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摘要：粘土铺盖施工方法比较简单，其技术要求不高且水面施工场面大，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，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。
关键词：粘土铺盖法 施工措施 应用
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-454-01
1、粘土铺盖法
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倒。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。如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0.5-0.6m/s，流失量一般在15%以内。当流速达0.9-1.2m/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，应尽可能在水下抛投施工期造成静水压，控制最大流速在0.5m/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，下沉力时愈大，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，抛土料应能水下浸透、崩解、固结，形成具有一定防渗能力和抗冲刷能力，满足渗透稳定和边坡稳定要求的防渗体。
2.1土料含水量
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%的份质土。
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，影响抛土铺盖的稳定性。一般可控制粘土块尺寸不大于10-20cm（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。
2.4崩解
崩解速度与粘性土的化学性质、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30d后的崩量也不大于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含水量无明显关系。
3、设计要求
3.1设计要求
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30-40m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15m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。
3.2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，崩解就被继续下抛的土盖住，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，影响固结速度，增大了空隙水压力。抛填一定厚度后，有造成滑坡可能。
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。
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粘土铺盖的颗粒组成
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。但水下抛投砾质上、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化。
4.2水中抛上铺盖外观
壤土本身凝聚力小，在水中沉降时的崩解速度比较快，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。
4.3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10cm/s，随着土料粉粒、粘粒含量减小而增大。沿土体深度方向，渗透系数及临界坡将均有明显改善，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于10cm/s，不能满足铺盖防渗要求。大于塑限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，但会随着时间的推移，逐渐减少至小于l0cm/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粘土要小。
5、影响粘土铺盖渗透稳定性两个因素
粘土铺盖的渗透稳定性与两方面渗流作用有关，一部分渗流是水从铺盖顶面经铺盖进入下部覆盖层汇入下游，另一部分则是由铺盖前端入覆盖层。
5.1沿铺盖垂直方向的渗透稳定性
沿水中抛填体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。只有粘土批量较高、容重又低的试样呈冲刷破坏状。
5.2沿铺盖地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蓋层上，仍能与下面砂砾地基紧密接触。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入覆盖层，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，减少其空隙直径，有利于防止出现此类破坏。
6、结束语
综上所述，粘土铺盖法是水利水电工程中的主要防渗措施，因此必须注重粘土的选用条件、力学性以及渗透稳定性等条件。
关键词：粘土铺盖法 施工措施 应用
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-454-01
1、粘土铺盖法
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倒。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。如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0.5-0.6m/s，流失量一般在15%以内。当流速达0.9-1.2m/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，应尽可能在水下抛投施工期造成静水压，控制最大流速在0.5m/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，下沉力时愈大，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，抛土料应能水下浸透、崩解、固结，形成具有一定防渗能力和抗冲刷能力，满足渗透稳定和边坡稳定要求的防渗体。
2.1土料含水量
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%的份质土。
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，影响抛土铺盖的稳定性。一般可控制粘土块尺寸不大于10-20cm（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。
2.4崩解
崩解速度与粘性土的化学性质、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30d后的崩量也不大于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含水量无明显关系。
3、设计要求
3.1设计要求
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30-40m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15m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。
3.2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，崩解就被继续下抛的土盖住，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，影响固结速度，增大了空隙水压力。抛填一定厚度后，有造成滑坡可能。
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。
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粘土铺盖的颗粒组成
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。但水下抛投砾质上、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化。
4.2水中抛上铺盖外观
壤土本身凝聚力小，在水中沉降时的崩解速度比较快，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。
4.3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10cm/s，随着土料粉粒、粘粒含量减小而增大。沿土体深度方向，渗透系数及临界坡将均有明显改善，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于10cm/s，不能满足铺盖防渗要求。大于塑限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，但会随着时间的推移，逐渐减少至小于l0cm/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粘土要小。
5、影响粘土铺盖渗透稳定性两个因素
粘土铺盖的渗透稳定性与两方面渗流作用有关，一部分渗流是水从铺盖顶面经铺盖进入下部覆盖层汇入下游，另一部分则是由铺盖前端入覆盖层。
5.1沿铺盖垂直方向的渗透稳定性
沿水中抛填体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。只有粘土批量较高、容重又低的试样呈冲刷破坏状。
5.2沿铺盖地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蓋层上，仍能与下面砂砾地基紧密接触。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入覆盖层，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，减少其空隙直径，有利于防止出现此类破坏。
6、结束语
综上所述，粘土铺盖法是水利水电工程中的主要防渗措施，因此必须注重粘土的选用条件、力学性以及渗透稳定性等条件。