近些年来,随着城市建设的发展,人民生活水平的提高,水的环境功能越来越受到人们的重视。人工湖相继出现在公共游乐场、居民区、各大院校等场所。在批方地区水资源极为缺乏的今天,土工膜作为人工湖防渗材料,具有质轻、伸长率大、防渗性能好、能适应变形,施工简便,造价低等优点。因此,最近几年来北京市第一水利工程处采用土工膜先后完成了北京市地区的亚运村、中央党校、东方不夜城、西山西、东区等人工湖防渗工程的设计与施工任务。这几项工程各有其特点,现简述如下。
1人工湖防渗工程设计
人工湖防渗工程设计包括垫层(基础)、支撑层(膜的下保护层细土层)、防渗膜、保
护层(膜的上保护层细土层或混凝土面层)以及与各类建筑物的衔接设计等,不同的地质条件.地区和湖的类型,都给人工湖的防渗工程设计提出了不同的要求。
1.1垫层(基础)
人工湖防渗地基处理是相当关键的,因为地基一旦出现较大程度变形,土工膜无法承受其上的各种负荷,因此对于原状土地基,我们要设30cm~40cm厚的砾料层﹐以适应变形,同时排除地下水,另外对于渗漏量较大的地区,还要增设排水盲沟。
1.2支撑层(膜的下保护层)
支撑层的作用是使土工膜受力均匀,免受局部集中应力的损坏,因此支撑层应取用级配不均的土料,并且要求夯实良好,其最大粒径的选择与膜的物理性能指标,水源情况和防潘标准有很大关系,对于水资源比较缺乏的地区还要考虑防水效果,起到第二防线的作用,对于严寒地区还要考虑防冻效果,东方不夜城人工湖由15cm 厚粘土层和1cm厚聚苯板组成,其它人工湖均为15cm厚粘土层,根据实践经验,土料最大粒径不大于6mm。
1.3防渗土工膜
防渗土工膜是人工湖的防渗层,其寿命应与人工湖的使用年限相同。因此在设计过程中适当选择,同时考虑施工方便。因为当膜的厚度小于0.35mm 时,在现场采用热合机焊接时,焊接工艺很难撑握,另外对支撑层的要求也很高,否则,很容易被珞破,因此虽然从设计上能够保证防渗要求,但施工质量很难保证。
一般人工湖的水深为3m左右,深的可达 5m,因此选择土工膜强度不是控制因素，更多的应该考虑其施工质量的可靠性。此外为了施工方便,根据湖底形式和湖的形状来选择适当的幅度。对于比较方正又无变坡的平湖底,尽量选择宽幅膜,对于宽长且是平斜相接的人工湖尽量选择窄幅膜;对于水源缺乏的砂砾石基础上的人工湖更应选择防渗标准较高的土工膜。如西山东区人工湖，我们经过反复研究决定采用城建院提供的ECB防渗膜。此膜的强度、抗穿透能力也比较强,施工起来很方便。对于地质条件较好和水源比较宽裕的人工湖只要采用0.45mm~0.65mm 厚 LDPE(低密度聚乙烯膜)即可
保证防漆要求。另外由于土工织物和聚苯板的铺助作用,也可以调整土工膜的种类和厚
度。例如东方不夜城人工湖,同样是砂砾石基础,采用0.45mm~~0.65mm厚LDPE膜，上下各铺1cm厚聚苯板,也能满足防渗要求,同时聚苯板还起到了防冻作用。
1.4保护层(膜的上保护层)
保护层要保证人工湖防渗工程在运行过程中防渗膜不被破坏。根据甲方要求,硬保护层采用现浇和预制混凝土板两种时,用10cm厚砂浆或细砂进行过渡,软保护层采用盖土时,下铺10cm~15cm厚过筛细土,最大粒径不超过6mm,在其上再铺25mm~30mm厚无杂质土。
1.5膜与各类建筑物的衔接设计
主要包括与湖岸墙、进水口、穿湖桥涵、挡、泄水建筑物等的衔接设计。
人工湖防渗工程设计一定要注意整体连续性。但其连续性的好坏,主要取决于湖底土工膜与各类建筑物衔接的好坏,其防渗衔接形式大致分为以下几种。
1.5.1建筑物自身为连续防水结构,土工膜与建筑物的基础进行锚接,同时与止水材料焊接在一起。这种连接方式仅适用于平湖底,且水资源比较丰富的人工湖,如中央党校南北院的两个人工湖都是采用这种衔接方式,详见图1.
注:锚接完毕后打一条30cm×50cm压边混凝土
1.5.2建筑物自身为连续防渗整体,但其为立面或坡度较陡的斜面或水平与斜面相接的挡水建筑物基础,另外人工湖处于水资源丰常匮乏的地区,这样给膜的封边提出了很高的要求,西山东区人工湖属于此类型，其膜与排洪建筑物出口处和两个坝,一座穿湖旧桥的衔接上,采用机械压边法。具体的做法是把膜底部压在两条lcm 厚4cm宽的橡胶板中间夹一条BW—Ⅲ型止水条上，上部用宽l0cm厚8mm 的钢板沿两侧粘上其膜与排洪建筑物出口处和两个坝,一座穿湖旧桥的衔接上,采用机械压边法。具体的做法是把膜底部压在两条lcm 厚4cm宽的橡胶板中间夹一条BW—Ⅲ型止水条上，上部用宽l0cm厚8mm 的钢板沿两侧粘上1cm 厚4cm宽的橡胶板夹住,然后用锚在基础混凝土内的膨胀螺栓通过角钢传递外力压实缝隙,最后打一条压边混凝土梁。1.5.3最简单防渗形式的人工湖,在防渗区域内土工膜形成一个个完整的盆,也就是防渗膜从湖底绕过墙基础,墙背后立起,东方不夜城人工湖是这样的防渗形式。岸墙采用不防水的浆砌石,背面用砂浆找平,海浪墙处膜在墙体混凝土内立起,与岸墙背后的土工膜焊接在一起形成一个整体,使上下湖水完全隔开。
2人工湖防渗工程施工2.1垫层(基础)
由于垫层具有承载和及时排除地下渗流的作用,当原状坛基为砂砾石时,开挖完毕后,将面层直径大于15mm的砾石拣出,然后洒水夯实,原状基础即可作垫层,当原状地基施工时,如果处在无地下渗流处,开挖完毕后人工清除表面虚土,同时取样看是否需进行地基处理,不需要时直接进行防渗结构施工,如果需要处理或有地下渗流,一定要按设计标准回填砂砾料,取样合格后方可进行下道工序。当人工湖防渗结构处于回填部位时,回填土一定要严格按标准压实。在回填工作开始之前,一定要将现场清理彻底,同时请有关人员进行验收后,再开始回填。西山西区人工湖施工时,由于基础清理不彻底留有建筑垃圾,造成人工湖渗水后湖底出现很大程度的塌陷,出现防渗膜被撕开的严重事故。据此,在东区人工湖防渗工程施工中,首先根据现场山洪出流情况,决定在B区左岸湖底以下设一条排水盲沟,然后定出支撑层,下设60mm厚砂砾料,剩余部分用当地土进行回填。回填之前,取当地土由试验室提出回填标准2.ot / m*。另外由于当地土科含砾,标准要求直径大于1ocm的砾石必须拣出。回填过程中分层夯实取样检测。在这样的严格要求下人工湖蓄水后运行情况良好2.2支撑层
一般情况下为15cm厚粘土层。首先选土,对于砾石基础上的人工湖最好选用优质粘土。因为夯实后粘土的防水能力比较强,一且防渗结构出现少量渗水时,可以起到第二防线的作用。其它情况下采用粒径小于6mm的土料进行回填夯实后,扫除表面颗粒,同时洒水润湿,给防渗膜提供一个很好的支撑层。如若还不能满足铺膜要求,就要设一层无纺布或聚苯板层。
2.3防渗薄膜
防渗膜是人工湖防渗的主防线,在铺膜过程中,应尽量减少焊缝,特别是交叉焊缝,以减少渗漏隐患。在展膜过程中一定要避免生拉硬扯,也不许将其压出死折,每个焊缝在焊接时一定要把其上的浮土擦干净,否则上下膜之间无法热合到一起。若要与建筑物基础衔接,一定要将膜展平不要出折,为封边提供良好的操作条件。
2.4保护层(上保护层)2.4.1硬保护层
大面积湖底混凝土浇筑可以采用条状分期法,将模板支撑打在膜外,且做成可调整装配式,对于宽出的膜要加以保护。窄长湖底,尽量一次浇筑,溜糟立撑底部一定要放垫块,另外人工平仓振捣或安砌预制板过程中也要注意,不要破环土工膜,否则可能造成渗漏隐患。
2.4.2软保护层
过筛土料在膜上水平运输过程中,采用向前进占法边垫路边往前施工,细土层垫实后垫其它土料时,同样采用向前进占法,边垫路边往前施工,而且在施工中一定不要用铁锹或其它带尖的东西戳土工膜,否则防水膜会受到损伤。
2.5膜与建筑物的衔接施工
2.5.1大包方案中海浪墙内立膜焊接
由于大包方案中采用的浆砌石挡墙自身不防水,混凝土与塑斜膜的接合面也不防水,因此各湖区之间的防渗膜都必须形成一个整体,不能互相贯通,因此在每一道海浪墙部位必须焊接一道立膜,其立膜与墙背后折起的防渗膜的焊接问题,东方不夜城人工湖在施工过程中采取了三种不同的焊接方案,结果最后一种效果比较令人满意,在以后的工程中可以使用。即在距海浪墙侧膜一米左右的位置上开始焊双膜,夹在立模中间待拆模后检查是否有孔洞后,再分别与上下游折起的立膜焊接上,另外在施工过程中尽量避免用焊枪焊接膜,因其抗拉性能较差。2.5.2封边
首先将基础混凝土表面清理干净,并凿掉棱角。射钉锚固法施工时,将5mm 厚5c m宽橡胶条垫好,将膜展平后压角铁,有弧度的地段将其切成段进行拼接以免压不实,射钉时将枪立直压好后射进,按15cm~20cm一枪射完后检查,有没压实的地方再加射一枪。采用膨胀螺栓压边法施工时,其设计本身比较可靠,在施工中只要按标准施工即可达到防渗效果。其施工顺序,先用钻枪打孔后下膨胀螺栓、清理基础表面、刷401胶固定橡胶板、填止水条、展平膜压粘好橡胶板的铁板、加传力角钢"紧螺栓加力、直到最佳状态,最后一道工序打压边混凝土梁。3设计施工中的几点说明
3.1土工膜在紫外线的照射下易老化,因此不宜长时间暴露在阳光下,因此在施工中应边铺边压保护层。
3.2由于采用回填粘土或其它细土料做支撑层,表面都不可能太平整,因此膜展平后施工人员尽量不要到上面去踩,或往上抛硬东西,以免损坏防渗膜。
3.3土工膜焊接完毕后,在保护层施工之前一定要进行细致的验收,并与下道工序负责人办交接手续。
3.4在锚固封边和机械压边法封边两种方法中,尽量少用机械压边法,因为这种方法虽然防渗效果可靠,但其施工很困难,而且造价太高。
3.5在设计防渗结构时,尽量采用大包方案,因为这种方案的防渗效果可靠,且适应各种条件下的人工湖防渗。
3.6锚固封边法对于坡度较陡且斜长很长的斜坡式湖底最好不要采用,因为在这种条件下水流在自重条件下,沿膜下往下渗,防渗效果不好,对于平湖底采用这种方案较好。这些都得到了实践的检验。
3.7斜坡式湖底,其最大坡度不能陡于1 :3，否则土工膜长期处于受拉状态,对膜的使用寿命有很大影响。
3.8采用大包方式,其湖岸挡墙高小于1.om时,外侧可采用37砖墙,内侧采用现浇混凝土或浆砌块料石均可,墙高大于1.om时,外墙可采用重力浆砌石或混凝土或挡墙,内侧同上,这样即方便了施工,同时又降低了工程造价。对于横向挡水溢流坝采用立膜方案,同样可以使施工变得简单,且防渗效果很容易保证。这些都是我对人工湖防渗的见解,同时也是实践经验,因为西山东区人工湖A区跨湖坝最终采用的就是这种施工方案。
3.9在防渗膜的使用过程中,对于复合式湖底,面积又比较小的人工湖,采用宽幅LDPE时,该裁的地方一定要裁,不要将膜压成许多褶皱,从而影响防渗效果,而且也不利于上保护层施工。
由作者负责的东方不夜城人工湖和西山东区人工湖防渗工程,运行效果很好。4结语
人工湖防渗工程的设计与施工还处于不完全完善阶段,北京市第一水利工程处虽然承接了七、八个人工湖防渗工程,但对其技术也还没有完全掌握,还要在今后的工作中不断地进行探索,积累知识,使土工膜防渗技术在水利工程中得到很好的应用。