人工湿地防渗方法与技术

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1、人工湿地&小微湿地基础知识培训 南京朴厚生态科技有限公司生态技术部人工湿地&小微湿地基础知识培训（八）人工湿地防渗方法与技术目录引言11 人工湿地防渗的必要性12 人工湿地防渗技术要求13 人工湿地常用的防渗技术33.1 黏土防渗33.2 混凝土防渗墙技术53.3 膨润土防渗毯防渗技术63.4 膜料防渗94 复合土工膜防渗技术114.1 概述114.2 复合土工膜的作用机理134.3 复合土工膜的选择144.4 复合土工膜技术特点154.5 复合土工膜施工工艺与施工技术研究16人工湿地防渗技术引言近年来，人工湿地在国内的处理范围十分广泛，包括城镇生活污水、农村生活污水、农田退水、景观河湖水、养

2、殖废水等。这些人工湿地运行以来，产生了良好的经济和社会效益，为我国的环境保护做出了贡献。为保障人工湿地的运行水位和防止污染扩散，人工湿地必须实施防渗措施。防渗材料的选择和防渗工程设计在人工湿地设计时应该全面考虑，同时还应考虑在当地地下水水位等环境因素长期作用下对防渗系统的影响和破坏的可能性。1 人工湿地防渗的必要性由于农村生活污水、城镇生活污水、工矿企业尾水等污水成分较为复杂，有的含有重金属等有毒有害物质，其渗漏会对生态环境有着严重的破坏；此外，人工湿地的正常运行需要一个有效的常水位，充分的防渗措施可以很好的保证水体不会下渗，对湿地的正常运行造成影响，因此长久有效的防渗措施在人工湿地的建设过程

3、中是十分有必要的。2 人工湿地防渗技术要求为切实防止人工湿地系统因渗漏造成对地下水的污染，应该采取适当的防渗措施。从环境安全的角度考虑，可以在施工时尽量保持原土层，在原土层上采取防渗措施，防渗材料可以根据当地的实际情况选取。当防渗要求较低，且条件许可时，可选用天然黏土或改良土夯实；当防渗要求较高时，可选用聚乙烯膜、聚合物水泥等建筑防水材料。选用聚乙烯膜作为防渗材料，应符合聚乙烯丙纶卷材复合防水工程技术规程CECS199的规定。选用聚合物水泥作为防渗材料，应符合聚合物水泥、渗透结晶型防水材料应用技术规程CECS195的规定。下表为人工湿地相关标准规范中对防渗方法的推荐，及相关的要求。表1.1 各

4、个标准中防渗要求规范名称黏土防渗塑料薄膜防渗水泥砂浆或混凝土防渗： 环保部规范渗透系数不大于10-8m/s参照CJJ17执行住建部导则厚度大于0.5m，有机质含量不大于5%，压实度90%-94%采用两布一膜复合土工膜，膜质量应该在400-500g/m2，采用PE或者PVC薄膜时，厚度应该大于1.0mm混凝土防渗，混凝土强度不小于从C15，厚度不小于0.15m北京规范渗透系数不大于10-8m/s参照CJJ17执行天津规程渗透系数不大于10-8m/s，厚度大于0.5m，有机质含量不大于5%，压实度90%-94%薄膜厚度应该大于1.0mm，两边应采用土工布混凝土强度不小于从C15，厚度不小于0.15

5、m，面积较大时分块浇筑上海规程当原有土壤层渗透系数小于 10-8m/s,且厚度大于60cm 时，可不采用其他防渗措施。薄膜厚度应该大于1.0mm，也可配合土工布使用，江苏规程采用黏土防渗时，黏土厚度应不小于60cm，渗透系数不大于10-8cm/s薄膜厚度应该大于1.0mm，两边应采用土工布，宜优选PE膜，敷设要求应满足聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范砖砌或毛石砌后底面和侧壁用防水水泥砂浆防渗处理，或采用混凝土底面和侧壁，按相应的建筑工程施工要求进行建造。浙江规范粘土碾压厚度应大于0.5m，有机质含量应小于5%，压实度应控制在90%94%之间采用二布一膜（400g/m2550g/m2）形式混

6、凝土强度应大于C15，厚度宜大于0.1m。防渗层面积较大时应分块浇筑，施工缝应大于15mm，缝间应填充沥青防水。山东指南参照GB 50869执行。参照GB 50869执行。参照GB 50869执行。宁夏规范如原有土壤含砂量较高、黏土含量较低、透水性好，应敷设2层黏土防渗层，每层厚度宜为30cm；如原有土壤含砂量较低、黏土含量较高、透水性较差，可敷设一层黏土防渗层，厚度宜大于30cm。薄膜厚度宜大于1.0mm，两边衬垫土工布，以降低植物根系和紫外线对薄膜的影响，宜优选PE薄膜应按建筑施工要求进行建造青海规范场地黏土层厚度大于60cm时，采用黏土夯实作为防渗层；不满足条件时，需要做其他防渗采用土工

7、膜防渗，黏土夯实层厚度不宜小于10cm。密度不小于95%，设计采用的土工膜厚度不宜小于1.0mm防渗层应利用机械强度高、抗化学腐蚀和抗老化性能强的工程材料，以保证防渗层在防渗区域覆盖完整，且可以在较长时间范围内保证防渗效果。常见的人工湿地防渗层如下：聚乙烯膜防渗层，以聚乙烯膜为主要防渗材料，可单独使用，也可配合无纺布、压实土壤等其他防渗防护措施，膜厚度宜大于1.0mm；聚合物水泥防渗层，以聚合物水泥为主要防渗材料，一般与压实土壤或碎石垫层配合使用；黏土防渗层，以黏土为主要防渗材料，可单独使用，也可与钠基膨润土混合使用，需根据原土壤含砂量情况铺设30cm60cm 厚度的防渗层。采用聚乙烯膜等材料

8、进行防渗时，应注意保证膜材料在施工中不受破坏且焊接完整无死角；采用聚合物水泥进行防渗时，应保证聚合物水泥在长期承重下不出现压坏破裂等情况；采用黏土防渗时，可根据土壤层实际情况调整黏土层厚度。当原有土壤层渗透系数小于1*10-8m/s，且厚度大于60cm 时，可不采用其他防渗措施，直接对原有场地进行夯实处理用作防渗层，但需对该防渗层进行渗透能力检测，以确保防渗效果。3 人工湿地常用的防渗技术目前，人工湿地常用的防渗衬垫主要有压实粘土防渗、混凝土防渗墙技术、膨润土防渗技术、膜防渗以及它们的复合产品。3.1 黏土防渗3.1.1 黏土的概念黏土，是一种重要的矿物原料。是颗粒非常小的（2m）可塑的硅酸铝

9、盐。除了铝外，黏土还包含少量镁、铁、钠、钾和钙，一般由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成。黏土是一种重要的矿物原料，广泛分布于世界各地的岩石和土壤中，可用于制造陶瓷制品，耐火材料，建筑材料等。 图3-1 粘土3.1.2 粘土防渗的运用工程常用的粘土防渗有掺入其他粘合剂的混合土和不掺任何粘合剂的纯粘土防渗。在我国，纯粘土防渗在过去的几十年间一直活跃于现场，因此导致的一系列后果一直影响到今天。过去的土石坝通常采用的是粘土心墙作为挡水材料，一旦防渗失效，将会造成极为惨烈的灾害。粘土防渗的施工技术简便，但耐久性不好，过去的工程在不久之后便需要维护。当防渗要求较低，且条件许可时，可选用天然黏土或改良土夯实。

10、如原有土壤含沙量较高，粘土含量较低，透水性好，应铺设两层粘土防渗层，每层厚度宜为30 cm；如原有土壤含沙量较低，粘土含量较高，可铺设一层防渗层，厚度应大于30 cm。也可将粘土与膨润土相混合制成混合材料。敷设60 cm厚的防渗层，以改善原有土层的防渗能力。 图3-2 粘土压实现场照片3.1.3 黏土防渗的特点一般情况下，粘土防渗对地基基础要求较其他防渗材料低，当地基发生微量变形时，粘土在其自重作用下会自行愈合，若当地土料丰富、基础覆盖较深，可以使用粘土进行防渗。粘土防渗的特点如下：粘土防渗层的优点： 己有成熟的设计和施工经验可供参考； 粘土为当地材料，就近取用，工程成本相对不高； 粘土施工相

11、对于沥青混凝土、钢筋凝土等，施工工艺简单，施工机具投入少且都为常规设备； 粘土并不完全阻隔底部生态系统的水质交换，是环保型的手段。粘土防渗层的缺点： 纯粘土用于防渗时通常需土方量大，成本高居不下； 如若当地没有可用粘土，则运输成会很高 施工过程对天气要求高，阴雨天气不利于施工； 高渗透压或者水头差的工况容易引起渗透破坏； 对于缺少粘性土料的地区选用压实粘土铺盖防渗有一定的困难。3.2 混凝土防渗墙技术3.2.1 混凝土防渗墙的概念混凝土防渗墙技术是利用机械设备在松散透水地基中造槽孔，为防止孔壁坍塌，在开好的槽孔内灌注泥浆加固孔壁，后插入导管在槽孔中浇注混凝土，挤出泥浆，在透水地基里筑成一道防渗

12、墙体。混凝土防渗墙在水利工程中广泛采用，尤其是难以开挖的富含地下水的软弱地基中，是进行垂直防渗处理最有效的措施之一。混凝土防渗墙可以与构筑物的防渗体进行连接，截断了渗漏通道，减少渗漏水流，保证了水工建筑物的安全，促使水利工程发挥效益。混凝土防渗墙按墙体的水平截面的形式分为：墙板型、圆桩柱型、墙板桩柱混合型、混合桩柱型。 图3-3 混凝土池体3.2.2 混凝土防渗墙的运用混凝土防渗墙主要应用于土坝坝基、混凝土闸坝基础、土石围堰堰体和堰基的防渗处理、险坝防渗处理等方面。浇筑的混凝土防渗墙体既可以做成刚性的，也可以做成塑性、柔性的。前者主要用于工业民用建筑中基础部分的承重和挡土，后者则广泛应用于江河

13、、湖泊、水库堤坝的防渗加固。3.2.3 混凝土防渗墙的特点防渗墙混凝土是混凝土施工的一种特殊形式，在我国水利工程上应用广泛，操作简单，技术成熟，质量可靠。但是否有效地将泥浆与混凝土隔开，保证混凝土的浇筑质量，提高墙体的防渗性能也很关键；另外，墙体间的接缝是混凝土防渗墙施工中的难点，也是混凝土防渗墙容易产生的质量隐患。因此，混凝土防渗墙施工中作为地下施工，要更加严格的控制质量。3.3 膨润土防渗毯防渗技术3.3.1 膨润土防渗毯的概念膨润土防水毯(GCL)是是一种三明治结构的复合土工材料。它由经级配过的天然钠基膨润土颗粒和相应的外加剂混合均匀而成，经特殊的工艺及设备，把膨润土颗粒固定在两层土工布

14、之间，制成膨润土防水毯，既具有土工材料的全部特性，又具有优异的防水（渗）性能。其防水机理为：膨润土粒子遇水膨胀，使其形成均匀的胶体系统，在两层土工布限制作用下，使膨润土从无序变为有序的膨胀，持续的吸水膨占结果是膨润土层自身达到密实，从而具有防水作用。其中钠基膨润土在富水环境下可以充分吸收5倍于自身体积的水，然后膨胀到原来的10倍到20倍，膨胀性能远远好于钙基膨润土。因此工程上通常采用的是钠基膨润土。膨润土防水毯的防渗性能主要由膨润土的膨胀性能决定，外侧的土工布仅仅起到固定防渗目标位置的作用。3.3.2 膨润土防渗技术的运用1987年，德国诺威公司首创防水毯，其后伴随着工程应用，防水毯得以不断改

15、进，逐步取代传统防渗材料。国内北京万方程科技有限公司最早开始研究防水毯技术，并于2010年申请并获国家发明专利。后来陆续在奥运龙形水系、郑州郑东新区如意湖、河北省滹沱河生态治理等重点工程中应用。2016年由北京万方程科技有限公司牵头制定了CECS4572016钠基膨润土防水毯应用技术规程行业标准，对防水毯生产、施工、管理、市场等方面起到了指导、规范化作用。3.3.3 膨润土防渗技术的特点防渗毯具有以下特点：膨润土防水毯作为水下抗渗材料有以下优点： 具有优异的防水防渗性能，抗渗静水压可达 1.0MPa 以上，渗透系数 10 -2 cm/s； 膨润土是天然无机材料，不会发生老化反应，耐久性好；不会对环境造成任何不利影响，属环保材料； 具有土工布材料的全部特性，如分离、加固、防护、过滤等； 施工简便且不受施工环境温度的限制，0以下也可施工。施工时只需将 GCL 防水毯平铺在地上； 容易修补；即使在防水（渗）施工结束以后，如防水层发生意外破损，只要对破损的部位加以简单的修补，就可重新使用； 产品幅宽可达 6