略谈粘土铺盖法在水利水电工程中的应用

略谈粘土铺盖法在水利水电工程中的应用

【摘要】：加强土铺盖法在水利水电工程中的应用的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对土铺盖法在水利水电工程中的应用进行了研究，具有重要的参考意义。

【关键词】粘土铺盖施工法;水利水电工程;应用

中图分类号：tv 文献标识码：a 文章编号：

1粘土铺盖法

粘土铺盖施工方法非常简单,其技术要求不高;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。在许多水利水电工程围堰中,粘土铺盖法都得到了很好的应用。粘性土抛入水中之后,土团粒吸水膨胀,土内产生不均匀应力,胶质逐渐溶解,团粒水膜变厚,内磨擦力及凝聚力减小,土的团粒结构也就逐渐受破坏,崩解成小土块,甚至成散粒。以后在本身自重、上层填土重量及渗透压力作用下,呈双向或单向排水,逐渐固结密实,密实度、含水量逐渐变得均匀,防渗能力逐步提高。要使水下抛土铺盖达到预期防渗效果,必须使水下抛土体在施工期具有崩解、密实等条件,以保证在运行期不被水流及渗流破坏。

1. 1铺盖区的地基地形

要求抛投区的地形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。若向堰体外方向的地形倾

斜坡度小于水下抛投土自然稳定边坡,则可以形成完整铺盖,但为

了满足边坡稳定要求,需增大抛投量。若地形倾斜度大于水下抛投

土自然稳定边坡,则难以形成完整铺盖。为了解决这个问题,可在围堰铺盖末端抛石渣挡土堤,以稳定水下抛土体。

1. 2抛投区流速与水深

抛入水中的粘性土会被抛投区内的水流扩散、携带流失一部分。当流速小于0. 5~0. 6 m /s,流失量一般在15%以内;当流速达0. 9~1.

2 m /s,便会产生严重分离和细粒大量流失现象。而细粒大量流失,不仅加大水下抛投量,且形成的铺盖防渗能力差。因此,宜尽可能在水下抛投施工期造成静水压,控制最大流速在0. 5 m /s以内。抛

土时的水深极限值与土料性质有关。粘粒含量多、含水量大的粘土导体,在水中不易崩解,沉降快,受水深的制约作用小,可用于深水

抛填。而粘粒含量低、含水量小的土料易崩解、分散成较细土粒,

悬浮于水中,水深愈大,下沉历时愈长,这类土就不宜用于深水抛

投。

2粘土的选用条件

水下粘土铺盖主要用于堰基防渗,因此,所抛土料应能在水下浸透、崩解、固结,形成具有一定防渗能力、抗冲刷能力、满足渗透

稳定、边坡稳定要求的防渗体。

2. 1土料含水量

试验成果证明,一般粘土、壤土抛土料的自然含水量对水下抛土体的防渗能力有很大影响,见表1。

2. 2土质

一般壤土、粘土、天然含水量较高处于塑态的肥粘土都是良好的水下抛土料。但不宜采用砾质土、硬质肥粘土及粉粒含量高、粘粒含量少于17%的粉质土。

2. 3抛土块径

粘土块径过大,在水中不易浸透软化、崩解,会造成架空;而壤土块径过小,未至水底即崩解成散粒,不仅易于流失,且形成的土体含水量过大,很难固结密实,影响抛土铺盖稳定性。

一般可控制粘土块尺寸不大于10~20 cm(壤土可以不严格控制抛土块径),按块径不大于2倍含水量变化影响深度计算。在福建省省道201线莆田市东吴路堤工程中,水闸围堰抛土体块径为10~20 cm,少数为30 cm。在开挖抛土时未发现架空。证明少量超径土块能被已崩解小土块包裹,填满架空,大土块本身在表面湿润软化,在上部土重力作用下,相互挤紧,抛土初期形成的架空区会逐渐消失。

2. 4崩解

崩解速度跟粘性土的化学性质、颗粒组成、含水量等有关。钙粘性土亲水性差,遇水不分散;钠粘土亲水性强,遇水容易分散。砂壤土崩解速度最快;壤土次之;粘土慢;而肥粘土在浸水30 d后的崩解量也不大于5%。壤土的崩解速度随其含水量减少而缓慢,粘土则相反;而砂壤土的崩解速度与土的开始含水量无明显关系。

3设计要求

3. 1铺盖厚度及长度

铺盖前端厚度一般为0. 5~1. 0 m,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>△h/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。

铺盖长度应按照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。

3. 2铺盖结构形式

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:

(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30~40 m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。

(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15 m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,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。

3. 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;对于壤土虽然有可能继续崩解,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,有造成滑坡的可能。

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。4工程力学性质分析

水中抛填的粘性土料应具有低密度、高含水量的特征,在坡脚以外沿水平方向的工程力学性质比较均匀,沿土深度方向的密度和防渗性能逐渐增大。

4. 1水中抛土铺盖外观

壤土本身凝聚力小,在水中沉降时,崩解速度比较快,用其抛填的铺盖表面有一层易于流动的细粒沉积;用粘土抛填的铺盖仅在坡脚有一层易于流动的细粒沉积,坡面也骤然变得平缓。

4. 2粘土铺盖的颗粒组成

依据从水下粘土铺盖不同浓度取出的土样试验分析,水中抛投粘性土形成的铺盖除坡脚外,一般不会由于粗细颗粒分离产生分层沉积现象。但水下抛投砾质土、砂质土会产生粗细颗粒分离沉积现象,