黏土鋪蓋在土石圍堰防滲中的應(yīng)用

王瑞果

中國(guó)水利水電第六工程局有限公司 遼寧 沈陽(yáng) 110179

在許多水利水電土石圍堰中，用黏土鋪蓋作為堰基的防滲措施，特別是在河床開(kāi)闊、透水覆蓋層較厚、無(wú)強(qiáng)透水夾層的均質(zhì)或雙層地基上的中、低水頭圍堰工程，與一般土石圍堰采用垂直防滲措施相比，從經(jīng)濟(jì)與工期上均具有其優(yōu)越性。

1 黏土鋪蓋原理及適用條件

黏性土拋入水中之后，土團(tuán)粒吸水膨脹，土內(nèi)產(chǎn)生不均勻應(yīng)力，膠質(zhì)逐漸溶解，團(tuán)粒水膜變厚，內(nèi)摩擦力及凝聚力減小，土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)也就逐漸受破壞，崩解成小土塊，甚至成散粒。以后在本身自重、上層填土重量及滲透壓力作用下，呈雙相或單向排水，漸固結(jié)密實(shí)。密實(shí)度、含水量逐漸變得均勻，防滲能力逐步提高。要使水下拋土鋪蓋達(dá)到預(yù)期防滲效果，必須使水下拋土體在施工期具有崩解、密實(shí)等條件，以保證在運(yùn)行期不被水流及滲流破壞。

（1）拋投區(qū)流速與水深拋入水中的黏性土?xí)粧佂秴^(qū)內(nèi)的水流擴(kuò)散、攜帶流失一部分。當(dāng)流速小于0.5～0.6m/s，流失量一般在15%以?xún)?nèi)。當(dāng)流速達(dá)0.9～1.2m/s，便會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重分離和細(xì)粒大量流失現(xiàn)象。而細(xì)粒大量流失，不僅加大水下拋投量，且形成的鋪蓋防滲能力差。因此，宜盡可能在水下拋投施工期造成靜水區(qū)，控制最大流速在0.5m/s以?xún)?nèi)。在圍堰擋水運(yùn)用期間，鋪蓋上的過(guò)流速度亦應(yīng)小于鋪蓋固結(jié)后的允許沖刷速度（若鋪蓋上部分采用保護(hù)措施后，按不大于保護(hù)措施允許流速控制），以防止沖刷，保持鋪蓋完整性和防滲效果。拋土?xí)r的水深極限值與土料性質(zhì)有關(guān)。黏粒含量多、含水量大的黏土塊，在水中不易崩解，沉降快，受水深的制約作用小，可用于深水拋填。而黏粒含量低、含水量小的土料易崩解、分散成較細(xì)土粒，懸浮于水中，水深愈大，下沉歷時(shí)愈長(zhǎng)，這類(lèi)土就不宜用于深水拋投。根據(jù)水中拋填試驗(yàn)，礫質(zhì)土（小于0.05mm粒徑的土粒占12%）不能在水深超過(guò)12m的條件下拋投，而黏粒含量較多的次生黃土（小于0.05mm粒徑的土粒大于18%）能在水深13～26m處形成干密度達(dá)1.40～1.46g/cm3、滲透系數(shù)8.9×10-6～4.2×10-5cm/s的黏土鋪蓋。

（2）鋪蓋區(qū)的地基地形要求拋投區(qū)的地形比較平整或稍向堰體方向傾斜。高低不平的堰基會(huì)造成水下拋土鋪蓋厚薄不均，不僅增大拋投量，還會(huì)在鋪蓋較薄處形成集中滲流，成為防滲薄弱環(huán)節(jié)。若向堰體外方向的地形傾斜坡度小于水下拋投土自然穩(wěn)定邊坡，則可以形成完整鋪蓋，但為了滿足邊坡穩(wěn)定要求，需增大拋投量。若地形傾斜度大于水下拋投土自然穩(wěn)定邊坡，則難以形成完整鋪蓋。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可在圍堰鋪蓋末端拋石渣擋土堤，以穩(wěn)定水下拋土體[1]。

2 黏土鋪蓋設(shè)計(jì)

（1）鋪蓋厚度、長(zhǎng)度鋪蓋前端厚度一般采用0.5～1.0m，其余各處的厚度應(yīng)根據(jù)鋪蓋上下水壓差值計(jì)算確定。設(shè)通過(guò)鋪蓋任意點(diǎn)水頭差值為ΔH，則該點(diǎn)鋪蓋厚度δ為：δ＞ΔH/I(式中I為土料的允許水力坡降)。除水頭很低的圍堰可用等厚鋪蓋外，中、高水頭圍堰的鋪蓋都應(yīng)設(shè)計(jì)成梯形斷面，在黏土心墻或斜墻相接處，鋪蓋要適當(dāng)加厚。鋪蓋長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)削減滲透壓力和防止土壤滲透變形的要求確定。對(duì)于水頭不大的圍堰，可先用3～5倍堰上水頭控制。對(duì)中、高水頭的圍堰，一般應(yīng)通過(guò)滲流試驗(yàn)，以確定鋪蓋長(zhǎng)度和厚度。

（2）結(jié)構(gòu)形式水下黏土鋪蓋可以根據(jù)地基鋪蓋層組合情況、水流條件以及堰體結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計(jì)成以下幾種結(jié)構(gòu)形式。①外鋪蓋布置在堰體迎水側(cè)，呈三角形斷面鋪蓋。用于高度不大于30～40m的土石橫向圍堰，也可作為混凝土圍堰的堰基防滲措施。這種形式施工與堰體施工干擾少，拋投體有較長(zhǎng)的固結(jié)時(shí)間；在施工期及運(yùn)行期發(fā)生異常問(wèn)題容易處理，還可以利用天然淤積鋪蓋增加防滲效果。②內(nèi)鋪蓋布置在堰體下部，采用梯形斷面。可用于堰高不大于15m的縱向圍堰和橫向圍堰中。鋪蓋位于堰體保護(hù)之中，增大了允許抗沖流速，能人為控制鋪蓋長(zhǎng)度，拋投量少，但與堰體施工干擾較大，施工程序比較復(fù)雜；為了滿足塑流穩(wěn)定，要求有一個(gè)排水固結(jié)密實(shí)時(shí)間，限制了鋪蓋上部的堰體填筑速度；不利于結(jié)合天然積物。③內(nèi)外鋪蓋位于堰體內(nèi)及迎水側(cè)，為三角形及梯形斷面組合形式，用于橫向圍堰。這種形式可以利用堰體的防滲結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)滲徑，減少水下拋土長(zhǎng)度和范圍。當(dāng)水不深時(shí)，可以先將堰體防滲體拋出水面，然后采用端進(jìn)法拋投，從而簡(jiǎn)化水下施工布置，也可利用天然淤積鋪蓋進(jìn)一步提高防滲效果。但由于部分黏土鋪蓋位于堰體底部，不利于堰體穩(wěn)定，為了讓其固結(jié)，須控制堰體上升速度。因此，不能用于擋水水頭較高的圍堰。

（3）水下拋填速度拋填速度直接影響?zhàn)ね龄伾w的防滲效果和工程量。拋填速度快，土塊還未浸透軟化，崩解就被繼續(xù)下拋土蓋住，對(duì)于黏土形成較陡的邊坡，但土團(tuán)間會(huì)產(chǎn)生架空，對(duì)于壤土雖仍有可能繼續(xù)崩解，但排水困難，影響固結(jié)速率，增大了空隙水壓力，拋填一定厚度后，有造成滑坡可能。合理拋填速度應(yīng)滿足從土體拋入水中到被上層土覆蓋時(shí)間等于黏土基本被水浸透軟化所需的時(shí)間，或等于壤土基本崩解所需時(shí)間。沙壤土則應(yīng)盡快覆蓋，以防止過(guò)度崩解形成淤泥狀[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

在設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中，通過(guò)堰型選擇，采用高噴板墻、振沖碎石樁、混凝土楔形體護(hù)面等新技術(shù)，較好地解決了防滲、堰基穩(wěn)定和渡汛保護(hù)的難題。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊志雄.混凝土楔型體在土石過(guò)水圍堰護(hù)面中的應(yīng)用[J].水力發(fā)電,1991,(3):19-24.

[2] 楊欣祥,查振衡.飛來(lái)峽水利樞紐圍堰堰基高壓噴射灌漿防滲試驗(yàn)[J].水力發(fā)電,1991,(3):24-27.