近年來(lái)，隨著城市的發(fā)展升級(jí)，城市水環(huán)境愈發(fā)受到重視，城市水面積占比對(duì)于城市生態(tài)和諧的促進(jìn)具有重要意義。POD 模式(Park Oriented Development)成為當(dāng)前熱門(mén)的城市開(kāi)發(fā)模式，該模式以城市公園等生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施為導(dǎo)向，通過(guò)依托水系、湖泊、濕地等生態(tài)景觀開(kāi)發(fā)新城或社區(qū)，提升區(qū)域生活品質(zhì)和居住環(huán)境，帶動(dòng)新城發(fā)展。人工湖作為城市環(huán)境的重要組成部分，也愈發(fā)得到垂青。因水資源的珍貴與國(guó)家對(duì)于水資源節(jié)水要求的提高，對(duì)人工湖防滲的要求也越來(lái)越高，因此，研究防滲材料在不同地區(qū)、不同工況下的應(yīng)用，對(duì)于未來(lái)設(shè)計(jì)及施工的指導(dǎo)具有重要的意義。

　　1 、常用防滲材料

　　人工湖各類(lèi)防滲材料的防滲原理大體相同，均以不透水材料隔斷人工湖漏水通道，以達(dá)到防滲的目的。人工湖較為常用防滲材料主要有黏土、膨潤(rùn)土防水毯、土工膜、混凝土鋪蓋等。本文僅對(duì)粘土、膨潤(rùn)土防水毯及土工膜在人工湖的應(yīng)用進(jìn)行比對(duì)。

　　1.1、 粘土

　　由于儲(chǔ)量豐富、取材方便、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，粘土在我國(guó)有著悠久的應(yīng)用史。粘土作為常用防滲材料，具有良好的防滲性。然而，干燥、凍融、溫度梯度和不均勻沉降等原因都有可能成為粘土防滲層產(chǎn)生裂隙的原因，從而使其失去防滲能力。尤其在東北地區(qū)，冬季氣溫可達(dá)到-30℃,隨著土體中的水分凍結(jié)變成冰，土體發(fā)生膨脹，最終發(fā)生凍脹破壞，造成防滲層滲漏。

　　若工程當(dāng)?shù)鼐哂泻线m的粘土資源，可就地取材，并在防滲抗凍要求并不高的情況下，采用壓實(shí)粘土的防滲方法，綜合費(fèi)用較低。

　　1.2 、膨潤(rùn)土防水毯

　　膨潤(rùn)土防水毯按材料可分為鈉基膨潤(rùn)土和鈣基膨潤(rùn)土，本文所指GCL為鈉基膨潤(rùn)土防水毯。膨潤(rùn)土防水毯是通過(guò)針刺、粘接或縫合工藝將土工布和膨潤(rùn)土復(fù)合在一起的一種復(fù)合防滲材料[5]。起防滲作用的是以蒙脫石為主要成份的膨潤(rùn)土。膨潤(rùn)土可吸附數(shù)倍于自己體積的水量，吸水膨脹至二十多倍于自己的體積。高鈉膨潤(rùn)土在遇到水的情況下會(huì)形成密度比較高的粘稠狀膠體橫向防水層，這個(gè)防水層大約有3mm厚，它的防水性相當(dāng)于是30cm厚度粘土防水性的100倍，抗?jié)B的靜水壓能夠達(dá)到1.0MPa以上，抗?jié)B性能非常強(qiáng)，GLC的防滲性能還與單位面積含土量以及防水毯內(nèi)的膨潤(rùn)土是否分布均勻密切相關(guān)。

　　相比于水泥土防滲、混凝土防滲、膜料防滲等防滲材料不能降解和老化等問(wèn)題，膨潤(rùn)土防水毯具有防滲性能優(yōu)異、柔韌性好、自愈能力強(qiáng)、施工便捷和綜合造價(jià)性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，作為一種新型環(huán)保防滲材料，在人工湖工程中的應(yīng)用能兼顧防水防滲、密封隔離、水景生態(tài)和環(huán)保等要求[7]。GCL還具備良好的抗凍融循環(huán)的能力，但其抗干濕循環(huán)的能力較差。

　　1.3、 土工膜

　　土工膜防滲應(yīng)用可追溯至20世紀(jì)30年代，聚氯乙烯薄膜進(jìn)行游泳池防滲處理。隨著近幾十年建筑行業(yè)快速發(fā)展，土工膜防滲應(yīng)用得到了爆發(fā)性增長(zhǎng)。常見(jiàn)材質(zhì)由聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、高密度聚乙烯(HDPE)等多種材質(zhì)。

　　土工膜的防滲系數(shù)較高，化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)。其具有良好的耐熱性和耐旱性。相對(duì)密度0.918～0.965,隨著密度上升，機(jī)械性能和阻隔性能會(huì)相應(yīng)提高，耐熱和抗拉強(qiáng)度也可能更高。其中，HDPE土工膜具有較高的穩(wěn)定性，甚至在高溫下，也具有良好的耐水性。特點(diǎn)有耐老化、施工速度快、滲透系數(shù)小等，并且其具有適應(yīng)地基變形的能力，在環(huán)保、水利、市政、園林、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域廣泛的進(jìn)行應(yīng)用。三種防滲材料的特點(diǎn)見(jiàn)表1。

　　2、 工程方案對(duì)比

　　2.1 、工程施工重難點(diǎn)

　　粘土施工簡(jiǎn)單、取材方便、工藝成熟，但工程量最大，土方挖方及回填量大，壓實(shí)要求相對(duì)較高。粘土材料只有在當(dāng)?shù)鼐哂泻线m資源時(shí)，建設(shè)費(fèi)用會(huì)明顯下降，僅有少數(shù)種類(lèi)的粘土能夠具有較低的滲透系數(shù)，且要求含砂比例小于25%,這種性能的粘土并非隨處可得。粘土長(zhǎng)距離的土方運(yùn)輸也會(huì)增加工程總成本。

　　GCL在施工過(guò)程中無(wú)需粘結(jié)或者加熱，僅需采用膨潤(rùn)土粉末、墊圈及釘子等工具進(jìn)行固定和連接。因其界面摩擦特性較好，在陡坡處進(jìn)行處理也較方便，并可保證接縫處的密封性。GCL具備較強(qiáng)的適應(yīng)性，因其自愈能力，對(duì)場(chǎng)地平整度要求較低，便于快速施工。GCL材料施工重難點(diǎn)在于如何防止膨潤(rùn)土水化失效及施工接駁。

　　土工膜有著極好的防滲效果，但其對(duì)場(chǎng)地平整度要求極高。土工膜材料施工重難點(diǎn)為防止材料老化和防水材料接駁。與GCL的接駁施工不同，GCL為由上向下接駁，而土工膜為由下向上接駁。接駁過(guò)程中，影響土工膜焊接質(zhì)量的主要因素是“漏焊”、“焊縫灼傷”和“充氣試驗(yàn)漏氣”,工序較為復(fù)雜。

　　本工程為人工湖工程，工程施工接駁較多，同時(shí)邊坡處施工難度大，工藝復(fù)雜。三種防滲材料中，粘土防滲的土方量最大，GCL與土工膜材料除挖方、填土、壓實(shí)外，均需進(jìn)行防護(hù)、錨固及接駁。同時(shí)，三種材料施工過(guò)程均受天氣影響較大，其中GCL材料嚴(yán)禁帶水作業(yè)，防止膨潤(rùn)土水化失效，GCL與土工膜材料施工時(shí)如遇雨應(yīng)及時(shí)用塑料薄膜進(jìn)行遮蓋防護(hù)。

　　2.2 、各工程材料施工周期

　　粘土需反復(fù)壓實(shí)，壓實(shí)遍數(shù)較其他材料顯著增加，工程周期長(zhǎng)。其他兩種防水材料的施工技術(shù)目前已相當(dāng)成熟，施工均不需要大規(guī)模的施工機(jī)械及大量人力。相比于其他防水材料的施工周期，膨潤(rùn)土防水毯的施工工期是相對(duì)較短的。采用膨潤(rùn)土防水毯的防滲工程在施工完成后不需要進(jìn)行特別的檢查，如閉水試驗(yàn)等，如果在實(shí)際施工過(guò)程中出現(xiàn)一定的缺陷也很容易進(jìn)行修補(bǔ)，節(jié)約了工程整體周期。

　　2.3 、綜合比選結(jié)果

　　綜合以上因素，并結(jié)合哈爾濱地區(qū)冬季寒冷時(shí)間較長(zhǎng)的氣候特點(diǎn)，考慮如果只采用粘土防滲手段，凍融因素會(huì)導(dǎo)致裂縫，產(chǎn)生滲水，故不考慮單獨(dú)使用。對(duì)于膨潤(rùn)土防水毯，由于其抗凍融性較高，在東北地區(qū)極端天氣的情況下仍可以進(jìn)行正常的施工，且不會(huì)出現(xiàn)折斷的情況，故在本工程中著重考慮。另外由于太陽(yáng)島風(fēng)景區(qū)屬于國(guó)家5A級(jí)景區(qū)，人工湖運(yùn)行期將投放魚(yú)類(lèi)等水生動(dòng)植物，由于土工膜滲透系數(shù)小導(dǎo)致水體交換能力交差，人工湖的自?xún)裟芰ο陆?而膨潤(rùn)土防水毯中的天然鈉基膨潤(rùn)土不僅不含有毒成分，還含有各種生物所需的微量元素，對(duì)各種生物、生態(tài)有益無(wú)害，特別是對(duì)無(wú)處不在的微生物更不會(huì)造成不利影響[10]。綜合考量，本項(xiàng)目選擇GCL材料作為人工湖的主要防滲材料，鑒于CGL使用年限較短，僅10～20年，考慮采用黃粘土作為輔助防滲材料，黃粘土還可防止水浪沖刷、雨水淋蝕、強(qiáng)光暴曬，對(duì)GCL起到保護(hù)的作用。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，項(xiàng)目采用了項(xiàng)目場(chǎng)地臨近一處工地的粘土，進(jìn)行了工程防滲施工。

　　3 、太陽(yáng)島人工湖防滲設(shè)計(jì)

　　3.1、 工程概況

　　太陽(yáng)島人工湖為哈爾濱一處景觀人工湖。 面積34877m2,設(shè)計(jì)水深2.5m, 平均水深1.85m, 容積41852.4m3。工程地點(diǎn)距松花江1 km, 松花江水位對(duì)地下水位影響較大且水位較淺。工程設(shè)計(jì)水位119.0m, 松花江哈爾濱警戒水位118.1m, 人工湖靠已修筑取水井及泵站從松花江引水進(jìn)行補(bǔ)水。

　　3.2 、基礎(chǔ)處理

　　該工程建筑物屬于水池類(lèi)構(gòu)筑物，采取素土墊層施工方案，在處理完問(wèn)題坑之后，對(duì)槽底標(biāo)高進(jìn)行控制，將沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的槽底用素土回填夯實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高處。素土墊層的厚度為0.5m, 素土現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量需滿(mǎn)足規(guī)范要求，粒徑不得大于2cm, 素土墊層壓實(shí)度不得小于0.90。墊層下地基進(jìn)行碾壓夯實(shí)處理。

　　3.3、 防滲層結(jié)構(gòu)

　　草坡入水駁岸至高程117.5m, 湖底防滲結(jié)構(gòu)自下而上依次為，50cm厚素土、100mm厚砂質(zhì)土墊層、1mm厚天然鈉基膨潤(rùn)土防水毯、100mm厚砂質(zhì)土墊層、300mm厚黃黏土分層壓實(shí)處理、300mm厚種植土，該結(jié)構(gòu)根據(jù)景觀設(shè)計(jì)需要位置敷設(shè)300mm厚種植土以種植水生植物。該防滲層結(jié)構(gòu)具有環(huán)境友好性，人工湖運(yùn)行后期將投放魚(yú)類(lèi)等水生動(dòng)物，該結(jié)構(gòu)有助于水質(zhì)的保持及生物多樣性的穩(wěn)定，如圖1所示。

　　對(duì)于臺(tái)階駁岸，湖底防滲結(jié)構(gòu)自下而上依次為，50cm厚素土、100mm厚砂質(zhì)土墊層、1mm厚天然鈉基膨潤(rùn)土防水毯、500mm厚黃黏土分層壓實(shí)處理。對(duì)于湖底較為平緩區(qū)域，根據(jù)景觀設(shè)計(jì)要求，不需種植水生作物，故不敷設(shè)種植土。湖底采用3‰坡向，排水至湖底。

　　4 、工程運(yùn)行效果

　　本防滲工程啟動(dòng)于2021年4月，竣工于同年5月。運(yùn)行至今，由于2021年降雨量較為充沛，除蒸發(fā)及植物蒸騰量外，人工湖并未進(jìn)行補(bǔ)水，水量保持較好。由于沿岸水生植物的種植，對(duì)周邊面源污染物起到一定程度的滯留及過(guò)濾作用;加之曝氣推流機(jī)及生態(tài)浮島的后期植入，水體含氧量得以增加。經(jīng)后期觀察，工程設(shè)計(jì)方案滿(mǎn)足水量、水質(zhì)及景觀的要求，魚(yú)類(lèi)在水中開(kāi)始出現(xiàn)自然繁衍的情況，鴨禽類(lèi)也逐漸在水域附近出現(xiàn)。人工湖的水質(zhì)改善及水量的保持使得湖區(qū)生態(tài)多樣性得到了良好的改善，總體運(yùn)行情況較好。

　　5 、結(jié)語(yǔ)

　　工程實(shí)踐證明，GCL加粘土的組合形式是有效改善人工湖湖水滲漏的防滲方式，可大幅度減少湖體補(bǔ)水量，減少泵站能耗。對(duì)于有魚(yú)類(lèi)投放及有生態(tài)景觀營(yíng)造的人工湖，可選用具有對(duì)水體交換有利、自愈能力強(qiáng)、抗凍融性較高等特點(diǎn)的GLC作為主防滲材料，但GLC的缺點(diǎn)在于其使用年限相對(duì)較短，實(shí)際工程中，可配合壓實(shí)粘土作為防滲結(jié)構(gòu)中的組成部分，使防滲結(jié)構(gòu)層持續(xù)保持一定的使用年限，并起到保護(hù)GLC的作用。該GLC與壓實(shí)粘土的組合防滲方式，可在寒冷地區(qū)的人工湖防滲工程中進(jìn)行推廣。

　　參考文獻(xiàn)

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　　《人工湖防滲材料比選研究》來(lái)源：《水利技術(shù)監(jiān)督》，作者：何瑩,歷宇琪