土料防渗配合比设计方法

良好的土料防渗层，应具备三个条件：一是土料颗粒级配良好；二是石灰与土粒能很好地胶凝固结；三是防渗层密实稳定。但实际上，现场取用的天然土料多是以团粒结构的形式存在，其最佳配合比很难按照理论的级配来决定，只能按最大密实度来优化设计。

（一）土料防渗配合比设计试验步骤和要求

（1）根据选定的素土、石灰、砂石料等，作素土料和不同配合比下的粘砂混合土、灰土、三合土和四合土等混合土料的试验，确定素土料和不同配合比下各种混合土料的最大干密度和最优含水量。

（2）按素土料和不同配合比的粘砂混合土、灰土、三合土、四合土等混合土料的最大干密度和最优含水量制备试样，进行强度和渗透试验。

（3）根据试验结果，选用强度最高及渗透系数最小的各种土粒的配合比作为设计配合比。

（4）对于素土和粘砂混合土，在按上述步骤选定了配合比以后，还要进行泡水试验。如果发现试件崩解，或呈浑浊液时，应改换素土或重新调整其配合比。

（二）土料防渗配合比的设计方法

小型工程或无条件进行试验时，土料防渗的配合比可按如下方法设计。

1.土料防渗的最优含水量的确定

土料防渗中的水分，不单参与其水化反应，而且在夯（压）实中起粘合和润滑的作用，它是土料防渗中控制防渗层密实度的主要指标。只有当含水量接近土的最优含水量时，才能以较小的压实功能获得密实度较大的土。所以确定土的最优含水量对土料防渗的质量好坏关系重大。一般地说，最优含水量的规律：细颗粒占总颗粒百分数大的比百分数小的最优含水量大；在灰土和三合土中，石灰含量大的比含量小的最优含水量大。所以在经验范围内，可根据以上规律进行选取。

（1）素土和粘砂混合土的最优含水量参照表4-11选用，或控制塑限含水量在±4%范围内。膨润土混合土的最优含水量一般接近塑限的上限值。当采用低液限粘质土作基料时，一般最优含水量可采用23%～27%。

（2）灰土的最优含水量可以采用20%～30%

表4-11　不同土质的最优含水量

注　土质轻的选用小值，土质重的选用大值。

（3）三合土、四合土的最优含水量可以采用15%～20%。

2.素土的干密度和渗透系数的选定

图4-4　土料干密度与渗透系数关系曲线

在素土最优含水量选定以后，主要是选定素土的干密度与渗透系数问题。图4-4和式（4-2）、式（4-3）是黄土及灰土干密度与渗透系数的关系图和关系式，表4-12介绍了黄土及灰土的夯实干密度与渗透系数的试验资料，可供设计时参考。

表4-12　夯实黄土、灰土的渗透系数

黄土夯实(https://www.xing528.com)

灰土（1∶3）夯实

式中：K1为防渗层的渗透系数，cm/s；ρ为防渗层的干密度，t/m3。

3.粘沙混合土配合比的确定

当采用高液限粘质土作粘砂混合土防渗时，高液限粘质土与砂石总重之比宜为1∶1。据河北省房涞涿灌区对粘砂混合土的测试结果，当红粘土为60%、砂为40%时，干密度为1.66t/m3，渗透系数为1.06×10-8cm/s。

4.灰土配合比的确定

灰土的强度主要与灰土中加入石灰的多少，以及灰土中因加入石灰而生成的碳酸钙的含量多少直接相关。亦即灰土中碳酸钙的含量越多，强度越高。各地试验资料表明，灰土随着养护龄期的延长，其强度相应增高；在空气中养护的强度高于部分空气中养护部分浸水养护的强度。相同条件下，灰土配合比大的强度高，抗冲刷能力强，抗冻性较高；干密度大时，渗透系数小。

灰土的配合比还应视石灰的质量、土的性质及工程要求的不同而定。一般可以采用石灰∶土=1∶3～1∶9。表4-13为各地采用的灰土配合比，供设计时参考。石灰用量应根据石灰储放期的长短适当增减，其变动范围可控制在±10%以内。

表4-13　各地采用的灰土配合比

5.三合土配合比的选用

三合土的配合比一般可采用石灰：土砂总重=1∶4～1∶9。其中，土重一般为土砂总重的30%～60%；高液限粘质土，土重不宜超过土砂总重的50%。因为纯粘土的含量不宜过高，否则会加大灰土的干缩变形值。这时，较多的未与石灰起水化反应的粘粒，将影响灰土的强度。另外，粘粒含量过高，土料容易成团，与石灰的拌制也不容易均匀。根据湖南韶山灌区的经验，一般纯粘土与纯砂的比例以4.5∶5.5为好。但由于所用的土中一般含有部分砂料，所以在配合比设计中考虑土与砂的比例时，要将土中的这部分砂估算出，并计入砂所占的份额中。表4-14为各地采用的三合土配合比，供设计中参考。

表4-14　各地采用的三合土配合比

①　贝灰三合土。

6.四合土配合比的确定

四合土的配合比设计一般是在三合土配合比设计的基础上，再掺加25%～35%的卵石或碎石而成。

（三）土料防渗层厚度选用

中、小型渠道土料防渗工程或无条件进行试验时，土料防渗层的厚度可按表4-15选用。

表4-15　土料防渗层的厚度