一、引 言
随着人们对水资源的关注，对环境污染的问题逐渐也重视起来了。现在很多工程项目都需要作防渗处理，如渠道、地下储油罐衬垫和垃圾填埋场等。
土工合成材料黏土垫�Ｇｅｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｃｌａｙ Ｌｉｎｅｒ，简称ＧＣＬ ，是一种新型的复合土工合成材料，在压实性黏土衬垫�Ｃｏｍｐａｃｔｅｄ Ｃｌａｙ Ｌｉｎｅｒ，简称ＣＣＬ 的基础上发展而来。大多数ＧＣＬ在两层土工织物之间夹一层薄薄的膨润土，因此它们兼有土工织物和膨润土的优点。
与压实性黏土衬垫相比，它具有单位面积质量小、单位厚度抗剪强度高、抗不均匀沉降和冻融循环能力强、同等条件下水力渗透率低、施工方便、安装成本低的优点；与一般的土工膜相比，它具有防渗性能好、自我愈合能力强的优点。
二、ＧＣＬ的发展历史及产品结构形式
１．发展历史
１９８６年，美国在双衬里垃圾填埋场衬垫系统中采用到了ＧＣＬ产品Ｃｌａｙｍａｘ，当Ｃｌａｙｍａｘ放在双层垃圾填埋场衬垫系统第一层土工薄膜下面，在渗漏监测系统中监测到的渗漏液大大的减少了。Ｃｌａｙｍａｘ可能是ＧＣＬ最早的产品。
大约在同一时期，德国出现了另一种ＧＣＬ产品Ｂｅｎｔｏｆｉｘ，它将膨润土粒置于两块针刺土工织物之间，然后将整个复合物用针刺纤维连接在一起。这种针刺ＧＣＬ产品在２０世纪８０年代末就有许多成功的应用，其应用范围包括运河衬垫系统、垃圾填埋场衬垫系统、飞机场和高速公路的污染防护和油罐防漏等。
进入２０世纪９０年代，随着ＧＣＬ产品在工程上应用的日渐增多，人们对ＧＣＬ产品特性的理解也日渐深刻，其在环保、运输、岩土、水利工程中的应用也日趋成熟。同时，对ＧＣＬ的研究也逐步深入，目前，对ＧＣＬ的产品试验标准已出台了１４个，其中美国材料试验协会�ＡＳＴＭ１２个，国际土工合成材料研究院ＧＲＩ２个。
２．常见的ＧＣＬ产品结构组成
Ｋｏｅｒｎｅｒ按其结构组成将几种基本的ＧＣＬ产品作了如下的分类：黏合ＧＣＬ双层、针刺ＧＣＬ、缝合ＧＣＬ、黏合ＧＣＬ单层。
www.jzr88.com三、ＧＣＬ的水力特性
ＧＣＬ产品的最主要的优势是它的低透水性。ＧＣＬ产品的透水能力一般用水力渗透系数ｋ衡量。
１．一般情况下ＧＣＬ的水力渗透性
在其他条件不变的情况下，ＧＣＬ产品的水力渗透系数ｋ是压应力的函数，它随着压应力的增加而减少。一般在较低的压应力下，ｋ为１０－９～１０－８ｃｍ／ｓ，在较高的压应力下，ｋ值为１０－１０～１０－９ｃｍ／ｓ，在超高压应力下时，其水力渗透系数会小于１０－１０ｃｍ／ｓ。
１ＧＣＬ产品接头处的水力渗透性
工厂制作的ＧＣＬ产品一般长２５～６０ｍ，宽４～５ｍ，成卷堆运。在实际工程应用中往往存在连接问题，一般的连接形式为搭接，搭接长度为７５～２２５ｍｍ。ＧＣＬ夹层中膨润土水化后，在搭接处有极强的自我愈合的功能，当压应力达到７０００Ｐａ时，试验表明搭接处ＧＣＬ产品的水力渗透系数与未搭接处近似相等。
２特定环境下ＧＣＬ产品的水力渗透性
在不均匀沉降、干湿循环、冻融循环等特定环境下，其他防渗措施�如压实性黏土衬垫ＣＣＬ 往往会失去防渗能力或防渗能力大大降低。ＧＣＬ在特定工作环境下表现出了极强的优势。
３不均匀沉降下ＧＣＬ产品的水力渗透性
ＬａＧａｔｔａ在ＧＣＬ不均匀沉降试验中发现，大多数ＧＣＬ产品有着惊人的弹性和可塑性，它们能变形到抵抗５％甚至的张应变而不会导致其水力渗透系数大幅度提高。如果在ＧＣＬ产品上覆盖６０ｃｍ厚的土层，某些ＧＣＬ产品能承受更加严重的不均匀沉陷�张应变达３０％ ，而不增加其水力渗透系数值。他们还发现：即使局部不均匀沉陷发生在接头部分，甚至出现相对滑动，其自我愈合的能力并不会因此而丧失。
４干湿循环下ＧＣＬ产品的水力渗透性
Ｂｏａｔｍａｎ和Ｄａｎｉｅｌ在研究中发现：①ＧＣＬ产品脱水后会出现裂缝；②但是当脱水后的ＧＣＬ产品被重新注水后，出现的裂缝会再次闭合，其水力渗透系数又会回到原先的低值。值得注意的是，Ｌｉｎ等指出对高浓度双价阳离子的渗滤液，ＧＣＬ产品在干湿循环产生的裂缝并不一定都能自动愈合，如果出现这种情况，要进行特殊处理。
５冻融循环下的ＧＣＬ产品的水力渗透性
Ｈｅｗｉｔｔ�Ｒ．Ｄ．和Ｄａｎｉｅｌ�Ｄ．Ｅ．在一个大油罐内对三种ＧＣＬ产品�Ｃｌａｙｍａｘ� Ｂｅｎｔｏｍａｔ，Ｇｕｎｄｓｅａｌ 进行多次冻融循环的水力渗透试验，结果发现试验中的各种ＧＣＬ产品至少在进行三个冻融循环后，其水力渗透系数不会有明显提高。Ｋｒａｕｓ，Ｊ．Ｆ．和Ｂｅｎｓｏｎ，Ｃ．Ｈ．也对三种ＧＣＬ产品�Ｂｅｎｔｏｆｉｘ，Ｂｅｎｔｏｍａｘ，Ｃｌａｙｍａｘ 做了２０次冻融循环测定水力渗透系数的试验，结果发现这些ＧＣＬ产品的水力渗透系数也没有明显提高。
他们还对Ｃｌａｙｍａｘ、Ｂｅｎｔｏｍａｔ两种ＧＣＬ产品做了现场试验，结果发现这两种ＧＣＬ产品与Ｅｒｉｃｋｓｏ对Ｇｕｎｄｓｅａｌ所做的现场试验得出的结果相近，他们在入冬前测定其水力渗透系数为１．０×１０－１０～２．８×１０－１０ｍ／ｓ，经过一整个冬天后其水力渗透系数为１．０×１０－１０～３．０×１０－１０ｍ／ｓ�近似一个冻融循环 ，这说明经过一个冻融循环后，其ｋ值并没有明显提高。ＧＣＬ产品在恶劣环境下，保持防渗能力的突出表现，使人们在工程应用中对它越来越青睐。相比之下，ＣＣＬ等其他防渗措施在同样情况下表现较差，所以ＧＣＬ能在很多情况下取代ＣＣＬ等产品�如在垃圾填埋场封顶系统中。
２．影响ＧＣＬ水力渗透性的主要因素
ＧＣＬ产品有极低的透水性，主要因为夹层中膨润土的存在，任何影响膨润土水力渗透性的因素均将影响ＧＣＬ的水力渗透性，如：膨润土中蒙脱土的含量、膨润土的粒径分布、渗透液的化学成分、水化程序等。考虑到上、下层土工织物的影响，加筋状况也构成影响ＧＣＬ水力渗透性的因素之一。
（１）膨润土中蒙脱土含量
膨润土中蒙脱土的含量直接影响着ＧＣＬ的水力特性。蒙脱土的含量越高，膨润土的水力渗透系数越低，其防渗效果就越好。
（２）膨润土粒径分布
ＧＣＬ产品中膨润土的粒径组成为从砾石到淤泥土甚至粉土的粒组。粒径分布对渗透液为标准水�即去离子，蒸馏水 的ＧＣＬ产品的水力渗透性几乎没有什么影响，但是当渗透液为非标准液时�相对于标准液而言 ，粒径分布对ＧＣＬ的水力渗透性有明显影响，膨润土的平均粒径越大，其渗透系数越高，甚至会高达１０－５～１０－４ｃｍ／ｓ，从而使ＧＣＬ完全失去了其特有的优势�一般要求ｋ＜１０－７ｃｍ／ｓ。
www.jzr88.com（３）渗透液的类型
如果渗透液中含有较高浓度的双价阳离子如Ｃａ２＋，Ｍｇ２＋，则对未经处理过的ＧＣＬ，其水力渗透系数会较高。但是，如果用稳定剂处理过的膨润土，那么，即使渗透液含有较高浓度的双价阳离子，ＧＣＬ仍能保持其低的透水性，如Ｏｎｉｋａｔａ等研制出一种抗化学侵蚀膨润土�也叫多膨胀膨润土 ，这种膨润土具有极强的抗化学侵蚀能力。
（４）水化程序
浸湿ＧＣＬ的最初液体可能是去离子水、自来水，也可能是含强酸／碱的电解液，当最初浸湿ＧＣＬ的是强酸／强碱电解液时，其水力渗透系数会偏大。在固体废弃物填埋场工程中，对ＧＣＬ作现场水力特性试验，结果表明：即使初始水化液是强酸／碱的电解液，ＧＣＬ仍然维持较低的渗透性，这是因为滤液中悬停的固体废弃物帮助堵塞了膨润土中自由水赖以流通的孔隙通道，从而保持ＧＣＬ较低的透水性。
（５）加筋对ＧＣＬ产品水力渗透性的影响
ＧＣＬ产品一般有两种加筋形式：缝合纤维加筋和针刺纤维加筋。加筋在一定程度上限制了膨润土的膨胀，压缩了膨润土的孔隙，从而减弱了它的渗透能力。但是，若是外加约束应力补偿了加筋约束应力，有时甚至超过这个应力值，此时加筋对ＧＣＬ产品的水力渗透性影响很小。
四、ＧＣＬ在防渗工程中的应用
１．ＧＣＬ用于垃圾填埋场防渗
填埋场密封系统分为：基础密封和表面密封两种。基础密封是在填埋场底部和周边设立衬垫系统；表面密封系统，也叫封顶系统，它是指废物填埋作业完成后，在它的顶部铺设的覆盖层。ＧＣＬ一般在土工膜以下与土工膜结合使用，以取代以往的压实性黏土。
２． ＧＣＬ用于渠道
ＧＣＬ在德国Ｅｂｅｒｓｗａｌｄｅ河口１９９７用于渠道防渗的一个工程实例。给该渠道进行防渗处理是为了提高ＨＯＷ河�ｔｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｈａｖｅｌ Ｒｉｖｅｒ Ｏｄｅｒ－Ｗａｔｅｒｗａｙ 在Ｍａｒｉｅｎｗｅｒｄｅｒ和Ｎｉｅｄｅｒｆｉｎｏｗ之间的航运能力。该工程离Ｅｂｅｒｓｗａｌｄｅ市中心约６６ｋｍ，渠道长１ｋｍ，边坡１∶３。该工程河道下层基土主要是砂土和大块黏土。大块黏土的分布变化很大，一部分达到河床表面，一部分向下延伸至１２ｍ深处。
砂的密度随深度增加而增加，但在河床一直向下３～６ｍ深处，砂土的密度都很低。地下水流近似垂直河道流向�从北向南流），地下平均水位为３４ｍ，比渠道正常水位低３ｍ多。为了将水头损失控制在允许范围内，德国ＨＯＷ河流域管理局在工程中用针刺ＧＣＬ结合针刺砂垫的方法成功地达到了渠道防渗的目标。针刺砂垫用于均布上部浆砌块石传来的应力，兼作压重和防渗之用。该工程采用机械化施工，基本上不受天气的影响。冬天照样施工。
五、ＧＣＬ在工程应用中应注意的问题
①未加筋ＧＣＬ的抗剪强度较低，应尽量避免未加筋的ＧＣＬ用在坡度特别陡的地方。
②应注意ＧＣＬ与滤液中的化学物质的兼容性问题，建议做化学兼容性试验，以测定其水力渗透系数是否有大幅度的增加。
③对ＧＣＬ的透气性不能忽视，对那些干燥地区�建议加一层土工薄膜，以确保有毒气体溢出进入大气层的含量在环保部门规定的范围内。
ＧＣＬ用于防渗工程效率高、成本低、抗冻性能好，完全可以在我国北方缺水地区推广，也可以服务于即将上马的南水北调工程。我国土工合成材料的推广应用与发达国家相比还有很大的差距，可以借鉴发达国家在运用新材料方面的经验�为我国的经济建设服务。
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