砂浆与土工膜结构在生态净化塘中的应用

潘伟涛，刘洪垒，王雅群

（山东临沂水利工程总公司，山东 临沂 276000）

费县许家崖水库水源地生态保护工程被列入县政府“135”计划重点项目，其中流域治理项目与当地居民合作，连片打造梯田，种植油杏、金银花、莲藕等经济作物，在保持水土、涵养水分的同时，为当地群众带来可观的经济效益。

本项目生态净化塘建设共计90 处，在水源地生态保护中起到净化水质过滤周边地区降雨的作用，设计规格为20 m×30 m，四周用页岩砖砌筑，砖强度为MU7.5，砖砌体表面采用20 mm厚M10 水泥防水砂浆抹面，底部为黏土夯实层，黏土压实系数为0.92，以防渗土工膜为主要防水材料，在施工中净化塘的整体防渗漏为施工重点也是需要克服的难点。本文通过介绍粉煤灰砂浆与防渗土工膜组合结构在生态净化塘施工中的防渗作用，很好地解决了防渗土工膜单一、易破损的难题，在类似防渗层结构薄弱的防渗结构施工中具有一定的参考价值。

1 工艺原理

1.1 防渗结构层保护层材料选择

在生态净化塘防渗施工中，防渗土工膜是主要防渗土工材料，但防渗土工膜极易受到外界环境影响造成破损，降低防渗效果，最终导致生态净化塘漏水现象。本项目选用砂浆层或者细石混凝土层作为结构层保护层结构材料，利用其结构强度对下层土工膜起到保护作用。

施工中通过对砂浆与细石混凝土的选材对比，由于细石混凝土拌制中掺入一定比例石子，在泵送铺筑中部分离析石子从高处降落时极易对已铺筑好的防渗土工膜造成冲击破坏，导致防渗土工膜破损。同时，在细石混凝土摊铺过程中，外部作用力也会通过石子施加给防渗土工膜造成一定程度的损坏。而砂浆相对细石混凝土主要拌合材料为砂、水泥、水等，无论是泵送过程还是摊铺施工都不能对下层防渗土工膜造成破损，最终选择砂浆作为防渗组合结构保护层材料。

1.2 砂浆类型选择

粉煤灰具有低水化热、增加和易性的作用，在砂浆拌制中掺入一定比例的粉煤灰可以有效降低水泥前期水化热反应，减缓砂浆收缩变形，对砂浆与防渗土工膜结合层中的防渗土工膜起到保护作用，同时可加强后期砂浆结构层的强度，对砂浆层起到填缝修饰的作用，提高防渗效果。

同时，粉煤灰的加入可以增加砂浆和易性，加强砂浆与防渗土工膜的结合效果，使粉煤灰砂浆结构层整体性更好，起到双重防渗作用，提高生态净化塘整体防渗效果。

2 施工步骤

2.1 粉煤灰类型选择

常用粉煤灰种类根据游离氧化钙的含量分为低钙灰类、高钙灰类和复合类，低钙灰类粉煤灰常用作混凝土掺合料，其中氧化钙含量低于10%，具有水化热低、流动性大的特点，因此选择低钙灰类粉煤灰作为拌制砂浆的掺合料，以保证砂浆结构层的稳定性及后期强度。

2.2 确定粉煤灰在砂浆拌制中的掺量

砂浆强度及和易性随着粉煤灰在砂浆拌制中的掺和量比例的增加逐渐增强，掺入比例超过30%时，粉煤灰强度效应因子极速下降，随着掺入比例的增大，效果呈下降趋势。借鉴学术论文《砂浆中粉煤灰的最佳掺量》中关于粉煤灰掺量的试验数据，通过水胶比与粉煤灰种类的试验对比最终选择粉煤灰掺和比例为20%～30%，也是砂浆抗压强度最佳的粉煤灰掺和比例。

2.3 防渗土工膜及粉煤灰砂浆铺筑施工

1）根据设计图纸定位放线，找出生态净化塘施工区域，通过机械开挖的方式进行开挖整平压实，对存在淤泥、弹簧土等地基薄弱的区域进行基础换填并整平压实，地基基础处理完成后进行基础黏土回填压实，回填厚度为300 mm。

2）生态净化塘基础填筑完成后对填筑的黏土进行机械夯实、整平，压实度满足设计图纸及规范要求。

3）根据设计图纸准确定位生态净化塘具体位置，选用多孔页岩砖砌筑生态净化塘四周挡墙，砖强度为MU7.5，砌筑宽度为240 mm，高度为800 mm，砖砌体表面采用20 mm 厚M10 水泥防水砂浆抹面。砌筑砂浆强度满足要求后，在生态净化塘内进行黏土回填压实，填筑厚度为200 mm，人工整平，四周临近挡墙的区域人工进行夯实避免对已砌筑挡墙造成破坏，使黏土回填层平整度及压实度满足设计及规范要求。

4）选用两布一膜规格为600 g/m2的防渗土工膜作为主要土工防渗材料。首先对挡墙内的区域进行土工膜的满铺施工，土工膜搭接处采用焊接的方式进行土工膜无缝焊接，确保防渗土工膜整体防渗效果，然后沿挡墙由内向外切合挡墙进行土工膜铺筑，铺筑范围超出挡墙外侧200 mm，利于外侧回填土对其进行整体加固。利用墙外回填土进行回填、压实，确保回填土对土工膜的包裹性及压实性，避免土工膜受外部损坏、风化等破坏性因素影响。

5）防渗土工膜铺筑完成后，对挡墙内的区域进行粉煤灰砂浆铺筑施工，铺筑厚度为50 mm。在粉煤灰砂浆铺筑施工中，为避免运输机械对已铺筑好的防渗土工膜造成损害，采用臂架式泵车进行砂浆泵送铺筑，铺筑中调节好出口高度，避免砂浆离析。粉煤灰砂浆铺筑时确保防渗土工膜平整度及完整性，避免土工膜出现破损、褶皱等不利于防渗效果的现象，同时保证粉煤灰砂浆铺筑厚度的均匀性及表面平整度。

6）粉煤灰砂浆铺筑完成后，上部铺设塑料薄膜及养护毯，安排专人加强对砂浆进行洒水养护，确保砂浆在养护期内的养护效果，防止砂浆结构层出现断裂、裂缝现象。

3 粉煤灰砂浆与防渗土工膜结合优势

3.1 减少水化热释放，缓解砂浆后期裂缝现象

砂浆拌制中掺入一定比例的粉煤灰可以减少水泥的用量，同时减少水泥水化热、热能膨胀反应，减少了砂浆的后期徐变，保证砂浆结构层的整体性，也缓解了后期砂浆层的裂缝现象，同时可以更好地保证防渗土工膜的完整性，不因砂浆层的后期裂缝导致牵拉破坏，降低防渗效果。

3.2 改善砂浆拌和物和易性

粉煤灰掺入可以有效减少水泥的使用量，减少用水量，改善砂浆的和易性，增加砂浆可泵效果，更好地利用臂架式泵车进行砂浆传送，降低施工难度，同时使砂浆层与防渗土工膜更好地接触，有利于控制砂浆层与防渗土工膜结合的施工质量。

3.3 提高抗渗性能

在砂浆拌合时，掺入一定比例的粉煤灰可以很好地填补砂浆缝隙，提高砂浆的抗渗能力，增加砂浆的后期修饰性，使砂浆层防渗效果更加显著。

3.4 提高砂浆结构层后期强度

合理的粉煤灰掺入量可以提高砂浆后期强度，增加砂浆结构层承载能力。在生态净化塘后期种植、采种过程中需要在砂浆结构层上部填筑厚200 mm 种植土，同时需要人工进行播种、采摘等，需要砂浆结构层具有足够的强度以承载上部重力，防止外部荷载对砂浆层及防渗土工膜造成破坏，降低防渗效果。

4 结 语

在生态净化塘施工中整体防渗效果是施工的关键，也是大面积净化塘施工的难点，通过采用粉煤灰砂浆与防渗土工膜组合结构的新型防渗结构层，可以很好地解决砂浆层裂缝、防渗土工膜破损等影响因素，可以提高砂浆后期强度，增加砂浆结构层承载能力。该方法在本项目大面积生态净化塘施工中取得了很好社会与经济效益，在水利工程防渗结构类似工程施工中具有很好的推广价值。