钠基膨润土防水毯（GCL）在水利防渗工程中的应用及探究

张永利

（大同市十里河水利管理处 山西大同03700 0）

钠基膨润土防水毯（GCL）是一种新型的土工合成材料，在水利工程中主要用于渠道、水库、大坝的防渗。由于钠基膨润土防水毯与黏土、土工膜等普通防水材料比较具有整体稳定性好、抗变形强度高、防渗性能持久且生态环保的特点，在水利工程中具有很好的应用前景。大同市御河橡胶坝蓄水区水平防渗工程成功地采用了钠基膨润土防水毯，既保证了蓄水防渗要求，又满足了水系生态环保要求。

1 钠基膨润土防水毯防渗原理及特点

1.1 原理

膨润土的矿物学名称为蒙脱石，天然的膨润土按化学成分主要分为钠基和钙基两大类。膨润土具有遇水膨胀的特性，一般钙基膨润土膨胀时，其膨胀仅为自身体积的3倍左右；而钠基膨润土膨胀时，约为自身体积的15倍左右，能吸收6倍于自身重量的水。膨润土遇水膨胀后，在受到一定的挤压力(基层、覆盖层及膨润土防水毯内部纤维拉力等)作用下，分子间发生穿插排列，内部空隙缩小形成致密的凝胶结构排斥水分子，从而起到防渗作用，其渗透系数可达5.0×10-11m/s。

1.2 特点

钠基膨润土防水毯与压实黏土、土工膜相比，其优越性主要表现在以下几个方面：

①密实性与柔软性：钠基膨润土防水毯在水压状态下形成高密度的隔水膜，厚度约5mm时渗透系数为5×10-9cm/s以下，相当于1.0 m厚压实黏土的渗透效果；能较好地适应不同地形、适应不均匀沉降。

②持久的防水性：因为钠基膨润土为天然无机材料，即使经过长时间或周围环境发生变化，也不会发生老化或腐蚀现象，并且不受冻胀破坏。

③自愈修复性：由于钠基膨润土和水反应时，具有15倍左右的膨胀率，即使与其结合的混凝土结构物发生沉降，也能自动修补2mm以内的裂纹。植物根系穿过、局部可能的漏点，也能自行愈合。

④环保性：膨润土为天然无机材料，对人体无毒无害，对环境无污染，且具有独特的透气性能，有利于水气交换，使水体周围植物健康生长。

⑤简便施工性：由于钠基膨润土防水毯有外裹土工织物的保护，不易被顶破或刺破而失效，对铺设场地条件的要求比土工膜低。采用均匀的覆盖土时，一般要求最大粒径不超过32mm。接头不用焊接或黏接，只需用膨润土粉末或钉子、垫圈等进行连接和固定。保护层厚度相对薄（最薄处仅为0.5m），且可以利用开挖出的土料作为保护层回填，就地取材。

1.3 产品分类及技术性能指标

钠基膨润土防水毯是以钠基膨润土为主要原料，采用针刺法、针刺覆膜法、胶黏法加工制成的毯状防水材料，上下两层为土工织物，中间为钠基膨润土。依据国家建筑工业行业标准《钠基膨润土防水毯》（JG／T193-2006），按制作方法分为针刺法钠基膨润土防水毯（GCL-NP）、针刺覆膜法钠基膨润土防水毯（GCL-OF）和胶黏法钠基膨润土防水毯（GCL-AH）。按膨润土品种分为人工钠化膨润土(A)和天然纳基膨润土（N）。单位面积质量有4000 g/m2、4500 g/m2、5000 g/m2、5500 g/m2等规格，长度一般为20 m或30 m，宽度一般有4.5m、5.O m、5.85m三种规格。

钠基膨润土防水毯的物理力学性能指标见表1。

表1 钠基膨润土防水毯的物理力学性能指标

大同市御河橡胶坝蓄水区防渗工程位于大同市御河城区段，由于该工程在治理之前，河道内形成了无数人工采砂场，采砂后形成的大坑又用城市拆迁垃圾进行了回填，基底处理相当困难；另外该工程两岸是大同市御河生态园，是大同市民休息、娱乐场所，环保要求高。因此该工程水平防渗采用了针刺法钠基膨润土防水毯（GCL-NP），防水毯规格为长30 m、宽5.0 m，单位面积质量5000 g/m2（厚度约6mm）。由于河道纵坡缓（1.9‰），水流冲刷不大，防水毯覆土厚度0.5m。

2 钠基膨润土防水毯施工工艺

大同市御河橡胶坝蓄水区防渗工程采用了上海仁众实业有限公司生产的钠基膨润土防水毯，在防水毯铺设施工时，依据上海仁众实业有限公司提供的《钠基膨润土防水毯施工方法》，结合本工程特点因地制宜采取了一系列措施，具体施工工艺叙述如下。

施工工序：基层开挖、基层处理、防水毯铺设、搭接、质量检查和覆盖回填。

2.1 基层开挖

基层开挖采用挖掘机进行，开挖方向沿防水毯铺设方向，开挖宽度8m，开挖深度为50 cm。开挖出的土方堆放在上一仓铺设覆盖好的防水毯上，依次类推，形成流水作业。

2.2 基层处理

基层采用装载机平整碾压。防水毯遇水膨胀时，需上下两层有足够的压力，因此对基面平整度和密实度要求较高。必须清除表面凸出硬物、回填洼坑，如地基松软、密实度不够，需进行碾压处理。由于大同市御河河道均为人工采砂后建筑垃圾回填的大坑，开挖碾压后人工铺10 cm厚河床过筛土，再进行碾压，压实度达到0.9以上。

2.3 防水毯铺设

防水毯铺设前地基土表面应做到没有泥块、积水、石块、树根、杂物和其他可损坏防水毯的物质。铺设时用装载机装运配合人工进行平展摊开，把编织土工布（黑面）朝下，无纺布（白面）朝上，顺序是沿水流方向顺水搭接，即上游的防水毯搭在下游的防水毯上，在倾斜面上施工时把防水毯长的方向沿着倾斜面平行的方向铺设，以便把下坠堆积的现象减少到最低限度。底面铺设时平行搭接，布面适量放松并贴紧地面。

2.4 防水毯搭接

防水毯之间搭接采用平行搭接，搭接宽度横向大于500 mm，纵向大于300 mm；搭接缝要错开，错缝距离大于600 mm。搭接处上下两层防水毯之间均匀撒膨润土粉末，用量0.6k g/m2。防水毯与上下游土堤采用“U”型锚固槽进行连接，待防水毯铺设完成后再用黏土覆盖压实；与两岸混凝土墙面连接时，使防水毯与混凝土墙面贴紧，顶部用4#扁钢及钢钉固定，最后在底部回填大于50 cm粉土并压实，压实度大于0.85。

2.5 防水毯质量检查

防水毯铺设完成后，建设单位、施工单位质检员和现场监理人员必须进行详细逐一检查，发现有缺陷或破损的地方用记号笔做出标记。如防水毯发生破损，用大于破损缺口周围300 mm的一块防水毯，中间均匀撒上膨润土粉，覆盖在上面作补强处理。

2.6 覆盖回填

防水毯铺设经现场监理验收合格后方可进行保护层回填。在防水毯上先人工铺设20 cm后的河床过筛土后，方可进行河床土的回填，回填土厚度大于50 cm。回填土主要利用开挖土，少量外运。防水毯回填后，避免大型机械进行碾压，须用小型挖掘机摊平，小型碾压机进行碾压，碾压采用进退错距法，碾压方向平行防水毯铺设方向，压实度达到0.9以上。

3 施工注意事项

1）防水毯的储运应防水、防潮、防强烈阳光暴晒，储存在地势较高的地方，地面应架空20 cm。防水毯可叠放，但不超过4层。

2）防水毯的施工应在无雨、无雪天气下进行。施工时如遇雨、雪天气，应及时进行遮盖，防止防水毯防水预膨胀而失效。

3）铺设时在防水毯上工作的人员不能抽烟、不能穿着可能损坏防水毯的鞋子或从事任何有可能损坏防水毯的活动。

4）任何设备不能直接在已铺好的防水毯上面行驶。铺设防水毯时，户外气温不能低于0℃或高于40℃。

5）当防水毯铺放在大于10%的坡度上，应尽可能减少沿坡长方向的搭接数量（交叉重叠）。所有坡上的防水毯必须超过坡脚最少1.5m。

6）防水毯上覆盖的土中不得含有石灰，石灰中的钙、镁离子可能进入钠基膨润土防水毯中与钠离子发生置换反应，从而增大防水毯中膨润土的渗透系数。

4 结语

钠基膨润土防水毯（GCL）在大同市御河橡胶坝蓄水区防渗工程中的成功应用，充分证明钠基膨润土防水毯是一种施工成本底、施工速度快、性价比高的新型防水材料，完全适应于当代高效快捷的现代化施工节奏。但对钠基膨润土防水毯的施工，目前尚无国家性的规范，其施工技术和在水利工程建设中的应用效果还有待广大水利工作者进一步研究探讨。