土質圍堰套抓成孔回填粘土心墻防滲施工技術

余小虎

摘 要：土質圍堰套抓成孔回填粘土心墻與一般防滲架構相比，無論是在工期設置或是成本規劃上都近乎合理，尤其在抓床開闊、透水覆蓋層較厚狀況之下適應能力平穩。本文具體結合圍堰工程施工經驗進行粘土力學與滲透性能進行科學鑒定，確保后期各類施工方案的順利進展，為后期水電事業可持續發展奠定深刻適應基礎。

關鍵詞：土質圍堰；粘土覆蓋；防滲功能；調試技術；銜接

0 引言

土質圍堰套抓成孔回填粘土心墻通常運用混凝土進行高壓旋噴灌輸，但是工期相對較長且內部工藝規范要求嚴格，任何疏忽狀況都將造成嚴重的安全事故，流失一定數量的成本資金；同時為了迎合汛期度汛要求，一般不會在單位枯水期內直接完成。相比之下，運用粘土圍堰手段能夠合理縮短工期范圍，遏制高額數量成本投入，能夠順利應對汛期內部一切不安狀況。

1 土質圍堰套抓成孔回填粘土心墻搭設原理以及適用狀況論述

粘性土一旦進入水中就會引發團粒膨脹現象，材質內部相應地承受不均勻應力影響，使得膠質緩慢溶解并導致團粒水膜加厚，其間內部摩擦力與凝聚力同步減小，土質團粒機理結構自然穩固。日后會憑借自身、土層填土重力以及滲透壓力綜合作用，令排水過渡成為單向或者雙向形態，并逐漸固結成形；而架構整體防滲能力也是在含水量逐漸均勻前提下獲得有效提升。為了真正令水下拋土覆蓋層貫徹前期防滲技術指標，就必須適當保留水下拋土體在施工前期呈現的崩解、密實特性，確保項目體系運行過程中不至于經受不住水流沖擊并衍生滲流性破壞危機。

1.1 拋投位置水深與流速特征

粘性土被拋入水中后會隨著水流沖擊擴散，如果流速穩定在0.5m/s以內，流失量也就不會超過15%；相應的水流速度達到1.2m/s時，材質內部機理就會遭受嚴重破壞并大量流失，并且細粒過分消耗會令水下拋投量擴充并降低覆蓋結構防滲性能。所以，技術人員有必要盡量在水下拋投施工期內落實靜水壓調試職務，將流速縮小至0.5m/s以下。另一方面，在圍堰擋水運用過程中，覆蓋界面上的過流速度必須做出同步調整，就是做出低于保護措施允許的流速控制策略，杜絕任何激烈沖刷反應，維持覆蓋結構完整性與防滲功效。需要特別注意的是，拋土工序中水深極限值與材料特性關聯極深。當粘粒本身歸屬于含水量豐富的導體時，在水中不會輕易崩解且沉降速度快，尤其在保留水深適應條件，因此可以在深水內部實現拋填；相反如若內部粘粒含量不足就會導致重要土料的瓦解，下沉時間與水深成正比例關系，也就是說這類土相對不適用于深水拋投工程項目。依據過往水中拋填實驗經驗分析，涉及礫質土不允許在水深高于12米條件下進行拋投，而粘粒含量較豐富的次生黃土能夠在13m水深位置形成1.46g/cm干密度凝結效果，其間覆蓋體系滲透系數也會達到5cm/s。

1.2 覆蓋結構地基形態

實施此類施工項目需要確保拋投區地形結構的平整前提下，適當向堰體方向傾斜，堰基如若高低不平會導致水下拋土覆蓋層厚度不均劣勢結果，情況嚴重時令拋投量急劇增長并在覆蓋層輕薄位置產生集中滲流現象。但是主動向堰體外部傾斜坡度不高于自然穩定邊坡時，覆蓋層相對就會完整一些。為了切實穩固邊坡基礎，需要拋投足夠數量的粘土。而當地形斜坡程度超過水下拋投自然邊坡時，覆蓋層自然難以完善。為了科學抑制此類隱患滋生，現場技術人員可以考慮應用石渣擋土堤予以防護，進而全面穩定水下拋土體。

2 粘土材質選用標準研究

在水下進行粘土覆蓋主要是為了強化堰基防滲性能，所以拋出的土料需要在水下完成崩解與固結程序，賦予管制面域特有的防滲功效，主動迎合邊坡穩定需求。

首先，土質選取上盡量確保天然含水量較高的可塑肥粘土，杜絕硬質且粉粒含量高且粘粒含量低于的17%的土質。

其次，土料含水量檢測上需要透過科學實驗材料證明，須知一般粘土等對水下拋土體防滲性能會造成深度影響。

再次，拋土塊徑確認過程中由于粘圭特殊材質性能影響，包括塊徑過大會令水中不易軟化等會衍生體系架空現象；過小會令粘土未沉入水底就瓦解完畢，后期土體含水量充裕且難以固結，制約拋土覆蓋層穩定功效。因此技術人員在土質塊徑控制上最好穩定在10～20cm之間，同時依照塊徑不超過兩倍含水量變化規則進行深度精確計算。例如：某類工程項目在設置低水圍堰過程中，上游土體塊徑控制在10～20cm內部，僅僅少許達到30cm。發現部分超徑土塊已經被以崩解的小土塊所包裹并架空，因為大土塊在水中表層濕潤軟化現象顯著，同時會在上部土重力引導下進行內部機理因素相互積壓。使得拋土初期形成的架空區逐漸潰散。

最后，崩解速度調試上需要結合粘土化學性質與顆粒組成規則進行同步確認。需要注意的是，鈣粘性土親水性能不穩且容易引發分解狀況；而鈉粘土親水性能較強且遇水容易分散。而肥粘土在實現浸水半小時后材質崩解量也不會超出5%，后期崩解速度會隨著含水量減少而逐漸緩慢。按照客觀視角審視，5cmx5cmx5cm土塊入水后能夠在15s內完全浸透，并且部分濕化崩解土料對于水下拋土模式適應能力更強。

3 施工其間相關工程力學性質解析

向水中拋填的粘土材質需要保留適當的密度與含水量特征，尤其在坡腳外延水平位置結構工程力學性質分布較為均勻，土體深度方向土體密度與防滲性能會緩緩增長。

3.1 水中拋土覆蓋結構外觀形態

壤土自身凝聚力度不足且在水中沉降期間崩解速度飛快，因此施工人員在進行此類拋填工序時會在覆蓋層表面進行流動性細粒沉積效果補充；而依靠粘土完成拋填動作的覆蓋層面僅僅在坡肢位置就會自動形成保有流動性的細粒沉積層，坡面由此變得平緩起來。

3.2 粘土覆蓋層顆粒組成模式

結合水下粘土覆蓋層異質化厚度狀況進行取樣實驗分析，發現處于水中的粘土材質在形成覆蓋層過后，除了坡腳位置一般不會因為粗細顆粒分離而同步滋生分層沉積跡象。但現實中水下如若拋投礫質土時，會在粗細顆粒分離過程中激發分離沉積特征，令粗顆粒透過頂部向下逐漸堆積，粒徑均勻粗顆粒大部分便會在坡腳底層凝結。因此在進行水下拋投粘性土或者風化砂混合物料階段中，針對結構分流與防滲性能進行綜合鑒定是十分必要的。

3.3 防滲性能

向水下拋投的粘性土后期滲透系數基本都會達到10-4cm/s，并且會透過土料粉粒減小而逐漸擴充。如若顆粒含量不能超過12%，拋投體滲透系數自然就大于上述標準值，既定覆蓋防滲指標就難以充分落實。須知超過塑限含水量的粘土形成的水下拋填體，基本上呈現出團粒與塊粒結構形態，架空現象廣布，滲透系數高漲，但是個中情況會隨著時間推移產生變化。當滲透系數逐漸趨近并低于標準值時，特別是在垂直滲透狀況之下，壤土崩解性能就會提升，其間拋填體基本不會輕易形成連續格式的滲流渠道，受到滲透壓密作用特征相對明顯一些；而粘土卻產生完全相反的結果。所以，在統一密實條件下，壤土滲透系數不會超過粘土；而在水平滲透空間下，壤土又會容易受到沖擊力度影響而潰散，令其滲透破壞性能不超過粘土材質。

4 粘土心墻防滲施工技術措施補充

造墻具體采用自凝灰漿、鉆噴一體化、常規高噴三種工藝組合施工。自凝灰漿由水泥、膨潤土、緩凝劑、分散劑與水配置而成，在用抓斗、反鏟挖槽過程中，將這種漿液注入槽孔中，起固壁作用，固化后為防滲墻體。在我國雖有應用的工程實例，但在大型水電站土石圍堰防滲工程中尚未應用。據規模施工前的現場試驗結論看：墻體強度低，墻下第一段灌漿有被掏空的可能，宜布置在堰體填筑最早，造墻時段最長的部位，以便對墻下帷幕進行重復灌漿。由于漿液固化時間雖然可通過配比調節，但調節范圍只限于24h內，當槽深較大難以在漿液固化之前成槽時不宜采用，故布置在右側。鉆噴一體化實際是常規高噴鉆、噴合一的改進工藝。常規高噴鉆、噴分離，施工工序有：造孔→移開鉆機→噴機就位→孔口試噴、下噴管→上提開噴等。一體化簡化為：鉆孔→投球、上提開噴二道，工效大大提高。常規高噴一般用合金鉆頭或金剛石鉆頭及其它沖擊等鉆頭成孔，一體化鉆具采用石油勘探牙輪鉆頭，其結構特殊、壽命長、鉆進速度快，能適應各種地層全斷面鉆進。鑒于一體化為改進工藝、新設備、新機具，工藝經驗不多，為確保工程質量和工期，施工布置時將其放在常規高噴之間以備一體化設備出現問題時常規高噴補救。

5 結語

綜上所述，實施粘土覆蓋形式的心墻防滲工程并不如想象般困難，須知粘土覆蓋柔性效應強烈且需要與填土體、岸坡以及現澆混凝土材質合成一體，才能全面適應心墻地基變形現象；隨著泥沙不斷淤積，實際上墻體結構防滲功效全面提升。由此可見，此類技術手段是值得在圍堰擋水建筑中大力推廣的透水地基防滲手段。

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