探析水利围堰施工中粘土铺盖防渗措施

　　4渗透稳定性分析
　　铺盖在运行期受到两方面渗流作用。一部分水从铺盖顶面经铺盖进入下部覆盖层汇入下游，另一部分由铺盖前端进入覆盖层。水下抛土铺盖的渗透稳定性也应从这两个方面分析。
　　4.1沿铺盖垂直方向的渗透稳定性
　　沿水中抛填体方向渗流运动引起的抛填土产生的渗透这种形式与土料性质及其密实度有关。由于部分粘土块不易崩解，土块之间有架空结构，渗流多以管流出现，破坏形式为管道冲刷。以后逐渐软化、密实，破坏形式成为冲刷与局部流土的混合形式。壤土及粉质壤土的渗透破坏形式为局部流土。只有粘土含水量较高、容重又低的情况呈冲刷破坏。
　　4.2沿铺盖底面与堰基接触面间的渗透稳定性
　　作为堰基防渗措施的水下粘土铺盖，往往抛在经截流施工扰动而粗化了的覆盖层上，但仍能与下伏的砂砾地基紧密接触。当沿铺盖底面与堰基接触面间的水平渗流足以对铺盖土形成冲刷(称为接触冲刷)时，渗流首先启动砂砾石中的细土粒；随着渗透比降的提高，铺盖底部受到冲刷，土粒及粒团不断被带入覆盖层，使铺盖逐渐接近或达到破坏值，最后使铺盖突然穿孔，即从接触冲刷开始，流土告终。分散性好的粘性土能进入砂砾层孔隙中，淤填粗化了的砂砾地基，减少其孔隙直径，有利于防止出现这类破坏。
　　5设计要求
　　5.1铺盖厚度、长度
　　铺盖前端厚度一般采用0.5～1.0m，其余各处的厚度应根据铺盖上下水压差值计算确定。设通过铺盖任意点水头差值为△H，则该点铺盖厚度δ为：δ>△AH／I(式中I为土料的允许水力坡降)。除水头很低的围堰可用等厚铺盖外，中、高水头围堰的铺盖都应设计成梯形断面，在粘土心墙或斜墙相接处，铺盖要适当加厚。铺盖长度应削减渗透压力和防止土壤渗透变形的要求确定。对于水头不大的围堰，可先用3～5倍堰上水头控制。对中、高水头的围堰，一般应通过渗流试验，以确定铺盖长度和厚度。
　　5.2结构形式
　　水下粘土铺盖可以根据地基铺盖层组合情况、水流条件以及堰体结构要求，设计成以下几种结构形式。
　　5.2.1外铺盖
　　布置在堰体迎水侧，呈三角形断面铺盖。用于高度不大于30～40m的土石横向围堰，也可作为混凝土围堰的堰基防渗措施。这种形式施工与堰体施工干扰少，抛投体有较长的固结时间；在施工期及运行期发生异常问题容易处理，还可以利用天然淤积铺盖增加防渗效果。
　　5.2.2内铺盖
　　布置在堰体下部，采用梯形断面。可用于堰高不大于15m的纵向围堰和横向围堰中。铺盖位于堰体保护之中，增大了允许抗冲流速成，能人为控制铺盖长度，抛投量少，但与堰体施工干扰较大，施工程序比较复杂；为了满足塑流稳定，要求有一个排水固结密实时间，限制了铺盖上部的堰体填筑速度；不利于结合天然积物。
　　5.2.3内外铺盖
　　铺盖位于堰体内及迎水侧，为三角形及梯形断面组合形式，用于横向围堰。这种形式可以利用堰体的防渗结构延长渗径，减少水下抓土长度和范围。当水不深时，可以先将堰体防渗体抛出水面，然后采用端进法抛投，从而简化水下施工布置，也可利用淤积铺盖进一步提高防渗效果。但由于部分粘土铺盖位于堰体底部，不利于堰体稳定，为了让其固结，须控制堰体上升速度。因此，不能用于挡水水头较高的围堰。
　　5.3水下抛填速度
　　抛填速度直接影响粘土铺盖的防渗效果和工程量。抛填速度快，土块还未浸透软化，崩解就被继续下抛土盖住，对于粘土形成较陡的边坡，但土团间会产生架空，对于壤土虽有可能继续崩解，但排水困难，影响固结速率，增大了空隙水压力，抛填一定厚度后，有造成滑坡可能。
　　合理抛填速度应满足从土体抛入水中到被上层土覆盖时间等于粘土基本被水浸透软化所需的时间，或等于壤土基本崩解所需时间。砂壤土则应尽快覆盖，以防止过度崩解形成淤泥状。
　　6综合分析
　　一般壤土、粘土、天然含水量较高处于塑态肥粘土都是良好的粘土铺盖料，不宜采用砾质土、硬质肥粘粒含量高、粘粒含量少的粉质土。
　　抛投区的地形应比较平整或稍向堰体方向倾斜。高低不平的堰基会造成水下抛土铺盖厚薄不均，不仅增大抛投量，还会在铺盖较薄处形成集中渗流，成为防渗薄弱环节。
　　抛入水中的土粒会被抛投区内的扩散、携带流失一部分，故宜尽可能在水下抛投施工期造成静水区，控制最大流速在0.5m／s以内。在围堰挡水运用期间，铺盖上的过流速度亦应小于固结后的允许冲刷速度。
　　水下抛投粘性土形成的土体渗透系数一般都能达到小于l0-4cm／s，随着土料粉粒、粘粒含量减小而增大。沿土体深度方向，渗透系数及临界坡降均有明显改善，渗透压密作用十分明显。
　　粘土铺盖的渗透稳定性与两方面渗流作用有关，一部分渗流是水从铺盖顶面经铺盖进入下部覆盖层汇入下游，另一部分则是由铺盖前端入覆盖层。
　　合理抛填速度应满足从土体抛入水中到被上层土覆盖时间等于粘土基本被水侵透软化所需的时间，或等于壤土基本崩解所需时间。砂壤土则应尽快覆盖，以防止过度崩解形成淤泥状。
　　7结语
　　从上分析介绍可以看出，粘土铺盖施工方法简单，技术要求不高；水面施工场面大、抛投速度快，不需碾压，能达到快速止漏、闭气的目的；粘土铺盖柔性大，能与填土体、岸坡和己浇混凝土结构结合为一体，适应地基变形能力强；随着泥沙不断淤积，防渗作用逐日俱增，是在临时围堰挡水建筑物及部分永久建筑物中值得推广的一种较好的透水地基防渗措施。

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