5.2　黏土铺盖防渗方案研究

5.2.1　黏土料场描述

黏土料主要用作上水库库区的防渗铺盖，在预可研阶段进行了较大范围的普查，仅在平甸发现有黏土料。平甸位于上水库以北约10km，有简易碎石公路可达。平甸料场以峪河为界，可分为左岸的打丝窑料场和右岸红土坡料场，打丝窑料场为主要料场，红土坡料场作为备用料场。

打丝窑料场勘测范围NE向最大580m，NW向最宽400m，总面积17万m2，地形上呈缓坡状，现料场地表多为农田和果园。

料场位于寒武系馒头组泥灰岩形成的缓斜坡上，表层主要为第四系残积—坡积褐色、棕色粉质黏土。前期根据所挖36个探井揭露情况，按黏土层中碎石、块石含量多少，将料场分为三个区。

Ⅰ区：该区剖面上从上到下为碎石，粉质黏土夹块石层或碎石层，碎石、块石层厚1m左右，最厚约5.0m。黏土层勘探最大厚15.6m，平均厚10m左右。

Ⅱ区：该区主要为褐色、棕红色粉质黏土为主，局部夹重粉质壤土透镜体和碎石、块石层或钙质结核层。重粉质壤土厚0.5～2.9m，夹少量碎石，碎石直径小于0.5m；碎石、块石层厚0.5～3.1m，块石最大直径0.5m；结核层厚10～30cm，粉质黏土层厚7.3～26.7m，是主要料场区。

Ⅲ区：该区以碎石，块石层为主，夹薄层粉质黏土；粉质黏土厚0.4～2.7m。不宜开采。

5.2.2　黏土料场料源分析

黏土料的质量评价以土坝防渗体土料质量技术要求为主，并结合上库库区防渗用土料的设计要求进行。根据打丝窑料场土料试验成果可知，黏粒含量、有机质含量、水溶盐含量、pH值、击实（25击）后渗透系数、最大干密度等均能满足要求，仅塑性指数比规范要求（10～20）稍大（20.9），天然含水量与最优含水量相比稍大。

打丝窑土料场的储量计算，采用分区、平均厚度法，面积采用电子图求积获得。根据计算结果，探明有用层总储量可以满足施工要求。

施工期根据黏土料场实际状况和前期已进库黏土，发现黏土料场含石量较高，如果采用纯黏土，将会造成大量弃料，导致黏土严重缺乏，同时剔除砾石也十分困难，但如果采用过多的砾石，将会导致黏土质量特别是渗透系数不能满足设计要求，为提高料场渗透率，针对黏土铺盖含石量及密度分为四类，对已碾压料进行密度、颗分、现场原位渗透试验（见承包商现场试验结果），对料场前期弃料、预弃料、混合料按现场实测密度装样，进行室内渗透变形试验，试验结果渗透系数满足要求见表5.2－1。

5.2.3　黏土铺盖设计

国内采用单独水平铺盖防渗多与垂直防渗系统联合使用，且以垂直防渗为主、水平防渗为辅，水平铺盖的长度、厚度应根据水头、透水层厚度以及铺盖和坝基土的渗透系数计算确定。

宝泉上水库全库底设黏土水平铺盖，不设垂直防渗，铺盖厚度t根据下式计算：

式中　Δh——铺盖任意点的水头差值，m；

in——铺盖允许水力坡降。

上水库正常蓄水位789.60m，黏土顶高程749.70m，黏土承受水头为：Δh＝（789.60－749.70）m＝39.9m。根据上水库黏土铺盖实际工作状态，铺盖允许水力坡降参照SL 274—2001第5.5.2条“土质防渗体断面应满足渗透比降、下游浸润线和渗透流量的要求。……斜墙不宜小于水头的1/5，心墙不宜小于水头的1/4”。和第6.2.8条“……混凝土防渗墙顶应做成光滑的楔形，插入土质防渗体高度宜为1/10坝高……”，取in＝10。计算得t≥3.99m，设计选取黏土铺盖厚4.50m，压实度不小于98%，渗透系数不大于10－6cm/s，全库盆黏土填筑量约为65万m3。

黏土铺盖沿库周宽约20m范围设贴坡，黏土顶高程由749.70m升高至752.70m，坡比1：5.0，顶宽3.0m，以延长黏土与沥青混凝土面板的接触渗径；黏土与沥青混凝土面板接触段设厚0.5m高塑性黏土，利用黏土的高塑性适应变形，防止黏土开裂渗水。

黏土底部设两道反滤，一道过渡层，两道反滤厚1.0m，过渡层厚1.0m，颗分曲线和压实标准同大坝过渡料。

黏土施工结束到来年水库蓄水要经过一个冬季，同时为避免施工期运输机械对已铺筑黏土造成破坏，黏土铺盖上部设厚0.3m保护层，保护层利用现场料场（含库区）等开挖弃料；若采用土夹石弃料，控制含石最大粒径不大于15cm，压实度按95%控制，含水率控制在最优含水率；若采用龟山等料场碎石弃料，控制最大粒径不大于15cm，干密度不小于2.1t/m3，宜优先考虑龟山料场弃料。

5.2.4　填筑控制标准

由于打丝窑料场黏土存在较多的砾石，如果采用纯黏土，将会造成大量弃料，导致黏土严重缺乏，同时剔除砾石也十分困难，但如果采用过多的砾石，将会导致黏土质量特别是渗透系数不能满足设计要求，根据料场的特性和黏土铺盖结构设计，结合对上水库黏土铺盖的原位渗透试验，将黏土铺盖（厚4.5m）划分为三个区域。

Ⅰ区：黏土与沥青混凝土面板接触带全断面厚0.5m高塑性黏土。

Ⅱ区：高程745.20（进出水口741.00）～748.20m（进出水口746.20m）黏土。

Ⅲ区：高程748.20（进出水口746.20）～749.70m（进出水口747.70m）黏土。

各区设计指标要求如下：

Ⅰ区：

（1）黏土含水量高于最优含水量宜为1%～3%，压实度宜为90%～95%左右。

（2）黏土不宜含砾，若含砾要求最大砾径小于50mm，5～50mm含量小于20%，要求现场施工时砾石不得集中，不得靠近沥青混凝土（混凝土）接触面。

（3）黏土与其他建筑物接触面间填筑前应洒水湿润并涂刷泥浆。

Ⅱ区：

压实度不小于98%，最优含水率按20.8%控制，允许偏差－2%～3%。

（1）黏土最大砾径小于50mm，5～50mm含量小于20%，同时控制黏土中砾石分布均匀，不得集中。

（2）不含砾黏土最大干密度按1.66t/m3控制，含砾黏土最大干密度根据含石量参照《土工试验规程》（SL 237—1999）中相关公式加以调整：

式中：ρdmax＝1.66g/cm3，Gs2＝2.65t/m3，ρw＝1.0g/cm3。

（3）现场碾压参数：凸块碾动压8遍，并根据满足设计指标的现场碾压试验结果确定的参数执行。

Ⅲ区：

（1）固定压实度，浮动干容重，碾压后压实度要求不小于98%。

（2）黏土最大砾径小于150mm，5～150mm含量小于30%，要求砾石不得集中。黏土Ⅰ区、Ⅱ区干密度1.66～1.79t/m3，Ⅲ区干密度1.66～1.87t/m3。

5.2.5　现场检验标准

根据黏土铺盖设计和填筑控制标准，现场检测以压实度控制，补充含石量（含粒径）检测、渗透试验检测，渗透系数不大于10－6cm/s，检测标准和频度如下。

（1）压实度控制：除高塑性黏土其他黏土压实度按不小于98%控制，检测频度满足施工规范要求。

（2）原位渗透试验：采用试坑注水法（双环法），每连续铺筑3～5层检测1次，每10000m2检测1个点，检测点数总量控制在20～25个，其中黏土接头处不少于6个点，试验方法参照《土工试验规程》（SL 237—1999），要求渗透系数不大于10－6cm/s。

（3）室内渗透试验：现场取样做室内渗透试验（为原位试验做对比），每连续铺筑3～5层检测1次，每20000m2取1个试样，最后控制试样8～10个点，其中黏土接头处试样不少于2个点，试验方法参照《土工试验规程》（SL 237—1999），要求渗透系数不大于10－6cm/s。

（4）含石量及粒径检测：一般可采用目估和现场挖坑检测相结合的办法控制，现场挖坑直径0.8m，深度根据含石量大小情况调整，至少不得小于一层铺筑厚度，每5000m2检测1个点，检测黏土中5mm以上含石量及粒径情况，试验方法参照《土工试验规程》（SL 237—1999），设计要求见上节。

（5）压实度检测补充要求：高程748.20m以上黏土铺盖原位干密度宜采用挖坑法（灌砂或灌水）检测，挖坑直径、深度根据含石量及粒径大小情况调整，挖坑试样也可结合室内渗透试验试样进行，其要求及检测方法参照《土工试验规程》（SL 237－1999），检测频率同原要求不变。