生态修复河道防渗技术浅析

生态修复河道防渗技术浅析

李雷

北京玉河源水务建设有限公司 北京市 102300

摘要：门头沟新城地区基本没有可靠的地表水源可作为城区河道的景观水源，因此规划考虑沟道的景观水源采用再生水。因此河道的防渗就尤为重要，只有河道的防渗做好了，才能达到河道与周边环境定位、人文特色相互融合，以水为特色，打造新城开放型滨水空间，构建一个和谐的共生体系，成为门城独具特色的一条滨水休闲景观带。

门头沟城区河道水环境治理工程使用的复合土工膜作为一种实用的防渗建筑材料，具有强度高、造价低和施工方便等优点，从80年代在我国开始使用，生产技术不断提高，在北京地区河湖防渗中得到广泛应用。特别是两布一膜在生态河道修复施工中的应用，具有很强的实用性。

本文通过对各种土工膜防渗技术的综合比较，结合生态修复河道的现场施工，介绍了生态修复河道防渗技术的应用。对于施工中要注意的关键部位的施工工艺进行了强调论述。

本文所做主要研究工作如下：（1）通过对土工膜材料的选择及对覆面材料的比较来确定防渗方案。（2）对防渗体系不同方案进行比较确定。（3）对土工膜的基底处理、铺设、焊接、锚固的关键节点的处理。（4）土工膜与刚性铆接时的细部方案的比较，与墙体伸缩缝的处理。（5）土工膜在施工中应该注意的问题。

关键词：土工膜，防渗，焊缝，沉降缝处理

引言

门头沟新城是北京西部生态涵养区的重要组成部分；是集传统文化和自然景观为一体的休闲旅游区域；是立足西部发展带，面向中心城、辐射山区的区域服务中心和宜居山城。门头沟的城区五条河道作为门头沟区水系的主要河道，随着门头沟新城的整体规划，河道的现状已经成为门头沟区域形象提升的重要障碍之一，也将影响到门头沟区水环境改造的整体效果及由此所带来的长远效益。因此河道的水环境治理，是非常必要和紧迫的。

门头沟区城市河道水环境整治的主要任务是疏挖整治河道，提高河道的行洪排水能力。改善河道水环境，提高流域范围的可居住性及提升门头沟的整体区域形象。河道形成观赏水面，堤岸绿化，使五条沟道成为“水清、岸绿、生态”河道，并为其周边提供休闲、娱乐、健身场所。

1、防渗方案的确定

1.1土工膜材料的选择

在生态河道修复防渗工程中，土工膜是整个工程中的关键材料。其厚度的控制范围在0.3─0.6mm，幅宽为4─6m。小于0.3mm的土工膜在焊接过程中不易控制，容易破坏。从经济合理的角度出发选用0.5mm厚的为宜。在复合土工膜的选用方面宜选用的规格为两布一膜即300g/0.6mm/300g为宜。

目前，土工膜市场发展很快，在永定河生态修复的防渗施工中，根据设计要求，并结合现场实际情况，我们选择了山东鑫宇土工材料工程有限公司生产的非织造特宽幅复合土工膜作为防渗材料，其规格为： 300 g/0.6mm/300 g。为确保土工膜的质量满足防渗工程要求，进行了抽样检验送样为12m²，其结果如表1-1所示。

表1-1检测实验数据一览表

注表中：'+'合格； '-'不合格

1.2覆面材料的比较确定

永定河生态修复的防渗中对于土工膜表面覆盖材料的确定，应通过经济比较和质量上的要求相权衡而确定，其基本的结构为基底承力层、土工膜、细土保护层和覆盖材料组成。

由于生态河道的自然环境及所处的地理位置的不同特点，对于覆面材料的确定应有所不同，下面对几种覆面材料进行分析比较如表1-2所示。

表1-2覆面材料方案比较表

通过上述几个方案的比较，在不同环境所使用的覆盖材料有所不同，但应注意的是在与PE膜接触部位，应该有过筛的细土料对膜进行保护，在永定河生态修复中复合土工膜的选择上，就充分利用了复合土工膜的特点，减少了大量的覆盖材料的运输，并取得了良好的经济效益。

2、施工过程中有关节点的处理

2.1防渗体系不同方案的比较确定

在防渗施工中，几种不同形式的防渗措施适用于不同的条件，或者可以几种方案相互结合使用，根据其条件的不同而定。

2.1.1浆砌石砌体与土工膜结合的防渗体系

浆砌石砌体与土工膜相结合，其基本的施工方案为土工膜由墙后兜起，形成一个整体的防渗体系，其原理象一个“盆”以达到防渗的目的。在冯村沟水环境整治工程防渗中，要求部分河道岸墙全部拆除，重新防渗，确定方案如图2-1所示。

图2-1 浆砌石砌体与土工膜结合示意图

2.1.2混凝土墙体与土工膜结合的防渗体系

由砼墙体作为河道的水平防渗，土工膜为河底防渗，柔性土工膜与刚性砼防水相接形成防渗体系，这种防渗办法在西峰寺沟水环境整治等工程得到广泛应用。既达到了防渗的目的又起到了岸墙加固的作用，如图2-2所示。

图2-2 混凝土墙体与土工膜结合示意图

2.2基底处理

作为防渗，首先要解决的重中之重的问题是场地的平整问题。作为蓄水后将要承受巨大水荷载的河底土壤来说，它除了要有足够的压实度以承受水压力外，还有一个不容忽视的问题就是场地平整问题。因为它要与主要防渗材料复合土工膜接触。为防止土工膜被无意的扎破，就要求铺膜场地平整，为防渗工作做了前期准备工作。

基底是河道防渗的基础，是关键的部位。要求该部位要有一定的密实程度，对于局部地基情况不好的或地质条件不好的，应给予相应的处理，确保地基沉降在允许范围内。对杂物清理干净后，摊铺2—3cm过筛土，刮平后采用（1tLP650H型双向压路机）振动碾压实，一般碾压2～3遍，形成对土工膜保护层经验收合格后具备铺设条件。

2.3土工膜的铺设

复合土工膜幅宽6m，长度为50 m。由生产厂家在厂内卷成卷。除锚固端外，其余三边预留10cm宽拼缝带，以便施工时膜与膜的拼接。

对于土工膜的摊铺工作，在河道施工中主要以人工铺设为主。在铺设设计过程中，尽量减少裁减。在接缝处理上不应出现“十”字缝，对于横纵缝的处理，应以“T”字缝为宜，在大面积铺设过程中，减少接头的集中，每幅膜之间错茬铺放间距应为不小于2 m为宜。在永定河生态修复防渗中选用的土工膜为特宽型复合防渗土工膜系列，幅宽为6.0m，长度为50 m，基本上满足了以人力铺设为主，少焊缝，少接头的原则。

计算出合理的铺设方法，沿铺设方向滚动铺设。铺设进行放样，在拐弯处裁剪出现场所需幅宽、长。铺开后，人工抻平找正。铺设时要求丁字相接，避免十字接缝。铺设时松紧适度，富裕度约1.5％，避免应力集中，也有利于拼接。铺设要求复合土工膜与河底回填土吻合平整，无凸起褶皱。垫复合土工膜保护层（如大板等），以防风吹，且能保护复合土工膜不被损伤。

2.4土工膜的焊接

2.4.1土工膜的焊接方法

土工膜的焊接由厂家派技术工人在现场完成。焊接设备为厂家自带TH-I型双驱动自行式土工膜焊接机。正式焊接前，根据施工气温进行试焊，确定行走速度和施焊温度。一般掌握行走速度1.5～2.0m/s，施焊温度180℃～220℃。焊接焊缝搭接10cm，焊缝两道，每道宽10mm，两道焊缝间有12mm宽的空腔。用此空腔来检查其焊接质量。焊接前必须清除膜面上的砂子、泥土等脏物，保证膜面干净。施焊前，在拼缝部位的底下垫一条长木板，以便焊机在平整的基面上行走，保证焊接质量。土工膜拼接检验合格后，即进行面层土工布的缝接。布与布的缝接采用手提式封包机、涤纶线丁字形缝接。缝合面要求松紧适度，缝接平顺。土工膜焊接如图2-3所示。

图2-3 土工膜焊接示意图

2.4.2焊缝处理

土工膜在铺设过程中预留有搭接余量，施工中采用双焊缝热合压力机进行粘接，交叉缝及破损点的修补采用热熔焊枪焊接（焊接材料以热熔棒为主），由于每幅的焊缝及接头是整个河道防渗中心环节 ，在施工和检测过程中，从以下几方面严格把关：

1)焊接前，每幅膜边缘的清理，确保两层膜之间的很好地粘接；

2)热合机的压力，温度及前进速度的控制。在用电条件不好的地区应配备电源稳压器以保证焊缝质量的均匀性。避免有由于温度及速度的控制不好而造成焊缝的质量缺陷。

3)对每一条焊缝要求100%检测，在施工现场特别是复合土工膜，采用充气法检测焊缝比较实用和准确。

4)焊接中宜随铺随焊，时间过长清理工作加大，并且由于水蒸气的影响对粘接不利。

2.4.3检测、缝合

采用充气法逐段进行焊缝检测。充气设备包括气针、压力表（显示5 Mpa以内）、充气筒、热焊枪。双缝充气长度为30m-60m，双焊缝间充气压力达到 0.15MPa-0.2MPa，静观5min，压力无明显下降即为合格。检测完毕后立即对检测时所做的充气针孔全部用挤压焊接法补堵，采用缝包机将表层的土工布缝合。

2.5复合土工膜的锚固

复合土工膜在与墙基础结合处的锚固。复合土工膜锚固长度20cm，首先在混凝土压膜基础一期锚固部位固定5cm宽，3mm厚的橡胶条带垫片，然后把复合土工膜锚固端用角钢压住，射钉穿透角钢、复合土工膜和橡胶条把土工膜牢牢地锚固在压膜基础一期混凝土上，钉距15cm。最后浇筑基础二期砼。

2.6柔性（土工膜）与刚性铆接时的细部方案的比较

对于柔性防渗片材与刚性防水的铆接是在河道防渗施工中必须解决的问题。土工膜与墙体、建筑物等刚性防水的连接，形成一个封闭的防水体系，铆接技术是连接二者之间的关键环节。铆接时选用的30×30×3的角钢，在曲折变换的河岸线中比用其他材料更能适应现场的变化。在接点中PE泡沫与橡胶板的选择上，PE泡沫易压缩，弹性较小；而橡胶板弹性较大使土工膜与砼面更紧密地结合在一起。其止水性能明显强于前者。在门头沟区冯村沟水环境整治工程施工中进行了实验比较。在土工膜后进行灌水的方法进行检测，防渗效果比较理想，为在其他工程中的使用，提供了很好实践依据，可在以后的工程中给予推广。

2.7土工膜与墙体伸缩缝的处理

对于整个防水体系，墙体伸缩缝止水带与土工膜的粘结又是一个关键的防水节点，在与PE片材的连接中，止水带的选择是关键，宜用塑料止水带便于粘接。如选用其它止水带，在连粘土工膜与止水时不易保证质量。用塑料止水带可直接用焊枪热熔粘接，其止水效果相当明显。

3、土工膜在河道防渗工程中应注意的问题

3.1施工过程中应注意的问题

（1）河底整平时，必须彻底清除石子、树枝和一切尖角硬物，以防伤损复合土工膜。由于湖底土壤的含水量大，松软部位应进行挖除回填夯实，出现橡皮土应挖除回填3：7灰土。

（2）预留沉降余量，在土工膜的铺设过程中应预留由于基底微量沉降而出现的拉伸余量，预防不必要的拉裂。在大面积铺设中，每隔5－10m折叠5－10cm。用覆面材料压住，但是，不能乱折而影响防渗质量。

（3）刚性与柔性连接处为避免直接拉裂的出现，应留有一定的伸缩量，可以减轻对土工膜的直接拉裂的损失。

（4）覆面材料施工时对土工膜的保护。严禁穿高跟鞋或带钉的鞋在膜上踩踏，施工车辆、机械不得直接碾压土工膜，更不宜采用重型设备。应铺设脚手板等，用手推车运送覆面材料。

（5）为保证土工膜的焊接质量，要将土工膜的焊缝面清理干净。据气温和风向、风力随时调整焊接温度和行焊速度；经常清除焊机胶轮表面及热楔表面黏附的土工膜材料的残余物，保持其表面清洁；施焊时基底一定要平整坚硬，拼缝搭接面一定要找平顺，防止焊缝褶皱不平。

3.2土工膜的使用年限及老化的问题

土工膜在衰老过程中到老化破坏、灼烤、紫外线、及其他化学品对土工膜的影响很大，我们在施工和运行过程中应严格控制外界对土工膜的损坏，而影响建筑物的使用寿命。

4、总结

生态河道防渗是改善城市环境的一项新技术，我们在多年的施工实践中，技术措施日渐成熟，但在有些环节还需深一层的研究。如土工膜跨伸缩缝部位的变形问题等。我们在以后的施工中将不断总结经验和研究办法，使生态河道防渗技术更上一个台阶。

随着技术进步和环境的要求，环保型的建材逐渐为人们所重视，经济环保的、新型的、适应环境发展需要的土工防渗材料将运用于相适应的工程。

参考文献：

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