老挝色萨拉龙灌溉工程分散性土修筑渠道应用技术

温祖国

(中水珠江规划勘测设计有限公司，广州 516100)

0 前 言

分散性土(dispersive clay)是黏土在低含盐量水中(或纯净水中)细颗粒之间的黏聚力大部分甚至全部消失，呈团聚体存在的颗粒体自行分散成原级的黏土颗粒的土，它的抗冲蚀能力很低。分散性土除具有抗剪强度低、抗渗性能差的性质外，最为明显的一个特性就是分散性，即易被水冲蚀的性质。分散性土的分散性质主要是由土体自身因素及外部环境因素决定的。

土样产生分散性主要有3方面的原因：①黏粒含量不足以抑制土料的膨胀和分散；②土样中含有大量的钠离子，脱蒙石的含量不是土体产生分散的必要条件，高钠可以使得伊利土像脱蒙土一样具有分散性；③土样的PH值高，土体呈强碱性，使得土体颗粒之间的斥力增大，促使土体分散。由于分散性黏到遇到含盐量低的水易分散流失的特性，是许多工程失事的主要原因，对水利工程会产生巨大的危害。分散性黏土修筑的水利工程会出现两种破坏形式:①雨水的含盐量较低，建筑物表面会大面积遭到雨水淋、冲蚀破环；②若设置合适的出口反滤会发生突然的管涌破坏。

1 概 况

色萨拉龙灌溉工程位于老挝中部Savannakhet省Tha Pang Thoong地区色萨拉龙河上。工程由挡水大坝、取水建筑物、溢洪道及渠系建筑物等组成，水库总库容为7513万m3，主要任务是灌溉。工程建成后可解决下游2000ha土地灌溉及当地18 个村庄的生活用水问题。灌溉干渠最大引用流量3.07m3/s，干渠长度约12.85km。灌区渠道及渠系建筑物级别均为5级，设计洪水标准为10a一遇。渠道为梯形明渠结构，回填区采用复合土工膜防渗，8cm厚混凝土衬砌，开挖区铺设土工布，采用8cm厚混凝土衬砌，渠道内边坡坡度比1∶1。

国内外科技人员对分散性土应用在工程上进行了广泛的研究，水利工程上应用技术的基本上以“土质改良”为主，其它措施为辅，对其它防治措施研究尚不充足。本工程渠道项目土方填筑量约25万m3，所需石灰按掺加量3%计算共约750t，工程所在地建筑材料资源极其匮乏，根据市场调查，老挝国家境内仅有一家水泥，无石灰生产厂家，若工程需用石灰需从周边国家进口，材料采购难度较大。且采用掺加石灰的土质改良的措施，其过程工艺复杂、质量控制较为严格，一般上：①石灰掺量应严格控制，允许偏差为±5%；②经第一次拌和均匀的石灰土，应在接近规定含水率(15%-20%)的疏松状态下养生， 养生期间应用彩条布盖好，以防日晒时水分蒸发，下雨时被冲走，养生期满后，才能进行第二次拌和，经第二次拌和后的石灰土，才能运到填方区去填筑，并夯实或碾压；③石灰土应分层摊铺、碾压(每层厚度为20 cm)，干容重不得低于1.6 t/m3。

2 老挝色萨拉龙灌溉工程分散性土修筑渠道应用技术

为保证工程质量安全，节约工程投资，经反复多次论证，灌溉渠道工程利用分散性土主要采用工程综合措施修筑渠道应用技术，防止分散性土的破坏，其原理：①填方段渠道堤身采用防渗土工膜包裹，提高填土相对压实度参数措施；②挖方段渠道采用截水、导水措施，防止外来直接对渠道的冲蚀破坏，在渠道衬砌混凝土底部铺土工布增加反滤措施，来阻止渠道的集中渗流破坏[2]。

2.1 提高土方填筑相对压实以增强分散性渠道土抗冲蚀能力

借助针孔冲蚀试验，研究土样初始含水率和密度的改变对于土样冲蚀率的影响。通过试验，分析出在利用分散性土进行填筑的工程当中，不考虑其它因素条件下，应尽量使土料含水量达到塑限或比塑限略小，压实密度尽量达到最大干密度，以减小分散性土产生的冲蚀破坏影响。根据现行《渠道防渗工程技术规范》的要求：填筑土料时，大型、中型渠道压实系数应≥0.95，小型渠道应≥0.93。在用分散性土进行填筑的工程当中，不考虑其它因素，应尽量使土料含水量达到塑限或比塑限略小，压实密度尽量达到最大干密度，以减小分散性土产生的冲蚀破坏影响。本研究对老挝色萨拉龙灌溉工程中进行初步探讨，并且首次采用分散性土修筑填方渠道技术提高填土相对压实度参数措施，把渠堤填筑相对压实度比现行规范提高2-3个百分点，即控制在0.95-0.97，其干密度≥1.6g/cm3为宜，达到增强分散性渠道土抗冲蚀能力和渠堤的稳定性。

在分散性土渠道土方填筑中如何提高土料相对压实度贯穿全施工过程的控制要点，主要包括：土料开采、土料挖装、摊铺、碾压、等各工序均实行全过程严格的质量监控，制定一整套施工过程控制质量标准和质量控制措施，并在施工中严格贯彻执行，以保证工程施工质量始终处于可控状态，各项指标均满足要求。

2.2 采用多种综合隔离措施，提高分散性土渠道的抗冲蚀、冲涮能力

根据国外资料，当流速>10cm/s时就会发生冲蚀，冲蚀现象有时比细砂或粉土还严重，分散性土地区水利工程能够发生罕见的冲蚀、淋蚀及渗透破坏。在本课题中，利用分散性土进行修筑的挖方段渠道采用综合的截水、导水等防水技术措施，防止外来水对渠道的冲蚀、冲涮破坏。

2.2.1 挖方段渠道防分散技术

土的渗透破坏是先从渗流出口开始，然后向深部发展，因此保证渗透稳定的主要途径是保护渗流出口不遭渗流破坏，由于反滤层能够保护渗流出口,防止土颗粒的流失，若采用传统的砂砾料作为反滤层，其厚度应≥30cm，为保证反滤料自身的稳定性，其坡度≥1∶2。本项目开挖段渠道内边坡设置贴坡反滤措施，即：在挖方段渠道内边坡衬砌混凝土底部铺设土工布反滤措施，在地下水位较高的地段设置一定数量逆止排水阀，阻止渠道的集中渗流破坏，以达到渠道内边坡坡比达到最优的1∶1，减少开挖断面，从而减少工程投资。

2.2.2 填方段渠道防分散技术

2.2.2.1 渠道内侧防分散技术

填方段渠道采用全铺式土工膜+混凝土面板防渗的结构形式。铺设土工膜前，铺设人员首先应认真检查复合土工膜有无破损、空洞、撕裂等缺陷。若存在缺陷，应及时用合格的母材修补，修补范围应超出破损部位周边10-20cm。

复合土工膜(布)采用热合爬行机焊接，环境气温在5℃-35℃之间比较适宜，气温低于5℃时，必须对搭接面进行加热。土工膜焊接接头采用双焊缝焊接，焊缝宽度10mm，搭接长度≥10cm。

2.2.2.2 填方渠道渠顶土工膜包裹防护

填方渠道顶部、外边坡均应采取封闭保护措施。顶部采用复合土工膜压顶，外坡采用腐植土覆盖，每隔10-20m设一横向排水明沟。如果单级边坡高于4m时，采用边坡网格梁进行防护，见图1。

图1 填方渠道土工膜包裹防护示意图

2.2.3 挖方渠道截、导水沟导水

挖方段渠道防护措施，不论挖方渠道内边坡的高度多少，均在渠顶设置一马道，马道上用复合土工膜覆盖并用非分散性或腐植土土压顶保护，在马道内侧设置纵向排水沟，每20m设一横向排水沟把水导进渠道。在开挖边坡顶设置一截水堤和水沟，把外来水截住。见图2。

图2 挖方渠道土工膜包裹防护示意图

3 结 语

实例证明，老挝色拉龙灌溉工程项目渠道工程在充分了解分散性土的分散机理基础上，从防止分散性土破坏的外因角度提出了各种有效的技术措施。达到了：

1)通过采用工程隔离及反滤两方面措施进行综合处理是经济的、适宜的。

2)其方法操作方便、经济、效果明显。

色萨拉龙灌溉工程干渠，长约8km的干渠道于2013年雨季前施工完毕，经历了2013年、2014年两年雨季几次特大暴雨冲涮。由于采取经济、可靠的技术措施，未发现堤身被水冲蚀等现象，工程质量稳定可靠。