老撾色薩拉龍灌溉工程分散性土修筑渠道應(yīng)用技術(shù)

溫祖國(guó)

(中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣州 516100)

0 前 言

分散性土(dispersive clay)是黏土在低含鹽量水中(或純凈水中)細(xì)顆粒之間的黏聚力大部分甚至全部消失，呈團(tuán)聚體存在的顆粒體自行分散成原級(jí)的黏土顆粒的土，它的抗沖蝕能力很低。分散性土除具有抗剪強(qiáng)度低、抗?jié)B性能差的性質(zhì)外，最為明顯的一個(gè)特性就是分散性，即易被水沖蝕的性質(zhì)。分散性土的分散性質(zhì)主要是由土體自身因素及外部環(huán)境因素決定的。

土樣產(chǎn)生分散性主要有3方面的原因：①黏粒含量不足以抑制土料的膨脹和分散；②土樣中含有大量的鈉離子，脫蒙石的含量不是土體產(chǎn)生分散的必要條件，高鈉可以使得伊利土像脫蒙土一樣具有分散性；③土樣的PH值高，土體呈強(qiáng)堿性，使得土體顆粒之間的斥力增大，促使土體分散。由于分散性黏到遇到含鹽量低的水易分散流失的特性，是許多工程失事的主要原因，對(duì)水利工程會(huì)產(chǎn)生巨大的危害。分散性黏土修筑的水利工程會(huì)出現(xiàn)兩種破壞形式:①雨水的含鹽量較低，建筑物表面會(huì)大面積遭到雨水淋、沖蝕破環(huán)；②若設(shè)置合適的出口反濾會(huì)發(fā)生突然的管涌破壞。

1 概 況

色薩拉龍灌溉工程位于老撾中部Savannakhet省Tha Pang Thoong地區(qū)色薩拉龍河上。工程由擋水大壩、取水建筑物、溢洪道及渠系建筑物等組成，水庫(kù)總庫(kù)容為7513萬(wàn)m3，主要任務(wù)是灌溉。工程建成后可解決下游2000ha土地灌溉及當(dāng)?shù)?8 個(gè)村莊的生活用水問(wèn)題。灌溉干渠最大引用流量3.07m3/s，干渠長(zhǎng)度約12.85km。灌區(qū)渠道及渠系建筑物級(jí)別均為5級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10a一遇。渠道為梯形明渠結(jié)構(gòu)，回填區(qū)采用復(fù)合土工膜防滲，8cm厚混凝土襯砌，開(kāi)挖區(qū)鋪設(shè)土工布，采用8cm厚混凝土襯砌，渠道內(nèi)邊坡坡度比1∶1。

國(guó)內(nèi)外科技人員對(duì)分散性土應(yīng)用在工程上進(jìn)行了廣泛的研究，水利工程上應(yīng)用技術(shù)的基本上以“土質(zhì)改良”為主，其它措施為輔，對(duì)其它防治措施研究尚不充足。本工程渠道項(xiàng)目土方填筑量約25萬(wàn)m3，所需石灰按摻加量3%計(jì)算共約750t，工程所在地建筑材料資源極其匱乏，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，老撾國(guó)家境內(nèi)僅有一家水泥，無(wú)石灰生產(chǎn)廠家，若工程需用石灰需從周邊國(guó)家進(jìn)口，材料采購(gòu)難度較大。且采用摻加石灰的土質(zhì)改良的措施，其過(guò)程工藝復(fù)雜、質(zhì)量控制較為嚴(yán)格，一般上：①石灰摻量應(yīng)嚴(yán)格控制，允許偏差為±5%；②經(jīng)第一次拌和均勻的石灰土，應(yīng)在接近規(guī)定含水率(15%-20%)的疏松狀態(tài)下養(yǎng)生， 養(yǎng)生期間應(yīng)用彩條布蓋好，以防日曬時(shí)水分蒸發(fā)，下雨時(shí)被沖走，養(yǎng)生期滿后，才能進(jìn)行第二次拌和，經(jīng)第二次拌和后的石灰土，才能運(yùn)到填方區(qū)去填筑，并夯實(shí)或碾壓；③石灰土應(yīng)分層攤鋪、碾壓(每層厚度為20 cm)，干容重不得低于1.6 t/m3。

2 老撾色薩拉龍灌溉工程分散性土修筑渠道應(yīng)用技術(shù)

為保證工程質(zhì)量安全，節(jié)約工程投資，經(jīng)反復(fù)多次論證，灌溉渠道工程利用分散性土主要采用工程綜合措施修筑渠道應(yīng)用技術(shù)，防止分散性土的破壞，其原理：①填方段渠道堤身采用防滲土工膜包裹，提高填土相對(duì)壓實(shí)度參數(shù)措施；②挖方段渠道采用截水、導(dǎo)水措施，防止外來(lái)直接對(duì)渠道的沖蝕破壞，在渠道襯砌混凝土底部鋪土工布增加反濾措施，來(lái)阻止渠道的集中滲流破壞[2]。

2.1 提高土方填筑相對(duì)壓實(shí)以增強(qiáng)分散性渠道土抗沖蝕能力

借助針孔沖蝕試驗(yàn)，研究土樣初始含水率和密度的改變對(duì)于土樣沖蝕率的影響。通過(guò)試驗(yàn)，分析出在利用分散性土進(jìn)行填筑的工程當(dāng)中，不考慮其它因素條件下，應(yīng)盡量使土料含水量達(dá)到塑限或比塑限略小，壓實(shí)密度盡量達(dá)到最大干密度，以減小分散性土產(chǎn)生的沖蝕破壞影響。根據(jù)現(xiàn)行《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》的要求：填筑土料時(shí)，大型、中型渠道壓實(shí)系數(shù)應(yīng)≥0.95，小型渠道應(yīng)≥0.93。在用分散性土進(jìn)行填筑的工程當(dāng)中，不考慮其它因素，應(yīng)盡量使土料含水量達(dá)到塑限或比塑限略小，壓實(shí)密度盡量達(dá)到最大干密度，以減小分散性土產(chǎn)生的沖蝕破壞影響。本研究對(duì)老撾色薩拉龍灌溉工程中進(jìn)行初步探討，并且首次采用分散性土修筑填方渠道技術(shù)提高填土相對(duì)壓實(shí)度參數(shù)措施，把渠堤填筑相對(duì)壓實(shí)度比現(xiàn)行規(guī)范提高2-3個(gè)百分點(diǎn)，即控制在0.95-0.97，其干密度≥1.6g/cm3為宜，達(dá)到增強(qiáng)分散性渠道土抗沖蝕能力和渠堤的穩(wěn)定性。

在分散性土渠道土方填筑中如何提高土料相對(duì)壓實(shí)度貫穿全施工過(guò)程的控制要點(diǎn)，主要包括：土料開(kāi)采、土料挖裝、攤鋪、碾壓、等各工序均實(shí)行全過(guò)程嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控，制定一整套施工過(guò)程控制質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量控制措施，并在施工中嚴(yán)格貫徹執(zhí)行，以保證工程施工質(zhì)量始終處于可控狀態(tài)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求。

2.2 采用多種綜合隔離措施，提高分散性土渠道的抗沖蝕、沖涮能力

根據(jù)國(guó)外資料，當(dāng)流速>10cm/s時(shí)就會(huì)發(fā)生沖蝕，沖蝕現(xiàn)象有時(shí)比細(xì)砂或粉土還嚴(yán)重，分散性土地區(qū)水利工程能夠發(fā)生罕見(jiàn)的沖蝕、淋蝕及滲透破壞。在本課題中，利用分散性土進(jìn)行修筑的挖方段渠道采用綜合的截水、導(dǎo)水等防水技術(shù)措施，防止外來(lái)水對(duì)渠道的沖蝕、沖涮破壞。

2.2.1 挖方段渠道防分散技術(shù)

土的滲透破壞是先從滲流出口開(kāi)始，然后向深部發(fā)展，因此保證滲透穩(wěn)定的主要途徑是保護(hù)滲流出口不遭滲流破壞，由于反濾層能夠保護(hù)滲流出口,防止土顆粒的流失，若采用傳統(tǒng)的砂礫料作為反濾層，其厚度應(yīng)≥30cm，為保證反濾料自身的穩(wěn)定性，其坡度≥1∶2。本項(xiàng)目開(kāi)挖段渠道內(nèi)邊坡設(shè)置貼坡反濾措施，即：在挖方段渠道內(nèi)邊坡襯砌混凝土底部鋪設(shè)土工布反濾措施，在地下水位較高的地段設(shè)置一定數(shù)量逆止排水閥，阻止渠道的集中滲流破壞，以達(dá)到渠道內(nèi)邊坡坡比達(dá)到最優(yōu)的1∶1，減少開(kāi)挖斷面，從而減少工程投資。

2.2.2 填方段渠道防分散技術(shù)

2.2.2.1 渠道內(nèi)側(cè)防分散技術(shù)

填方段渠道采用全鋪式土工膜+混凝土面板防滲的結(jié)構(gòu)形式。鋪設(shè)土工膜前，鋪設(shè)人員首先應(yīng)認(rèn)真檢查復(fù)合土工膜有無(wú)破損、空洞、撕裂等缺陷。若存在缺陷，應(yīng)及時(shí)用合格的母材修補(bǔ)，修補(bǔ)范圍應(yīng)超出破損部位周邊10-20cm。

復(fù)合土工膜(布)采用熱合爬行機(jī)焊接，環(huán)境氣溫在5℃-35℃之間比較適宜，氣溫低于5℃時(shí)，必須對(duì)搭接面進(jìn)行加熱。土工膜焊接接頭采用雙焊縫焊接，焊縫寬度10mm，搭接長(zhǎng)度≥10cm。

2.2.2.2 填方渠道渠頂土工膜包裹防護(hù)

填方渠道頂部、外邊坡均應(yīng)采取封閉保護(hù)措施。頂部采用復(fù)合土工膜壓頂，外坡采用腐植土覆蓋，每隔10-20m設(shè)一橫向排水明溝。如果單級(jí)邊坡高于4m時(shí)，采用邊坡網(wǎng)格梁進(jìn)行防護(hù)，見(jiàn)圖1。

圖1 填方渠道土工膜包裹防護(hù)示意圖

2.2.3 挖方渠道截、導(dǎo)水溝導(dǎo)水

挖方段渠道防護(hù)措施，不論挖方渠道內(nèi)邊坡的高度多少，均在渠頂設(shè)置一馬道，馬道上用復(fù)合土工膜覆蓋并用非分散性或腐植土土壓頂保護(hù)，在馬道內(nèi)側(cè)設(shè)置縱向排水溝，每20m設(shè)一橫向排水溝把水導(dǎo)進(jìn)渠道。在開(kāi)挖邊坡頂設(shè)置一截水堤和水溝，把外來(lái)水截住。見(jiàn)圖2。

圖2 挖方渠道土工膜包裹防護(hù)示意圖

3 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)例證明，老撾色拉龍灌溉工程項(xiàng)目渠道工程在充分了解分散性土的分散機(jī)理基礎(chǔ)上，從防止分散性土破壞的外因角度提出了各種有效的技術(shù)措施。達(dá)到了：

1)通過(guò)采用工程隔離及反濾兩方面措施進(jìn)行綜合處理是經(jīng)濟(jì)的、適宜的。

2)其方法操作方便、經(jīng)濟(jì)、效果明顯。

色薩拉龍灌溉工程干渠，長(zhǎng)約8km的干渠道于2013年雨季前施工完畢，經(jīng)歷了2013年、2014年兩年雨季幾次特大暴雨沖涮。由于采取經(jīng)濟(jì)、可靠的技術(shù)措施，未發(fā)現(xiàn)堤身被水沖蝕等現(xiàn)象，工程質(zhì)量穩(wěn)定可靠。