談SL274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》存在的幾個問題

楊西林 張忠東

(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院 西安 710001）

1 引言

SL274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）自頒布以來，對指導(dǎo)工程設(shè)計及我國的土石壩建設(shè)起到了巨大的推動作用。通過對《規(guī)范》的不斷學(xué)習(xí)，筆者認為，《規(guī)范》在個別地方存在著銜接和不足之處，需要補充和完善。以利于更好的理解和執(zhí)行規(guī)范，提高設(shè)計水平。

2 總則及術(shù)語中存在的問題

2.1 壩高的計算規(guī)定存在不足

因壩高涉及到壩的級別、安全等一系列問題，故《規(guī)范》在總則1.0.3條中對于壩體高度的確定作出了明確的規(guī)定，即“土石壩的壩高應(yīng)從壩體防滲體（不含混凝土防滲墻、灌漿帷幕、截水槽等壩基防滲設(shè)施）底部或壩軸線部位的建基面算至壩頂（不含防浪墻）取其大者?！贝艘?guī)定對于規(guī)范壩高計算、確定壩高及壩的穩(wěn)定安全具有非常重要的作用。但是在實際的設(shè)計工作中，由于《規(guī)范》在“主要術(shù)語”中既未明確“截水槽”這一概念，又未在相關(guān)的條文說明進行注解，導(dǎo)致了壩高計算存在著不足之處。這一情況對于壩的高度處于分界點時尤為明顯。

例如，某水利樞紐屬于3等工程，擋水建筑采用土石壩，覆蓋層以上壩體填筑體的高度為60m，土石壩的壩基砂礫石深度14 m。按《規(guī)范》第6.2.6條，基礎(chǔ)處理可采用明挖回填黏土進行垂直防滲處理。當(dāng)采用黏土心墻壩的壩型時，筆者認為，按照《規(guī)范》對壩高的定義，這15m可作為截水槽，則壩高仍為60m。同時，也可作為防滲體將這 14m作為壩高的一部分，則壩高為74m。壩高為 60m，建筑物級別為 3級，若計入覆蓋層處理深度 14m，則壩的高度為 74米。此時大壩滿足建筑物提級要求可以提升為 2級建筑物。由于兩個級別建筑物的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)及壓實標準不同，在壩型比選中按抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)擬定壩型時，將影響其經(jīng)濟合理性的評價。鑒于此種情況，建議《規(guī)范》在術(shù)語中對“截水槽”的概念作出明晰的規(guī)定，明確截水槽內(nèi)涵涉及的范圍。

2.2 缺少 “大塊石”的定義

《規(guī)范》第 5.2.4條明確指出，“設(shè)計地震烈度為9度的地區(qū)，壩頂附近的上、下游壩坡宜上緩下陡，或采用加筋堆石、表面鋼筋網(wǎng)或大塊石堆筑等加固措施”。從《規(guī)范》使用看，因《規(guī)范》中未對“大塊石”的概念作出明晰的界定，未從級配、材質(zhì)、指標控制等方面提出具體要求，設(shè)計人員難以采用大塊石進行抗震設(shè)計。

從現(xiàn)行的標準看，SL25—2006《砌石壩設(shè)計規(guī)范》第3.1.1條，對砌石體石料的塊石提出明確規(guī)定，即“外形大致呈方形，上、下兩面基本平行且大致平整，無尖角、薄邊，塊厚宜大于20cm”，但無大塊石這一概念。從 GB/T50145—2007《土的工程分類標準》3.0.2條看，塊石的粒徑應(yīng)滿足大于200mm，但仍未對大塊石作出明確的定義。

若按照 SL25—2006和 GB/T50145—2007的內(nèi)涵理解，大塊石的粒徑應(yīng)滿足大于200mm。此時可能需要采用人工砌筑的方法進行施工，否則，因筑壩料缺少細粒及粗粒，塊石料將難以壓實。另一方面，即使采取人工砌筑進行施工，《規(guī)范》中未明確控制標準，且《規(guī)范》條文說明中亦未有相應(yīng)的工程實例可供設(shè)計人員進行參考。因此，建議《規(guī)范》中補充“大塊石”概念及相應(yīng)的設(shè)計控制標準。

3 筑壩材料選擇與填筑要求存在的問題

3.1 未明確級配曲線的確定原則

筑壩料的顆粒組成級配是粗粒土的重要指標之一，級配曲線是土石壩反濾設(shè)計和確定力學(xué)性質(zhì)指標的基本依據(jù)。依據(jù)SL251—2000《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》，地質(zhì)勘察單位在完成了相關(guān)試驗后，將提供不同勘探部位的級配曲線，同時可按不同的方法確定各料場的顆粒代表性級配曲線。代表性級配曲線選擇有包絡(luò)圖法、算術(shù)平均值法、百分率統(tǒng)計及以粗粒料（d＞5mm）含量分類統(tǒng)計法。不同選擇方法其級配曲線有一定的差異。

進行反濾層設(shè)計時，《規(guī)范》附錄 B反濾層設(shè)計，已明確了計算方法，但需要確定被保護土（d15和d85）與反濾料（D15）的控制粒徑。在被保護土為無黏性土?xí)r，采用包絡(luò)圖法繪制被保護土及反濾料顆粒級配曲線，可得到顆粒級配上包線、下包線及平均級配線。對于被保護土，在這三條線當(dāng)中相應(yīng)的d15和d85是不相同的。同時，反濾料三條級配線當(dāng)中 D15也是有很大的差異。采用三條不同的曲線的控制粒徑配對進行反濾層設(shè)計，計算結(jié)果大不相同，導(dǎo)致反濾層數(shù)增加或減少，形成安全余度過大或者存在安全隱患，不利于設(shè)計人員執(zhí)行《規(guī)范》要求。盡管《規(guī)范》的相關(guān)條文中針對建筑物級別及壩高同時提出了需要進行試驗論證確定反濾的要求。但有時受各方面因素的制約，較難進行相關(guān)的試驗，不利于工程建設(shè)。因此，建議《規(guī)范》中對反濾及強度指標試驗級配的采用做出較為明確的規(guī)定。

3.2 缺少堆石（拋石）護坡石料的設(shè)計控制指標

對于經(jīng)過整理的堆石（拋石）護坡，《規(guī)范》從質(zhì)量、粒徑及厚度方面提出了基本要求，但未明確填筑要求的控制標準，不利于設(shè)計控制及工程驗收。

3.3 缺少混合巨粒土的設(shè)計控制指標

《規(guī)范》中非防滲體的壩殼料設(shè)計控制指標分為相對密度和孔隙率兩大類確定。砂及砂礫石采用相對密度作為控制指標，堆石料采用孔隙率作為控制指標。按照GB/T50145—2007的規(guī)定，混合巨粒土中巨粒含量大于50%，屬于巨粒包砂礫。筆者認為其性質(zhì)類似于堆石，若采用相對密度作為設(shè)計控制指標，則孔隙率過大，存在著變形較大的問題；若采用較低的孔隙率作為設(shè)計控制指標，則相對密度較高。

由于《規(guī)范》未按GB/T50145—2007的要求，對混合巨粒土未提出設(shè)計控制指標，實際使用《規(guī)范》時可導(dǎo)致設(shè)計人員按單一指標進行控制，對工程安全造成隱患。有些工程則采用雙指標進行控制，如某工程，壩殼料屬于混合土卵石，若采用孔隙率≤21%時，其對應(yīng)的干密度ρd≥2.08g/cm3,相對密度 Dr=0.93?？紤]到該工程有抗震要求，設(shè)計最后采用孔隙率≤22%時，相對密度Dr＞0.8進行控制。

4 壩基處理

4.1 防滲墻設(shè)計原則性強，細化不足

對于混凝土防滲墻設(shè)計，《規(guī)范》中明確了防滲墻設(shè)計的基本原則，并在條文說明中從施工、允許滲透比降、溶蝕等方面，對防滲墻的厚度及伸入防滲體的長度作出了具體的說明，能夠指導(dǎo)設(shè)計人員進行防滲墻設(shè)計。另一方面，相關(guān)部門頒布的防滲墻施工技術(shù)規(guī)范是工程施工的技術(shù)依據(jù)，確保了防滲墻施工質(zhì)量及工程安全。

從具體設(shè)計看，在涉及到防滲墻的適應(yīng)范圍、墻體材料選擇、耐久性、墻體結(jié)構(gòu)受力分析要求等方面，《規(guī)范》仍然缺乏比較明晰的規(guī)定，防滲設(shè)計仍然以工程經(jīng)驗為主。近年來，我國水利工程多建設(shè)在高山峽谷中的深厚覆蓋層上，大多采用防滲墻作為垂直防滲形式，如下坂地、獅子坪、龍頭石、瀑布溝、瀘定水電站及西藏龐多等，其中西藏龐多水電站平均墻深達到 145.9m?；谀壳暗默F(xiàn)狀，建議通過總結(jié)現(xiàn)有工程經(jīng)驗，細化防滲墻設(shè)計或單獨制定防滲墻設(shè)計規(guī)范。會對進一步確保工程安全和經(jīng)濟合理具有重要的意義。

4.2 砂礫石灌漿帷幕缺少設(shè)計控制標準

對于土石壩的砂礫石壩基，《規(guī)范》中對可灌性、灌漿材料、帷幕厚度、灌漿孔排距確定及灌漿方法等方面提出了要求。但未明確砂礫石壩基設(shè)計控制標準，同時亦影響灌漿質(zhì)量的檢查和驗收。按照GB50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，巖土體的滲透分級采用滲透系數(shù)和透水率 2個標準。《規(guī)范》明確規(guī)定，巖石壩基采用透水率作為控制帷幕灌漿的控制標準?；谏鲜銮闆r，筆者認為，砂礫石灌漿帷幕宜采用滲透系數(shù)作為控制指標較妥，再根據(jù)控制指標明晰相應(yīng)的檢查方法。

4.3 基巖灌漿帷幕設(shè)計標準與滲流計算不協(xié)調(diào)

對于基巖灌漿帷幕，《規(guī)范》中明確指出，灌漿帷幕的設(shè)計標準應(yīng)按灌漿后的基巖透水率控制。但在壩的滲流計算中，需要明確灌漿后的基巖滲透系數(shù)及帷幕體厚度的參數(shù)，而《規(guī)范》中給出的是基巖透水率，未明確透水率轉(zhuǎn)化為滲透系數(shù)的確定原則及帷幕厚度的確定方法，兩者之間不協(xié)調(diào)。

另一方面，對于壩基防滲標準，《規(guī)范》按壩高作了明確的規(guī)定。筆者認為，防滲標準按照壩體高度劃分的原則是正確的，但對壩體基礎(chǔ)和兩壩肩應(yīng)給定不同的防滲標準，兩壩肩的防滲標準應(yīng)比壩基低一個檔次。當(dāng)然，兩壩肩標準的降低范圍、標準應(yīng)根據(jù)實際情況，通過綜合分析地形、地質(zhì)、滲流等情況后確定。是否對不同的部位降低標準，最好在初設(shè)批復(fù)中給予明確的指出。

5 壩的計算和分析

5.1 抗剪強度試驗組數(shù)的確定

對于筑壩料的測定、整理及應(yīng)用，《規(guī)范》中給出了明確的要求或原則。但對于筑壩料的試驗組數(shù)，特別是壩殼料，《規(guī)范》中未明確給出試驗組數(shù)要求或者最少組數(shù)要求，不利于設(shè)計人員下達試驗要求。

5.2 計算程序問題

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，采用計算機進行大壩設(shè)計計算得到了廣泛的應(yīng)用。有關(guān)大專院校和科研單位編制了不同模型的二維和三維應(yīng)用程序，解決了設(shè)計當(dāng)中各種難題，為工程設(shè)計提供了可靠的依據(jù)。為了使設(shè)計計算標準化、規(guī)范化，考慮到目前工程建設(shè)的發(fā)展狀況，可通過總結(jié)已建工程設(shè)計、計算經(jīng)驗，按照工程等級及壩高，在《規(guī)范》中推薦若干成熟、適用的計算程序，供設(shè)計人員使用。

6 結(jié)語

當(dāng)前，我國水利事業(yè)正處于蓬勃發(fā)展階段，為了適應(yīng)土石壩設(shè)計、建設(shè)的需要，對現(xiàn)行的《規(guī)范》建議如下：

（1）修訂或補充完善《規(guī)范》，明確“截水槽”及“大塊石”等相關(guān)術(shù)語，并對大塊石筑壩提出相應(yīng)的設(shè)計指標。

（2）細化混凝土防滲墻設(shè)計，明確砂礫石灌漿帷幕設(shè)計標準及質(zhì)量檢查方法，或者單獨制定防滲墻設(shè)計及砂礫石帷幕灌漿設(shè)計的技術(shù)規(guī)范。

（3）制定混合巨粒土的設(shè)計控制指標。

（4）推薦土石壩設(shè)計相關(guān)計算的應(yīng)用程序。