一种人工湖防渗结构及其施工方法与流程

本发明涉及人工湖建造领域，具体涉及一种人工湖防渗结构及其施工方法。

背景技术

人工湖的水量损失，一是通过蒸发、二是通过渗漏，前者无法避免，后者则需通过制定相应的技术手段来解决。目前，在基础渗透系数较大、相对不透水层较深的地质条件下，国内人工湖全断面防渗一般采用粘性土铺底及护岸；或者采用全断面铺土工膜的水平防渗方法，土工膜上压盖150mm～200mm厚的砂砾料盖重。

人工湖的自然渗漏对于生态平衡是有利的。粘土的应用可以大幅度降低自然渗漏，却不完全阻隔自然渗漏，地表水与地下水的双向调节得到了保证。除此以外，粘土还具有较强的过滤净化能力，对水体中的无机磷化物进行吸附并且可在湖底种植水生植物，保持湖水水质。人工湖全断面防渗采用粘性土铺底的缺点是，由于湖底所承受水头一般较高，故整个湖区大面积防渗需要铺底的粘性土厚度较大，会造成所需粘性土土方量大，致使土料采集困难且造价高昂。

人工湖全断面防渗采用铺土工膜的水平防渗方法，湖底往往采取诸如hdpe土工膜、sbs改性沥青防水卷材、膨润土防水毯和复合土工膜等彻底阻隔下渗的防水层构造。技术上简单并机械地直接沿用了防水工程的一些做法，导致湖水水质富营养化等问题。因此，一些项目的人工湖与最初设计理念相背，不仅不会美化环境，反而成了居住环境的重大污染源。

部分乡、村人工湖项目，人工湖周边往往有村落，现状农村生活污水排放，大多为直排，生活污水未经处理，污染周边环境；结合农村生活污水排放现状，可将人工湖周边村落污水收集，经一体化污水处理设备处理后，排至人工湖，可作为人工湖的日常补水。采取以上处理措施，可提高项目周边区域水资源综合利用率、促进水环境综合治理；缺点是经处理后的污水仍含有少量污染物，会加快湖水的富营养化、加剧湖水水质恶化。

为解决人工湖湖水富营养化，在人工湖内种植水生植物，使人工湖兼作人工湿地。人工湿地通过种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观且具有经济价值的水生植物，形成一个独特的生态环境，对处理后污水进行净化处理，能进一步去除湖水中的有机污染物，同时对n、p和细菌等进行去除。此外，通过在人工湖中种植沉水植物和漂浮植物促进水生态修复，提升水面景观效果，人工湖的生态环境也由此得到改善，生物的多样性得到了保护。

人工湖全断面防渗若采用铺土工膜的水平防渗方法，为防止植物根系刺破膜料，湖底不能种植水生植物，因此无法解决人工湖湖水的富营养化、水质恶化的问题。同时，由于所铺土工膜的下部支持层中，地下水位有周期性的升降，在地下水位上升的过程中会造成土工膜被地下水顶破。

中国专利公告号cn203755230u，公告日为2014年8月6日，名称为“西北地区景观湖湖心区储水防渗构造”的发明专利，该专利公开了一种西北地区景观湖湖心区储水防渗构造，包括由下至上依次设置的原土夯实层、中粗砂层、防水层、中砂压层以及砾石层。该结构虽然具有良好的储水防渗效果，施工方便，价格经济，但由于防水层内的土工膜下方地下水位有周期性的升降，在地下水位上升的过程中会造成土工膜被地下水顶破，因此，需要设计一种能适用于湖区内均为强透水层，即能满足湖区全断面防渗的要求,又能避免湖底土工膜被膜下地下水顶破的防渗结构。

技术实现要素：

为解决背景技术中现有人工湖防渗构造中土工膜被地下水顶破的问题，本发明提供了一种人工湖防渗结构，具体技术方案如下。

一种人工湖防渗结构，包括由下至上依次设置的基础层、排水层、防渗膜、保护层及植物生长层，所述排水层包括由下至上依次设置的排水盲沟和上粗砂层。

地基难免会发生不均匀沉降，如果无粗砂垫层，在沉降区范围的防渗膜会出现拉应力，防渗膜就可能被拉裂，使防渗结构部分失效，造成湖区渗漏。

由此，通过在所述防渗膜下方设置上粗砂层，可使得防渗膜受力均匀，避免拉应力对其损坏。所述粗砂垫层在湖区范围内全面积铺设；粗砂垫层渗透系数高，用于将湖区范围内地下渗水导入排水盲沟、均衡地下水压力，避免出现基础层(排水盲沟范围以外)局部地下水水头较高，从而导致防渗层(两布一膜)局部鼓包甚至被顶破。

此外，所述排水层设置在基础层与防渗膜之间，防渗膜上无需开孔，地下水经排水层中的排水盲沟直接排出湖体,避免了防渗膜被地下水顶破；由于排水盲沟整体位于防渗膜下方，保持了防渗膜的完整性，大大增强了其防渗效果。

所述水生植物生长层，使得人工湖内可种植水生植物，让人工湖兼作人工湿地。人工湿地通过种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观且具有经济价值的水生植物，形成一个独特的生态环境，能进一步去除湖水中的有机污染物，同时对n、p和细菌等进行去除，保持湖水水质。此外，通过在人工湖中种植沉水植物和漂浮植物促进水生态修复，提升水面景观效果，人工湖的生态环境也由此得到改善，生物的多样性得到了保护。所述保护层能避免植物根系对防渗膜土工膜的破坏，具有防渗效果好、结构简单、造价低等优点，具有较好的推广价值。

优选地，所述排水盲沟包括由内而外依次设置的穿孔管、卵石层和无纺布层，以及设置在无纺布层侧方及下方的粗砂层。

设置在无纺布层侧方及下方的粗砂层，配合排水盲沟上方的上粗砂层，将无纺布层全面包裹住，保证了无纺布层不会被拉裂，避免排水盲沟结构部分失效。此外，由于粗砂层渗透系数大，地下水粗砂层中渗流较快，因此利用粗砂层将整个人工湖范围内的地下水导入排水盲沟，能够确保地下水排水的通畅；同时，粗砂层也作为过滤载体对地下水进行过滤，避免卵石空隙、穿孔管的孔被杂物堵塞，确保排水通道的通畅；此外，粗砂层还具有防止无纺布层被尖锐物刺破的作用。所述无纺布层用于将卵石层与粗砂层分开，还具有滤水的作用。所述卵石层因卵石间缝隙较大，作为盲沟的排水通道，具有良好的排水效果；当地下水渗水量较大时，卵石层亦可存蓄较多渗水，因此可以起到缓冲的作用。当地下水出水量较大时，为防止卵石回填的通道排水负荷过大，因此增设所述穿孔管以提高排水盲沟的排水效率；增设的穿孔管大大减小盲沟的断面尺寸，减小地基的开挖深度，节省盲沟用量，提高了其施工可行性和经济实用性。

优选地，所述排水盲沟包括主排水盲沟和次排水盲沟，所述主排水盲沟沿人工湖长轴方向设置，所述次排水盲沟与主排水盲沟连通。

主排水盲沟和次排水盲沟相互配合，覆盖正片湖区，能够最大程度的收集地下水。

优选地，所述主排水盲沟内设有主穿孔管，次排水盲沟内设有次穿孔管，所述次穿孔管与主穿孔管连通或次穿孔管的排水口位于主穿孔管上方。

当地下水出水量较大时，为防止卵石回填的通道排水负荷过大，因此增设主、次穿孔管以提高主、次排水盲沟的排水效率。次穿孔管不与主穿孔管直接连通，而是将次穿孔管的末端(排水口)搭在主穿孔管上方，次穿孔管的水通过其排水口排到主穿孔管上方，然后经主穿孔管上对应位置的孔进入主穿孔管并排出。这样的设计不仅保证了主、次排水盲沟的排水效率，还精简了施工所需部件(去掉了主、次穿孔管之间的连接部件)，降低了施工成本，减少了施工工作量和施工难度。

优选地，所述次排水盲沟设有多组，两个相邻的次排水盲沟组之间的间距为20-40m。

两个相邻的次排水盲沟组之间的间距太窄，则次排水盲沟数量过多，造成成本浪费；两个相邻的次排水盲沟组之间的间距太宽，则不能保证其集水排水效果。

优选地，所述次排水盲沟与主排水盲沟的顶高程一致，所述次排水盲沟的底高程高于主排水盲沟的底高程。

由于地下水由众多次排水盲沟汇入主排水盲沟，因此次排水盲沟的流通量小于主排水盲沟，将次排水盲沟的底高程设为高于主排水盲沟的底高程，这样的设计可以减小低地基的开挖深度，提高施工可行性和经济实用性；此外，由于通孔管设置在盲沟中心位置，将次排水盲沟的底高程设为高于主排水盲沟的底高程，使得次通孔管的高度自然高于主通孔管，以便次通孔管内的水顺利向主通孔管汇集。

优选地，所述主排水盲沟和次排水盲沟之间的角度a为60-90度。

若主、次排水盲沟垂直，则次排水盲沟的水平长度较小，较经济；主、次排水盲沟之间的角度a小于90度则可避免主、次盲沟的水流产生对流。

优选地，所述保护层包括粗砂垫层和位于粗砂垫层上方的混凝土预制块层。

优选地，所述混凝土预制块层由若干个正六边形混凝土预制块层拼接而成。

优选地，排水层施工中，所述穿孔管包括主穿孔管和次穿孔管，且所述次穿孔管的排水端搭在主穿孔管的上方。

优选地，所述人工湖防渗结构还包括设置在人工湖附近的小型污水一体化处理设备，所述小型污水一体化处理设备的出水口与所述人工湖连接。

小型污水一体化处理设备排出的污水经植物生长层的净化处理，进一步去除湖水中的有机污染物，有效补充人工湖的水资源。

优选地，所述次排水盲沟分布在主排水盲沟的两侧。

优选地，所述防渗膜由两布一膜型复合土工膜拼接而成，且拼接宽度大于35cm。

优选地，所述两布一膜型复合土工膜为100-500g/m²。

优选地，所述排水盲沟的坡度为0.5‰-1‰，且排水盲沟沿排水方向向下倾斜。

优选地，所述主穿孔管管径为100-200mm，所述次穿孔管管径为75-175mm。

优选地，所述主穿孔管和次穿孔管上，每一断面沿其圆周长分布有6-10个孔，穿孔孔径为10-30mm，穿孔断面间间距为80-150mm。

优选地，所述支持层密实、平整，压实度不低于0.93，且其表面无树根、芦苇及碎石尖角等突出物。

优选地，所述粗砂垫层厚100-200mm，所述混凝土预制块层厚50-100mm。

优选地，粗砂垫层所述的粗砂粒径范围0.5mm-2mm，粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重的50％。

优选地，所述混凝土预制块上铺厚100-200mm的原地土，剔除土内树根、芦苇及碎石后，作为水生植物生长层。

本发明还提供一种人工湖防渗结构的施工方法，包括如下步骤：

第一步，基础层施工：对湖底基础层进行清基处理,并在基础层上挖出沟；

第二步，排水层施工：在上述沟的底部铺设下粗砂层，然后放入无纺布，并在无纺布内部铺填卵石形成卵石层，无纺布两侧铺设侧粗砂层，使得无纺布将卵石和基础层、卵石层和下、侧粗砂层隔开；当卵石层铺填至预定位置时，放入穿孔管，然后继续铺填；当卵石层铺填至与基础层顶部平齐时，将无纺布闭合，形成排水盲沟；

第三步，上粗砂层施工：在基础层顶部和排水盲沟顶部铺设上粗砂层；

第四步，防渗膜施工：在上粗砂层上方铺设防渗膜；

第五步，保护层施工：首先在防渗膜上铺设粗砂垫层，然后在粗砂垫层上铺设混凝土预制块层；

第六步，植物生长层施工：在混凝土预制块层上铺设土料作为植物生长层。

由于采用了以上技术方案，与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

排水层设置在基础层与防渗膜之间，防渗膜上无需开孔，地下水经排水层直接排出湖体；由于排水层全部设置在防渗膜下方，在避免湖底防渗膜被地下水顶破的同时，保持了防渗膜的完整性，大大增强了其防渗效果。为解决人工湖湖水富营养化，在保护层上增设水生植物生长层，可在人工湖内种植水生植物，使人工湖兼作人工湿地。人工湿地通过种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观且具有经济价值的水生植物，形成一个独特的生态环境，能进一步去除湖水中的有机污染物，同时对n、p和细菌等进行去除，保持湖水水质。此外，通过在人工湖中种植沉水植物和漂浮植物促进水生态修复，提升水面景观效果，人工湖的生态环境也由此得到改善，生物的多样性得到了保护。保护层能避免植物根系对防渗膜的破坏，具有防渗效果好、结构简单、造价低等优点，具有较好的推广价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明主排水盲沟的结构示意图；

图3为本发明次排水盲沟的结构示意图；

图4为本发明主、次排水盲沟交汇处的结构示意图；

图5为本发明主、次排水盲沟在湖区的排布示意图。

图中：

1、基础层，3、上粗砂层，4、防渗膜，5、保护层，6、水生植物生长层；

21、主排水盲沟，211、主穿孔管，212、主排水卵石层，213、主排水无纺布层，214、主排水粗砂层，22、次排水盲沟，221、次穿孔管，222、次排水卵石层，223、次排水无纺布层，224、次排水粗砂层；

51粗砂垫层，52混凝土预制块层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种人工湖防渗结构，包括由下至上依次设置的基础层1、排水盲沟、上粗砂层3、防渗膜4、保护层5和水生植物生长层6。

如图2所示，所述保护层5包括粗砂垫层51和混凝土预制块层52。

如1-图4所示，所述排水盲沟包括主排水盲沟21和次排水盲沟22；主排水盲沟21包括由内而外依次设置的主穿孔管211、主排水卵石层212、主排水无纺布层213和主排水粗砂层214，次排水盲沟22包括由内而外依次设置的次穿孔管221、次排水卵石层222、次排水无纺布层223和次排水粗砂层224。

如图1所示，所述次穿孔管22的排水口位于主穿孔管21上方。

如图2和图3所示，所述次排水盲沟21与主排水盲沟22的顶高程一致，所述次排水盲沟22的底高程高于主排水盲沟21的底高程。

如图5所示，所述主排水盲沟21沿人工湖长轴方向设置，且与所述次排水盲沟22连通，所述次排水盲沟22分布在主排水盲沟21的两侧；所述主排水盲沟22和次排水盲沟21之间的角度a为90度。

所述防渗膜4为400g/㎡两布一膜型复合土工膜；所述主排水盲沟21和次排盲沟22的坡度为1‰，且沿排水方向向下倾斜；所述主穿孔管211管径为150mm，所述次穿孔管221管径为125mm；所述主穿孔管211和次穿孔管221上，每一断面沿其圆周长分布有8个孔，穿孔孔径均为20mm，穿孔断面间间距均为100mm；所述基础层1的压实度不低于0.93，且其表面无树根、芦苇及碎石尖角等突出物；所述粗砂垫层51厚为100mm，所述混凝土预制块层52厚80mm；所述水生植物生长层6为150mm的剔除土内树根、芦苇及碎石后的原地土。

步骤1，基础层施工：

1)为不破坏基础土壤结构，在距湖底设计标高15cm处预留保护层，采用人工修整到设计标高并满足设计要求的坡度和平整度。

2)基础需进行清基处理，要求为：彻底清除表层草皮、腐殖土、耕作土、大粒径卵石及植物根须；宜将基础层可见植物根须截至其表面10cm以下，清基深度可根据实际情况酌情增减。

3)基础回填土应夯实，压实系数不小于0.93，填料可采用开挖土方，内摩擦角不宜小于25°,严禁将清基碴土作为回填土。

4)当面层存在有对复合土工膜有影响的特殊菌类时，宜用土壤杀菌剂处理。

步骤2：排水层施工：

1)宜采用小型机械或人工在基础上挖沟，以避免对基础造成不利影响。

2)先铺底层的粗砂层，侧面的粗砂层、无纺布与卵石层同步施工；排水材料应分层铺填，每层厚度不大于300mm，整平后用平板式振捣器捣实，施工中应避免卵石被压碎。

3)盲沟中心pvc集水管在铺至管底标高时铺设，应有留有适当的坡度，不得有倒坡现象。

4)盲沟反滤粗砂层内(左、右、下)不得含有树根、芦苇及碎石尖角等突出物，以防无纺布被刺破。

5)铺设无纺布时应保持松弛状态，以适应各方面变形，保证无纺布的完好；铺设前必须对无纺布进行检查，发现有破坏部位进行修补。

6)粗砂垫层(上粗砂层3)表面不得有树根、芦苇及碎石尖角等突出物，以防两布一膜防渗层被刺破；垫层表面须精修平整，方可进行防渗膜的施工。

步骤3：防渗层施工要点：

1)两布一膜的焊接宽度不宜少于10cm，拼接前必须对粘接面进行清扫，粘接面上不得有油污、灰尘并保持粘接面干燥。焊接采用现场热熔焊接，焊接工艺满足规范的要求。

2)两布一膜的现场拼接接头应确保其具有可靠的防渗效果。在拼接过程中和拼接后24小时内，拼接面不得承受任何拉力，严禁拼接面发生错动。两布一膜接缝拼接强度不低于母材的80％。

3)铺设时两布一膜应保持松弛状态，以适应各方面变形，保证两布一膜的完好；铺设前必须对两布一膜进行检查，发现有破坏部位进行修补。

4)两布一膜黏结好后，必须妥善保护，避免阳光直晒，以防受损。铺好的防渗膜在12小时内须进行垫层施工加以保护，否则应采取另外的临时防护措施，以防紫外线照射加速防渗膜的老化。

5)铺设过程中，作业人员不得穿硬底皮鞋及带钉的鞋，不准直接在两布一膜上卸放砼块体，不准用带尖的钢筋作撬动工具，严禁在两布一膜上敲打石料和一切可能引起二布一膜损坏的施工作业。

步骤4：保护层施工要点：

1)保护层由粗砂垫层(图示5)和其上方的混凝土预制块层(图示6)构成，粗砂垫层不得有树根、芦苇及碎石尖角等突出物，以防两布一膜防渗层被刺破。

2)粗砂垫层摊平后宜人工压实，然后再铺设混凝土预制块保护层；在土工膜铺设完成后，应及时填筑保护层，以防土工膜被损坏。

3)保护层施工工作面不宜采用重型机械和车辆运输，可采用铺放木板，用手推车运输的方式

步骤5：植物生长层施工要点：

1)生长土可采用腐殖土、耕作土或施工过程中的挖方土料，但土料需过筛，以去掉土中的小树枝、杂草、枯叶及碎石等。

2)尽量避免用塘里的稀泥，以免掺入水生杂草的种子或其他有害生物菌。

3)沉水植物可采用纱布、无纺布包裹后以抛种形式种植；漂浮植物以抛种形式种植，挺水植物以插秧的形式栽种在湖底。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。