水洞溝水庫工程壩基褥墊反濾層設計

李 輝

(寧夏水利水電勘測設計研究院有限公司 銀川 750001)

1 水洞溝水庫工程簡介

上海廟、紅墩子能源化工基地供水水源工程水洞溝水庫的主要任務是滿足能源化工基地工業(yè)項目的生產(chǎn)用水要求,為能源化工基地的建設和發(fā)展提供水資源保障。上海廟和紅墩子工業(yè)園區(qū)供水規(guī)模:一期 (2015年)為15萬 m3/d,年總供水量0.55億m3;二期 (2020年)為:30萬m3/d,年總供水量1.1億m3。根據(jù) 《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2000),按供水對象的重要性劃分為 “重要”級,為Ⅱ等大 (2)型工程;主要建筑物按3級設計,相應的次要建筑物等級為4級,臨時工程為5級。

水庫設計蓄水位1180.0m,總庫容1200萬m3,淤積庫容萬590m3。壩址區(qū)河床寬約160m,高程1153.5～1157.0m,為卵石層或卵石夾層,滲透系數(shù)k=2.37×10-2cm/s,屬于強透水層;左岸山坡陡峭,大部分為第三系漸新統(tǒng)清水營組泥巖組成的岸坡,坡角40°～60°,陡者可達70°～80°;右岸地勢平緩,地層為水洞溝組沖積湖積層 (Q3sal+l)黃土狀低液限粘土組成的土質岸坡,坡角約20°～40°。

根據(jù)地形地質施工等條件 ,并經(jīng)綜合比較 ,壩體選用均質土壩,樞紐建筑物由擋水建筑物和供水 (放空)建筑物組成。壩軸線總長1230 m,壩頂高程1182.2m,頂寬8m,最大壩高28.7m。壩體內(nèi)埋設供水 (放空)管。

河床處由于地質為卵石層或卵石夾層,透水率高,做為壩體基礎,需要設置反濾層,對壩體進行保護。

填筑壩體的土料場位于壩址上、下游0.5km～2km左右范圍內(nèi) ,可就近開采。土料顆分曲線見圖1。

圖1 庫區(qū)土料場筑壩土料顆粒大小分配曲線

2 壩基褥墊反濾層設計計算

根據(jù) 《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL 274-2001)和水洞溝水庫工程料場特性指標,壩體與下游砂礫石壩基之間需設置反濾層,以保證壩體土不發(fā)生滲透變形和滲漏水通暢排出。反濾層設計計算的最關鍵部位為壩體與下游砂礫石壩基之間的反濾層 ,采用規(guī)范中介紹的謝拉德1989方法。

(1)反濾層應滿足濾土要求

土料小于 0.075mm顆粒含量為45%,因此,土料類別為2類 (砂、粉土、粉土質砂、粘土質砂)反濾層D15≤0.7mm.

式中:D15-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的15%.

(2)反濾層應滿足排水要求

最小D15≥4d15=4×0.04=0.16mm

d15-被保護土的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的15%;d15=0.04mm.

因此,設計取最大D15=0.7 mm,最小D15=0.16mm,且最大 D15與最小 D15比值為4.38,小于5.0,可避免反濾料出現(xiàn)間斷級配。

(3)其他要求

防止采用間斷級配的反濾料:設計反濾料應滿足過篩率為60%粒料中任一粒徑的最大值與最小值的比率不大于5。反濾料級配范圍:不均勻系數(shù)小于等于6。

主要計算內(nèi)容如下:

最大 D10=最大D15/1.2=0.7/1.2=0.58mm;

最大D60=最大D10×6=0.58×6=3.48mm;

最小D60=最大D60/5=3.48/5=0.7mm;

最大粒徑D100＜75 mm;

最小粒徑D5=0.075 mm;

最小D10=最小D15/1.2=0.16/1.2=0.13mm;

最大D90=20 mm;

式中:D5-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的5%;

D10-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的10%;

D60-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的60%;

D90-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的90%;

D100-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的100%.

(4)根據(jù)上述成果繪制反濾料級配設計包絡圖,見圖2。

圖2 第一層反慮料設計級配包絡線

(5)與現(xiàn)場反濾料料場進行符合

圖3 反濾料場西骨料顆粒大小分配曲線

工程反濾料料場的第一層反濾料顆分曲線見圖3。根據(jù)符合,現(xiàn)場料場顆粒大小滿足設計上、下包絡線,符合設計級配要求。

(6)第二層反濾設計

根據(jù)設計要求需要設置第二層反濾,因此,將第一層反濾料看做被保護土,同樣采用謝拉德1989方法進行計算。

3 結論

(1)土質卵礫石壩基透水層之間的反濾設計要求保證防滲土體不發(fā)生滲透變形和滲漏水通暢排出,是壩體結構設計的一個重要環(huán)節(jié)。

(2)反濾層設計不僅應滿足濾水、排水要求 ,其自身還應滿足級配連續(xù)均勻的要求。

(3)反濾層的設計除應滿足規(guī)范要求外 ,其厚度應綜合施工的可能性等因素的影響 ,保證工程質量。

1 SL274-2001碾壓式土石壩設計規(guī)范.北京:中國水利水電出版社.2002.

2 王柏樂.中國當代土石壩工程.北京:中國水利水電出版社.2004.

3 林昭.碾壓式土石壩設計.鄭州:黃河水利出版社.2003.

4 郎小燕.合溪水庫工程粘土心墻反濾層設計.浙江水利水電?？茖W校學報.2007.