老撾色薩拉龍灌溉工程分散性土修筑渠道應用技術

溫祖國

(中水珠江規劃勘測設計有限公司，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)細顆粒之間的黏聚力大部分甚至全部消失，呈團聚體存在的顆粒體自行分散成原級的黏土顆粒的土，它的抗沖蝕能力很低。分散性土除具有抗剪強度低、抗滲性能差的性質外，最為明顯的一個特性就是分散性，即易被水沖蝕的性質。分散性土的分散性質主要是由土體自身因素及外部環境因素決定的。

土樣產生分散性主要有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，對水利工程會產生巨大的危害。分散性黏土修筑的水利工程會出現兩種破壞形式:①雨水的含鹽量較低，建筑物表面會大面積遭到雨水淋、沖蝕破環；②若設置合適的出口反濾會發生突然的管涌破壞。

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，水庫總庫容為7513萬m3，主要任務是灌溉。工程建成后可解決下游2000ha土地灌溉及當地18 個村莊的生活用水問題。灌溉干渠最大引用流量3.07m3/s，干渠長度約12.85km。灌區渠道及渠系建筑物級別均為5級，設計洪水標準為10a一遇。渠道為梯形明渠結構，回填區采用復合土工膜防滲，8cm厚混凝土襯砌，開挖區鋪設土工布，采用8cm厚混凝土襯砌，渠道內邊坡坡度比1∶1。

國內外科技人員對分散性土應用在工程上進行了廣泛的研究，水利工程上應用技術的基本上以“土質改良”為主，其它措施為輔，對其它防治措施研究尚不充足。本工程渠道項目土方填筑量約25萬m3，所需石灰按摻加量3%計算共約750t，工程所在地建筑材料資源極其匱乏，根據市場調查，老撾國家境內僅有一家水泥，無石灰生產廠家，若工程需用石灰需從周邊國家進口，材料采購難度較大。且采用摻加石灰的土質改良的措施，其過程工藝復雜、質量控制較為嚴格，一般上：①石灰摻量應嚴格控制，允許偏差為±5%；②經第一次拌和均勻的石灰土，應在接近規定含水率(15%-20%)的疏松狀態下養生， 養生期間應用彩條布蓋好，以防日曬時水分蒸發，下雨時被沖走，養生期滿后，才能進行第二次拌和，經第二次拌和后的石灰土，才能運到填方區去填筑，并夯實或碾壓；③石灰土應分層攤鋪、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用技術

為保證工程質量安全，節約工程投資，經反復多次論證，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用技術，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，提高填土相對壓實度參數措施；②挖方段渠道采用截水、導水措施，防止外來直接對渠道的沖蝕破壞，在渠道襯砌混凝土底部鋪土工布增加反濾措施，來阻止渠道的集中滲流破壞[2]。

2.1 提高土方填筑相對壓實以增強分散性渠道土抗沖蝕能力

借助針孔沖蝕試驗，研究土樣初始含水率和密度的改變對于土樣沖蝕率的影響。通過試驗，分析出在利用分散性土進行填筑的工程當中，不考慮其它因素條件下，應盡量使土料含水量達到塑限或比塑限略小，壓實密度盡量達到最大干密度，以減小分散性土產生的沖蝕破壞影響。根據現行《渠道防滲工程技術規范》的要求：填筑土料時，大型、中型渠道壓實系數應≥0.95，小型渠道應≥0.93。在用分散性土進行填筑的工程當中，不考慮其它因素，應盡量使土料含水量達到塑限或比塑限略小，壓實密度盡量達到最大干密度，以減小分散性土產生的沖蝕破壞影響。本研究對老撾色薩拉龍灌溉工程中進行初步探討，并且首次采用分散性土修筑填方渠道技術提高填土相對壓實度參數措施，把渠堤填筑相對壓實度比現行規范提高2-3個百分點，即控制在0.95-0.97，其干密度≥1.6g/cm3為宜，達到增強分散性渠道土抗沖蝕能力和渠堤的穩定性。

在分散性土渠道土方填筑中如何提高土料相對壓實度貫穿全施工過程的控制要點，主要包括：土料開采、土料挖裝、攤鋪、碾壓、等各工序均實行全過程嚴格的質量監控，制定一整套施工過程控制質量標準和質量控制措施，并在施工中嚴格貫徹執行，以保證工程施工質量始終處于可控狀態，各項指標均滿足要求。

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

根據國外資料，當流速>10cm/s時就會發生沖蝕，沖蝕現象有時比細砂或粉土還嚴重，分散性土地區水利工程能夠發生罕見的沖蝕、淋蝕及滲透破壞。在本課題中，利用分散性土進行修筑的挖方段渠道采用綜合的截水、導水等防水技術措施，防止外來水對渠道的沖蝕、沖涮破壞。

2.2.1 挖方段渠道防分散技術

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

2.2.2 填方段渠道防分散技術

2.2.2.1 渠道內側防分散技術

填方段渠道采用全鋪式土工膜+混凝土面板防滲的結構形式。鋪設土工膜前，鋪設人員首先應認真檢查復合土工膜有無破損、空洞、撕裂等缺陷。若存在缺陷，應及時用合格的母材修補，修補范圍應超出破損部位周邊10-20cm。

復合土工膜(布)采用熱合爬行機焊接，環境氣溫在5℃-35℃之間比較適宜，氣溫低于5℃時，必須對搭接面進行加熱。土工膜焊接接頭采用雙焊縫焊接，焊縫寬度10mm，搭接長度≥10cm。

2.2.2.2 填方渠道渠頂土工膜包裹防護

填方渠道頂部、外邊坡均應采取封閉保護措施。頂部采用復合土工膜壓頂，外坡采用腐植土覆蓋，每隔10-20m設一橫向排水明溝。如果單級邊坡高于4m時，采用邊坡網格梁進行防護，見圖1。

圖1 填方渠道土工膜包裹防護示意圖

2.2.3 挖方渠道截、導水溝導水

挖方段渠道防護措施，不論挖方渠道內邊坡的高度多少，均在渠頂設置一馬道，馬道上用復合土工膜覆蓋并用非分散性或腐植土土壓頂保護，在馬道內側設置縱向排水溝，每20m設一橫向排水溝把水導進渠道。在開挖邊坡頂設置一截水堤和水溝，把外來水截住。見圖2。

圖2 挖方渠道土工膜包裹防護示意圖

3 結 語

實例證明，老撾色拉龍灌溉工程項目渠道工程在充分了解分散性土的分散機理基礎上，從防止分散性土破壞的外因角度提出了各種有效的技術措施。達到了：

1)通過采用工程隔離及反濾兩方面措施進行綜合處理是經濟的、適宜的。

2)其方法操作方便、經濟、效果明顯。

色薩拉龍灌溉工程干渠，長約8km的干渠道于2013年雨季前施工完畢，經歷了2013年、2014年兩年雨季幾次特大暴雨沖涮。由于采取經濟、可靠的技術措施，未發現堤身被水沖蝕等現象，工程質量穩定可靠。