水利工程施工中防渗措施的探讨

水利工程施工中防渗措施的探讨

摘要：在水利水电土石围堰工程当中选取粘土铺盖当成堰基的防渗手段，尤其是在透水覆盖层比较厚抓床宽广、没有强透水夹层的均质抑或是双层地基之上的低、中水头围堰工程，和普通的土石围堰选取垂直的防渗手段作对比，在工期和经济上都有着很强的优势。本文笔者充分结合相关水利水电工程施工实践的经验详细分析渗透稳定性与粘土力学性质，全方面地论证并阐释施工方案设计。关键词：水利工程；防渗措施；粘土铺盖法；探讨

1 粘土铺盖法的工作原理及其适用条件

粘性土沉降水中之后，土团粒会因为吸水过多而出现膨胀的情况，导致粘性土应力不均匀，胶质被慢慢溶解，团粒水膜逐渐变得厚起来，凝聚力与内摩擦力变小，土的团粒结构逐步遭到破坏分崩离析变为小型土块，更有甚者会变为散粒。粘性土在被上层填土作用之下，排水呈现出单向或者双相的模式，并且最终慢慢固结紧密。含水量与密实度会慢慢变得均匀起来，防渗能力也会随之提升。为此，施工人员在水利工程施工阶段，一定要做好水下抛土体密实、崩解等工作，从而确保粘土铺盖法在运行阶段不会出现水流破坏、渗漏等现象，使水下抛土铺盖真正起到防渗漏的作用。

1.1 抛投区的水深和流速

抛投区的水流会引发细粒流失的情况，并且会扩散一部分抛进水内的粘性土。事实上，如果出现细粒大范围地流失的现象，铺盖防渗能力会在增加水下抛投量的同时下降。为此，应当尽量在水下抛

投施工阶段促使静水压产生，并控制好流速。

在围堰挡水运用阶段，铺盖之上的过流速度也应当控制在铺盖固结过后的允许范围之内，这样就可以避免铺盖被冲刷的现象，从而避免铺盖的渗漏情况的出现。抛土时的水深极限值与土料性质有关。粘土导体在水中各种性能较好，可用于深水抛填。

1.2铺盖区的地基地形

由于高低不平的堰基会导致水下抛土的铺盖厚薄不均匀，增加了抛投量，并且在铺盖较薄处形成集中渗流，所以容易出现渗漏的现象，为了避免渗漏的出现，这就要求抛投区的地形相对平整或者稍向堰体方向倾斜。堰体外方向的倾斜度如果不能满足小于不下抛投土自然稳定边坡的要求，将很难形成完整铺盖。所以，为了满足边坡稳定要求，可以围堰铺盖末端抛石渣挡土堤，以稳定水下抛土体。

2 粘土的选用

水下粘土铺盖的作用是为了堰基防渗，所以要求抛土料具有一定的防渗能力和抗冲刷能力。较好的水下抛土料有各种渗透性能好的壤土、粘土以及肥粘土。渗透能力较差的有砾质土、硬质肥粘土和特殊的粉质土。所以在进行水下粘土铺盖时应尽量选用较好的水下抛土料有各种渗透性能好的壤土、粘土以及肥粘土；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。所以防止粘土、壤土抛土料的自然含水量对水下粘土铺盖产生不良作用；许多水利工程由于粘土块尺寸计算使用不当，导致抛土开挖时架空的现象。这种现象表明，少量超径土块可以填满架空，但是大

土块会由于各种原因和作用导致架空区逐渐消失。这是因为有些土块的尺寸为控制好，导致其在水中的性能不好，像粘圭、壤土等。所以要控制好粘土块尺寸；粘土的崩解速度跟粘性土的化学性质、颗粒组成、含水量等有关，所以要重视粘土的崩解速度跟粘性土的化学性质、颗粒组成、含水量等对水下粘土铺盖的影响。

3 工程力学性质分析

低密度、高含水量是水中抛填的粘性土料的最大特性，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。

3.1水中抛土铺盖外观

壤土在水中沉降时，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肢有一层易于流动的细粒沉积，坡面也骤然变得平缓。

3.2粘土铺盖的颗粒组成

通过分析水下料土铺盖不同浓度取出的土样试验，得出如下结论：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，粗颗粒由顶部向下逐渐增多，粒径均匀的粗颗粒大多沉积在坡脚及底层。水下抛投粘性土与风化砂混合料时，则分选与流失现象以及抛投体的防渗性能决定于混合比。

3.3防渗性能

将粘性土沉降水中而形成的土体渗水系数通常都能满足水利工

程防渗漏的要求，土囊所渗透的水量会随着土料粉粒、粘粒含量减小而增大。水渗漏土体越深，渗透系数则越大，渗透压密作用越明显。若土囊粘粒含量和抛投体的渗透系数不能满足铺盖防渗要求，就会引起渗漏现象的发生。

4 渗透稳定性分析

铺盖在运行过程中，会出现两种导致渗漏的情况，这两种情况与水下抛土铺盖的渗透情况是一样的，就是一部分水从铺盖顶面穿过铺盖进入铺盖下部覆盖层最终流进下游下游，另一部分由铺盖的前端直接进入铺盖覆盖层。

5 设计要求

5.1铺盖厚度、长度

在设计时，不仅对铺盖前端厚度有着严格要求，而且其余各处的厚度也要求严格，其余各处的厚度应根据铺盖上下水压差值计算确定。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。

5.2结构形式

水下粘土铺盖可以根据地基、水流、堰体结构等因素，设计成外铺盖、内铺盖、内外铺盖这几种结构形式。

5.2.1 外铺盖

外铺盖布置在堰体逆水方向，呈现的状态也十分有特色，像一个三角形呈。这种外铺盖形式施工与堰体联系较少，土囊沉降水中之后有有较长的固结时间；在施工期间及运行期间，如果发生异常情况比较容易处理，还可以利用天然淤积铺盖增加防渗效果。

5.2.2 内铺盖

内铺盖位于堰体保护之中，铺盖长度能被人为控制。内铺盖的抛投量少，但与堰体施工联系较大，施工程序相对外铺盖来说也比较复杂。因为排水固结密实时问，限制了铺盖上部的堰体填筑速度；这样就不利于结合天然积物。

5.2.3内外铺盖

这种内外铺盖形式的工作原理是根据堰体的防渗结构来延长渗径，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。但是这种内外铺盖形式不能用于挡水水头较高的围堰，因为有些粘土铺盖位于堰体底部，不利于堰体稳定。

5.3水下抛填速度

抛填速度对粘土铺盖的防渗效果和水利工程量有着重大影响。抛填速度不当会出现土团之间架空、排水困难、土囊崩解、滑坡等严重后果。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 结语

从前文中不难发现，粘土铺盖施工法对技术的要求低、施工方法简易、无需进行碾压、水面施工范围大、抛投快速，可以实现迅速闭气、止漏的目标；粘土铺盖具有很强的柔性，同时还能和已浇混