯是一種專門用于人工湖泊水景、垃圾填埋場(chǎng)、地下車庫(kù)、樓頂花園、水池、油庫(kù)及化學(xué)品堆場(chǎng)等防滲漏的土工合成材料。它是由高膨脹性的鈉基膨潤(rùn)土填充在特制的復(fù)合土工布和無(wú)紡布之間，用針刺法制成的膨潤(rùn)土防滲墊，可形成許多小的纖維空間，使膨潤(rùn)土顆粒遇水時(shí)在墊內(nèi)形成均勻高密度的膠狀防水層，有效防止水的滲漏。

膨潤(rùn)土防水毯具有現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)操作簡(jiǎn)單，價(jià)格基本適中的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于水利、市政、園林等防滲工程中。

2 膨潤(rùn)土防水毯性能

2.1 膨潤(rùn)土

膨潤(rùn)土（Bentonite）也稱為斑脫巖、皂土或膨土巖，是以蒙脫石為主的含水粘土礦。蒙脫石在膨潤(rùn)性、粘結(jié)性、吸附性、催化性、觸變性、懸浮性及陽(yáng)離子交換性方面都有特殊的性質(zhì)。在防水領(lǐng)域主要利用其膨潤(rùn)性和輔助吸附性。

膨潤(rùn)土的層間陽(yáng)離子種類決定膨潤(rùn)土的類型，應(yīng)用最廣泛的有鈉基膨潤(rùn)土、鈣基膨潤(rùn)土。鈉基膨潤(rùn)土的穩(wěn)定性、膨脹性優(yōu)于鈣基膨潤(rùn)土。但鈣基膨潤(rùn)土的分布遠(yuǎn)廣于鈉基膨潤(rùn)土，因此在制作防水毯的應(yīng)用中除了使用天然鈉基膨潤(rùn)土外，亦使用人工納化膨潤(rùn)土。

天然納基膨潤(rùn)土和人工納化膨潤(rùn)土的性能存在兩種不同的觀念：人工納化膨潤(rùn)土中的納離子處于游離狀態(tài)，使用中特別容易造成陽(yáng)離子流失，從而失去其防水性；人工納化膨潤(rùn)土只要納化工藝合格，制作的膨潤(rùn)土性能與天然納基膨潤(rùn)土并無(wú)明顯區(qū)別。

2.2 防水毯特性

2.2.1 密實(shí)性

鈉基膨潤(rùn)土在水壓狀態(tài)下形成高密度橫隔膜，厚度3mm時(shí)，滲透系數(shù)為5×10-11m/s以下，相當(dāng)于100倍的30cm厚度粘土的密實(shí)度，具有很強(qiáng)的自保水性能。

2.2.2 永久防水性

鈉基膨潤(rùn)土經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間或周圍環(huán)境發(fā)生變化，也不會(huì)發(fā)生老化或腐蝕現(xiàn)象，因此防水性能持久。

2.2.3 應(yīng)用方便性

與其他防水材料比較，施工簡(jiǎn)單，不需要加熱和粘貼。只需用膨潤(rùn)土粉末和釘子、墊圈等進(jìn)行連接和固定。

2.2.4 一體性

鈉基膨潤(rùn)土遇水時(shí)，具有20～28倍的膨脹能力，即使防護(hù)體結(jié)構(gòu)物發(fā)生震動(dòng)和沉降，防水毯內(nèi)的膨潤(rùn)土也能修補(bǔ)2mm以內(nèi)的表面裂紋、孔洞。

2.2.5 綠色環(huán)保性

膨潤(rùn)土為天然無(wú)機(jī)材料，對(duì)人體無(wú)害無(wú)毒，對(duì)環(huán)境沒(méi)有特別的影響，具有良好的環(huán)保性能。

膨潤(rùn)土防水毯按重量可分為不同型號(hào)，以5000g/m2為例，主要指標(biāo)見表1。

表1 膨潤(rùn)土防水毯技術(shù)指標(biāo)表

3 防滲結(jié)構(gòu)

3.1 主要影響因素選擇

針對(duì)滹沱河河床滲透性強(qiáng)、地下水埋深大、基礎(chǔ)均一性差、河道行洪時(shí)沖刷影響大等特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)形成水面、濕地景觀的目標(biāo)，應(yīng)解決如下問(wèn)題。

3.1.1 基礎(chǔ)適應(yīng)性

滹沱河河床自然滲透系數(shù)達(dá)到10-2～10-3m/s量級(jí)，滲透性極強(qiáng)，且由于地下水位埋深大，即使在行洪時(shí)也不能形成河床地表徑流與地下水的聯(lián)通，因此垂直水力梯度接近1，比一般的防滲難度更大。

此外，防滲基礎(chǔ)既有天然沉積河床砂，也有對(duì)采砂坑進(jìn)行回填的河床砂，部分區(qū)域還有回填年限不等的建筑渣土，因此不同區(qū)域的河床變形能力相差較大。防滲結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較強(qiáng)的抗變形適應(yīng)能力。

3.1.2 抗沖刷適應(yīng)性

滹沱河上游有黃壁莊水庫(kù)控制，遇不同標(biāo)準(zhǔn)洪水采用分級(jí)控泄調(diào)度原則，5a一遇限泄400m3/s，10a一遇限泄800m3/s，50a一遇限泄3300m3/s，超50a一遇不限泄。

根據(jù)黃壁莊水庫(kù)控泄調(diào)度原則，加之滹沱河整體防洪標(biāo)準(zhǔn)50a一遇，防沖刷最大標(biāo)準(zhǔn)確定50a一遇。50a一遇洪水時(shí)河槽行洪流速一般2～3m/s，防沖刷措施應(yīng)適應(yīng)行洪要求。

3.1.3 生態(tài)性

滹沱河生態(tài)環(huán)境修復(fù)工程總體目標(biāo)是形成一定區(qū)域的水面和濕地，廣泛應(yīng)用于市政、園林、河道水工建筑等。

3.2 防滲結(jié)構(gòu)選擇

根據(jù)滹沱河不同的地質(zhì)條件，在滿足上述目標(biāo)要求原則下，制定不同的防滲結(jié)構(gòu)。

3.2.1 土—防水毯—膠結(jié)砂—生態(tài)砂結(jié)構(gòu)

此結(jié)構(gòu)適應(yīng)于河床基礎(chǔ)為原狀砂，穩(wěn)定性和均勻性較好，河道流速較大的地段。

（1）保護(hù)土層采用粘性土，粘粒含量不低于15%，作為河床砂與防水毯之間的墊層和過(guò)渡層，墊層厚度一般20～30cm。既方便了施工車輛的通行，也具有強(qiáng)化防滲效果的作用。

（2）防水毯重量5000g/m2，采用廠家成品綱基膨潤(rùn)土防水毯材料。

（3）膠結(jié)砂為利用河床砂加少量水泥、粉煤灰形成的膠結(jié)體。因其利用河道天然砂成本低，只需具有一定強(qiáng)度，滿足抗沖刷要求即可。試驗(yàn)采用厚度35cm，強(qiáng)度5～10MPa。

（4）生態(tài)砂為河床平整后的棄砂，厚度為30cm。其目的是覆蓋并保護(hù)碾壓好的膠結(jié)砂，并為蓄水后的水中生物提供棲息地。

3.2.2 土—防水毯—土—砂礫石—卵石結(jié)構(gòu)

此結(jié)構(gòu)適應(yīng)于河床基礎(chǔ)為回填砂坑，基礎(chǔ)穩(wěn)定性稍差的情況。

防水毯以下、以上的土層要求采用粘性土，粘粒含量不低于15%，防水毯上、下土層總厚度不少于50cm。砂礫石為粗砂與礫石的混合體，可直接取自天然河道中的非建筑材料，層厚15cm，最大粒徑2cm。卵石層厚35cm，粒徑一般10～25cm，要求級(jí)配均勻，以增強(qiáng)抗沖穩(wěn)定性。

3.2.3 土—防水毯—土—格賓石籠結(jié)構(gòu)

此結(jié)構(gòu)適應(yīng)于岸邊沖刷能力較強(qiáng)或其他需要加強(qiáng)防沖的區(qū)域。

表層格賓石籠厚度采用30cm或50cm兩種型號(hào)，籠內(nèi)填裝卵石，粒徑一般10～25cm。

4 工程實(shí)例

滹沱河4號(hào)水面區(qū)于2009年汛后建成蓄水，該區(qū)域蓄水面積150萬(wàn)m2，蓄水深0.93～1.27m，由水文部門進(jìn)行正規(guī)短期觀測(cè)。在沒(méi)有日常水源補(bǔ)充的情況下，10d內(nèi)蓄水位下降90mm，其中期內(nèi)水面蒸發(fā)量42.5mm，降水0.9mm，滲漏損失48.4mm，折合日滲透損失4.84mm。詳見表2。

表2 滹沱河4號(hào)水面區(qū)損失觀測(cè)成果

滹沱河1號(hào)水面于2010年建成，蓄水面積250萬(wàn)m2，最大蓄水深2m。通過(guò)蓄水后的長(zhǎng)期觀測(cè)，日平均蒸發(fā)滲透損失9mm，扣除蒸發(fā)降水因素后的日平均凈滲透損失5mm。

基于滹沱河1、4號(hào)水面的實(shí)際觀測(cè)，在整治前大型砂坑、地下水埋深達(dá)40m、基礎(chǔ)強(qiáng)透水等不利條件下，采取防滲措施達(dá)到了預(yù)期防水效果。

5 結(jié)語(yǔ)

滹沱河是一條天然行洪河道，河道長(zhǎng)期斷流、采砂形成大型砂坑、河床荒漠化等都成為生態(tài)環(huán)境惡化的標(biāo)志，加之地下水埋深疏干至40m以下，因此通過(guò)人工措施形成蓄水水面的難度較大。

利用膨潤(rùn)土防水毯并結(jié)合不同的保護(hù)和防沖結(jié)構(gòu)，在滹沱河生態(tài)環(huán)境整治工程實(shí)踐中獲得了良好的效果，對(duì)于類似條件下的生態(tài)環(huán)境修復(fù)工程提供了可供借鑒的范例。

［1］王偉中.城市河流生態(tài)修復(fù)手冊(cè)［K］.北京：社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2008.

［2］河北省水利工程局，河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，石家莊市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.河湖環(huán)境綜合整治關(guān)鍵技術(shù)研究技術(shù)報(bào)告［R］.2009.

［3］GB／T 20973—2007，膨潤(rùn)土［S］.

［4］姜桂蘭，張培萍.膨潤(rùn)土加工與應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［5］孫儒泳，李慶芬，牛翠娟，等.基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2002.

［6］任海，彭少麟.恢復(fù)生態(tài)學(xué)導(dǎo)論［M］.北京：科學(xué)出版社，2001.

［7］李克國(guó)，張寶安.環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2003.

［8］GB／T 17690，土工合成材料［S］.

［9］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，石家莊市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.滹沱河防洪綜合整治工程（黃壁莊水庫(kù)至藁城東界段）初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.2010.

［10］錢正英，張光斗.中國(guó)可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究綜合報(bào)告及個(gè)專題報(bào)告［R］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.