膨润土防水毯在渠道防渗工程中的应用

摘要：随着水资源的日益紧缺，灌区进行防渗配套、节水灌溉势在必行。西大洋水库灌区采用新型材料膨润土防水毯进行渠道防渗，取得了较好效果，在北方寒冷地区渠道施工中具有很大的推广价值。

关键词：膨润土防水毯；特性；应用

中图分类号：TU761.116　文献标识码：A　文章编号：1006-3315(2008)08-120-01

随着水资源的日益紧缺，灌区进行防渗配套、节水灌溉势在必行。现今多数灌区渠道防渗都采用混凝土衬砌等形式，而北方寒冷地区的冻涨破坏大大影响了工程的使用寿命和防渗节水效果。西大洋水库在灌区防渗配套工程中尝试采用膨润土防水毯进行渠道防渗，经3年运行观察，发现效果很好。

一、膨润土防水毯介绍

1、膨润土的矿物学名称叫蒙脱石，其粒径为10-10m～10-8m(1nm=10-9m)，国外称其为天然纳米(10-9m～10-7m)材料。它一般由火山灰形成层状岩石，大部分是由第三纪火山灰或者流纹岩变质而形成。虽然在法国发现，但是由于在美国蒙大拿州的福塔蒙脱附近首次发现了矿脉，所以叫做蒙脱石。最有名的是美国俄亥俄州的膨润土，推测是由白垩纪的火山活动而形成的。膨胀后的膨润土所形成的胶体具有排斥水的性能。利用这个性能，人们用膨润土来作防水材料。

膨润土防水毯(Geosynthetic Clay Liner，简称GCL)是高科技绿色复合防水材料，它由两层土工合成材料之间夹封优质钠基膨润土粒通过特殊针刺方法制成。上下两层分别为土工织物，主要起保护和加固作用，使之具有一定的整体抗剪强度；中间维钠基膨润土粒层，它由天然的粘土矿和无机材料加工而成，具有高膨胀性和高吸水能力。湿润时透水性能低，主要起防渗作用。在防渗工程中，膨润土防水毯可单独使用，也可与粘土防渗体或土工膜组合使用。

2、膨润土防水毯的特性

(1)、密实性：钠基膨润土在水压状态下形成高密度横隔膜，厚度约5mm时，它的透水性为α×10-9cm/s(α=1-9)以下，相当于100倍的30cm厚度粘土的密实度，具有很强的自保水性能。

(2)、自保水性：钠基膨润土和水反应时，能产生13-16倍的膨胀力，因此能修补2mm以内的表面裂缝。与其它防渗方法对施工完成以后发生的缺陷无能为力相比，能持久发挥其防水性能。

(3)、耐久性：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。

(4)、施工简便，工期短：和其他防水材料比较，施工相对比较简单，不需要加热和粘贴。接逢处只需叠合约20cm，并洒上0.4kg／m膨润土粉末，以钉子、垫圈等进行连接和固定。施工后不需要特别的检查，如果发现防水缺陷也容易维修。在施工工期上，与混凝土防渗相比，大约缩短50％的工期，与需加热粘贴的土工膜防渗相比工期也要短。

(5)、不受气温影响：在寒冷气候条件下也不会脆断，耐低温冻涨破坏。

(6)、绿色环保：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。因施工的简便性和材料的特性，特别是没有加热和粘贴等作业，减少了施工事故。

(7)、与土工膜相比：GCL柔性好，能较好的适应不均匀沉降；GCL中的膨润土层吸水后的厚度增加好几倍，并且受外裹土工织物的保护，因此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，一般要求最大颗粒尺时不超过32mm；GCL比土工膜具有较好的界面磨擦特性。

(8)、与混凝土相比：GCL柔性好，能较好的适应不均匀沉降；GCL体积小，重量轻，产品成卷，易于运输和安装；GCL与非织造土工织物纤维充分缠绕，止水性强，耐冲刷，其防渗性能不会因干湿和冻融反复循环而降低，并且可能的漏水点也会因膨润土的迁移而自行愈合；GCL很好地解决了混凝土的冻涨破坏问题。

二、膨润土防水毯在渠道防渗中的应用

对于渠道防渗形式的探索，西大洋水库灌区在“2005年灌区应急抗旱工程”中在总干四支渠采用了膨润土防水毯防渗。防水毯施工工艺流程：施工准备→基层处理→防水毯施工→防水层保护→回填土。

(1)对需防渗渠道进行断面修整，回填土密实度应≥0.93。

(2)对基面进行排水作业：若地面有水气时，要用PE胶带搭接10cm后铺设，以防止膨润土的早期水化。

(3)膨润土防水毯铺设。膨润土的织布面向上(施工人员要看着织布面进行施工)；膨润土毯最少要搭接10cm后，以40cm间隔用钉子和垫圈将其固定；施工过程中，施工人员一定要防止防水毯的损伤。在进行下道工序之前，要检查膨润土防水层是否流失，如有流失或损伤的部位要用膨润土粉末进行修补。

(4)、防水毯施工后铺设3—5cm厚的水泥砂浆，以防止防水层接触水而早期水化及防止草根对防水毯的穿刺破坏。

(5)、回填土。回填土时，为了防止防水层受损伤，可以设置防护板；为了下道工序的施工，将回填土的顶端预留出30cm高的膨润土毯，用PE胶带加以收头固定，以防止受到损伤或水化；回填土时要注意不要损伤防水层，并注意夯实，以减少沉降。回填土层厚20cm，回填土层的夯实密度要达到85％以上。

膨润土在40年前就应用于大坝底部的防水，膨润土具有高度的水密性和自身修补复原功能，抗渗能力强，柔性好，能适应地基的不均匀沉降。膨润土防水毯渗透系数1.25-3.54×10-9cm/sCBR，顶破强度1.2kN，刺破强度0.34kN，综合性能优良。我们采用膨润土防水毯进行渠道防渗，经一年运行观测发现。渠道渗漏水量损失减少90％；且就原断面进行防渗，工程量较小，投资较省。我国的膨润土资源居世界第一，随着其价格的进一步降低，膨润土防水毯作为一种新型土工合成材料，随着其价格的进一步降低，在北方寒冷地区渠道防渗工程中具有很大的推广应用价值。