时间：2013-11-29 分类：水力
摘要:滹沱河生态环境修复工程是河北省的重点工程，河道防渗处理是关系工程成败的关键。粘土和钠基膨润土防渗毯[1]相结合的综合防渗措施在河道防渗处理中的成功应用，在今后北方湿陷性沙性河道生态修复工程中值得借鉴推广。
关键词:水利工程评职范文,河道,沙坑,防渗,设计
1、工程概况
1.1滹沱河现状
滹沱河是子牙河流域的两大水系之一，上游已建有岗南、黄壁庄两座大(Ⅰ)型水库和张河湾、郭庄等11座中型水库工程。滹沱河自黄壁庄水库以下流经石家庄市区北部，是省会石家庄市的主要河流。自上世纪七十年代中期以来，石家庄市区河段陆续修建了多处护岸工程，河势已得到基本控制，但防洪工程体系建设滞后，河道整体防洪标准偏低，遇50年一遇洪水时行洪水面宽度可达2～5km，过去的部分滩地槽蓄区早已陆续发展为城区，其防洪需求与现有防洪工程措施之间的矛盾十分突出。
1.2 滹沱河石家庄市区段河床特点
滹沱河河床以中细砂为主，渗透性较强。平时没有生态基流，加上近年来水资源量的减少，滹沱河以下区间基本形不成有效径流，因此滹沱河全年几乎都是干涸状态。为形成有效的水面景观，必须采取适当的人工防渗措施才能保证滹沱河河道内的蓄水水面。
1.3 工程实施的特点与难点
河道整治的目的：通过河槽整治、防渗、河岸防护等综合措施，逐步修复河流自然生态系统，促进河道两岸防洪保护区土地开发利用的有序进行，改善石家庄市区水生态环境。
滹沱河生态环境修复工程中河道防渗工程，存在总面积达142万m2深度和范围不等的采砂坑，沙坑内不同程度的回填有大量的建筑垃圾，造成沙坑底坑洼不平。沙坑深度大，沙坑平均深度在20m以上，最大深度达到30多m。本次对该河段统一进行整治，对砂坑进行填埋，对河槽进行调坡规整治理，治理后总体河道比降为0.33‰。
2、沙坑沉陷区防渗设计要点
沙坑区防渗区要求防渗材料具有以下特点：防渗功能好、对地形及沉降变形适应性强、自愈能力强 ，容易修复等特点。
3、沙坑防渗材料的选择
3.1传统的人工防渗措施一般包括:
3.1.1混凝土防渗：
这种防渗措施比较适用于水体规则、水面区域面积较小的人工湖工程。混凝土防渗主要型式可分为现浇混凝土和混凝土预制块拼装，使用年限一般可达30～50年。混凝土防渗的优点是防渗防冲性较好，耐久性较强，但大范围应用的缺点是工程造价高。
3.1.2粘性土防渗：
粘土防渗属于传统的防渗方法，对于有优质粘土的地区具有投资省、工艺简便的特点，并且有利于生态的交换，有效使用年限一般为25年左右。粘土防渗所需的厚度较大，因而总工程量大，因此较适宜能就地取材的情况。滹沱河沿岸地区合格土源较为缺乏，可结合南水北调石家庄市区段的弃土用于非沙坑区防渗。
除上述两种传统的工程防渗型式外，浆砌石、沥青混凝土等都可作为防渗材料，但其应用范围和效果一般不适应大范围河湖防渗。
3.2新型人工湖防渗措施包括：
3.2.1土工膜防渗：
土工膜防渗具有渗透系数小、施工简便、工程造价低的特点，在上世纪九十年代前曾广泛用于水利工程防渗。由于土工膜属于非降解材料，将完全隔断水力联系，属生态不友好型防渗措施，在近年来的河湖水面防渗应用中越来越少。另一方面，一旦土工膜的连接不牢或施工过程中形成破损，防渗效果也难以保证。
3.2.2膨润土防水毯[1](gcl)防渗：
膨润防水毯是一种土工合成材料，由高膨胀性的钠基膨润土填充在特制的复合土工布和无纺布之间，近年来广泛用于人工湖泊水景、垃圾填埋场等防渗工程中。防水毯是用针刺法制成的膨润土防渗垫，形成许多小的纤维空间，遇水时在垫内形成均匀高密度的胶状防水层，有效的防止水的渗漏。gcl的防渗性能介于粘土防渗和高分子材料(土工膜)之间。gcl使用钠基膨润土，遇水时吸附自身重量五倍的水，体积膨胀到原来的15～17倍以上，将钠基膨润土锁在两层土工合成材料中间，起保护和加固的作用，使gcl具有一定的整体抗剪强度。
gcl防渗的特点是：
(1)密实性：
钠基膨润土在水压状态下形成高密度横隔膜，厚度3mm时，它的透水性为8×10-9cm/s以下，既满足了防渗要求，又具有微渗性。
(2)持久性：
因为钠基膨润土系天然无机材料，即使经过很长时间或周围环境发生变化，也不会发生老化或腐蚀现象，因此防水性能持久。
(3)柔软性：
gcl可随不同地形、不同基础进行变形，与其他防渗材料相比抗不均匀沉降和抗张应变能力强。
(4)施工简便：
与其他防水材料比较，gcl施工相对比较简单，不需要加热和粘贴。只需用膨润土粉末和钉子、垫圈等进行连接和固定。
(5)适应性强：
gcl在寒冷气候条件下也不会脆断，可耐零下32度寒冷气温;在高温受热干缩复水后裂缝可自动完备合。
(6)自我修复性：
由于膨润土遇水膨胀的特点，对于直径小于2mm的植物根系穿刺后可自我修复。#p#分页标题#e#
(7)绿色环保性：
膨润土为天然无机材料，对人体无害无毒，对环境没有特别的影响，具有良好的环保性能。
滹沱河河道防渗工程具有工程范围大、地形条件复杂的特点。部分河段原有的采砂坑深度达10m以上，回填材料除河床沙外还有部分建筑碴土，砂坑填埋后的密实度与其他段相比较小。综合各种防渗措施的优缺点，本次设计中推荐采用膨润土防水毯防渗与粘性土防渗相结合的方法。
从单价上进行分析，膨润土防水毯单价虽比复合土工膜方案高，但低于传统的粘土防渗。考虑到复合土工膜的非降解性、粘土材料存在的占地等因素，从经济上膨润土防水毯也具有一定优势。
滹沱河生态环境修复工程市区段因本身需承担南水北调石家庄市段弃土，因此可结合弃土利用全部采用粘土防渗方案。防渗层置换出的沙性土用于填埋沙坑。原砂坑较深的区域采用膨润土防水毯防渗方案。
4、设计要点
根据滹沱河河道砂层透水严重和湿陷性的特点，防渗采用基层、防渗层、防冲保护层和生态砂保护层四部分。
(1)基层
对现有沙坑利用清理平整的河床开挖料进行回填，分层碾压并经大水自然沉降，使得砂土原基相对密度达到0.65以上，砂土填筑区相对密度达到0.70以上。
(2)防渗层
基层上面铺设满足质量要求的膨润土防水毯。在铺设中，如遇防水毯发生破损，应用大于破损缺口周围300mm的防水毯覆盖在上面后再作固定处理。此外，膨润土防水毯的保存的铺设应保障其干燥性，严禁雨天铺设，铺设后的防水毯则须尽快实施保护层。
(3)防冲保护层
滹沱河河道防渗工程位于行洪河道内，因此保护层除起到保护防渗体外，还应具有防冲作用。根据滹沱河水力计算，主河槽内50年一遇平均流速一般为2～2.5m/s，按照50年一遇不破坏防冲层的原则确定防护措施。
胶结砂为结合滹沱河河道内单一中细砂采取的一种新工艺，通过掺加一定比例的水泥、粉煤灰按照碾压施工工艺而形成的具有一定强度的结构。
(4)生态砂保护层
在防冲保护层上设置厚0.3～0.35m的生态砂保护层，砂料采用滹沱河河砂。其作用一方面是增加河道整治后的自然特性，此外对保护胶结砂层和净化水质都将发挥重要作用。
(5)防渗效果分析
滹沱河生态环境修复工程，沙坑防渗施工过程中严格执行施工技术的要求，经现场试验，各分项工程满足规范和设计要求，保证了工程的质量，该工程于2010年蓄水，经过两年的运行，沙坑区未出现任何的沉陷和裂缝等现象，沙坑区蓄水位降深满足设计要求，防渗效果理想。对于北方沙性河道生态恢复工程具有很高的经济效益和很好的推广价值。
参考文献：
[1]《钠基膨润土防水毯》(JG/T 193—2006)
[2]《膨润土试验方法》(JC/T 593-1995)
[3]《滹沱河防洪综合整治生态环境修复一期工程初步设计报告》
