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摘要：粘土铺盖作为堰基的防渗措施在水利水电工程中得到广泛的应用，特别是在河床开阔、透水覆盖层较厚、无强透水夹层的均质或双层地基上的中、低水头围堰工程。与一般土石围堰采用垂直防渗措施相比，从经济与工期上均具有其优越性。对土石围堰粘土铺盖、围堰堰基防渗及其原理、适用范围、材料选择、工程力学性质、渗透稳定性、铺盖设计与施工等作了详细的论述。对此类工程的设计和施工提供依据和保障。
关键词：粘土铺盖；土石围堰；防渗
在土石围堰工程中，用粘土铺盖作为堰基的防渗措施，特别是在抓床开阔、透水覆盖层较厚、无强透水夹层的均质或双层地基上的中、低水头围堰工程，与一般的土石围堰采用垂直的防渗措施相比，从经济与工期上均具有较强的优越性。
一、粘土铺盖法的原理及适用条件
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，呈双相或单向排水，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。
在围堰挡水运用期间，铺盖上的过流速度亦应小于铺盖固结后的允许冲刷速度（若铺盖上部分采用保护措施后，按不大于保护措施允许流速控制），以防止冲刷，保持铺盖完整性和防渗效果。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。
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不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，可以围堰铺盖末端抛石渣挡土堤，以稳定水下抛土体。
二、粘土铺盖的工程力学性质
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。
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肢有一层易于流动的细粒沉积，坡面也
骤然变得平缓。
2.粘土铺盖的颗粒组成
从水下料土铺盖不同深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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但水下抛投砾质土、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.防渗性能
水下抛投粘性土形成的土体渗透系数一般都能达到小于10-4cm/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。若粘粒含量小于12％，则抛投体的渗透系数会大10.4cm/s，不能满足铺盖防渗要求。大于塑含水量的粘土形成的水下抛填体，多呈团粒或块粒结构，架空现象比较严重，渗透系数也比较大，但会随着时间推移，逐渐减小至小于10.4cm/s。在垂直渗流条件下，壤土崩解性能好，抛填体不易形成连续渗流通道，受渗透压密作用比较明显；而粘土则相反。因此，在同样密实度条件下，壤土的渗透系数比粘土小；而在水平渗流条件下，壤土易分散遭受冲刷破坏，使壤土的渗透破坏比降比粘土要小。
三、粘土铺盖的渗透稳定性
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。
1.沿铺盖垂直方向的渗透稳定性
沿水中抛填体垂直方向渗流运动引起的抛填土产生的渗透变形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、容重又低的试样呈冲刷破坏。
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，往往抛在经截流粗化了的覆盖层上，仍能与下面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人覆盖层，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。
结束语
结合本文的分析介绍，我们可以看出，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、岸坡和已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。
参考文献：
[1]董哲仁 堤防除险加固实用技术 中国水利水电出版社 2010.1
[2]白永年 土石坝加固 水利电力出版社 2013.2
[3]郭守忠 水利水电工程勘探与岩土工程施工技术 中国水利水电出版社 2012.3
论文作者:刘杰
论文发表刊物:《基层建设》2016年1期
论文发表时间:2016/5/19
标签：铺盖论文; 粘土论文; 围堰论文; 防渗论文; 水下论文; 壤土论文; 土石论文; 《基层建设》2016年1期论文;