文得根水利樞紐粘土心墻壩反濾層設(shè)計(jì)及優(yōu)化

馬 紀(jì)，寧衛(wèi)琦

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021）

1 工程概況

文得根水利樞紐建筑物主要由粘土心墻砂礫石壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、岸坡溢洪道、副壩及魚(yú)道等組成。粘土心墻砂礫石壩布置在主河床處，壩頂全長(zhǎng)1 358 m，壩頂高程381.50 m，防浪墻頂高程382.70 m，壩頂寬8 m，最大壩高48 m。壩基防滲型式為混凝土防滲墻+帷幕灌漿。泄水建筑采用岸坡開(kāi)敞式溢洪道，布置在右岸岸坡。

前期初設(shè)階段共詳查了5 個(gè)土料場(chǎng)，分別為包爾胡舒、壩下緩坡、取水口附近、壩上緩坡和巴彥烏蘭土料場(chǎng)，最后綜合土料有機(jī)物含量、含水率、黏粒含量等技術(shù)指標(biāo)，最終確定巴彥烏蘭土料場(chǎng)為主要的粘土料場(chǎng)。

巴彥烏蘭土料場(chǎng)位于上壩址上游左岸山坡上，至上壩址直線距離約6 km，有公路可達(dá)上壩址，交通較便利。巴彥烏蘭土料場(chǎng)長(zhǎng)約800 m，寬120～350 m，面積約16.86×104m2，地形較平緩，由西北向東南方向傾斜，地面高程352～380 m。表部耕植厚度一般小于1.0 m，其下土料由粘土組成，底部為混合土碎石。有用層厚度一般2.5～5.0 m，最大厚度約8 m。

2 初步設(shè)計(jì)階段反濾層設(shè)計(jì)

根據(jù)SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄B.0.5規(guī)定，被保護(hù)土為粘性土反濾層設(shè)計(jì)方法的步驟，結(jié)合B1砂礫石料場(chǎng)、巴彥烏蘭粘土料場(chǎng)各土體的顆分曲線，在粘土心墻上、下游側(cè)各設(shè)一層反濾層，水平厚度均為3.0 m，進(jìn)行反濾層設(shè)計(jì)計(jì)算。

文中dx代表小于x%含量的被保護(hù)土粒徑值，Dx表示小于x%含量的反濾料粒徑值。

1）足夠的土樣繪制粘土的粒徑級(jí)配曲線，巴彥烏蘭土料場(chǎng)的土料顆分試驗(yàn)成果見(jiàn)表1。

表1 巴彥烏蘭土料場(chǎng)土料顆粒分析試驗(yàn)成果表

根據(jù)顆分成果繪制的級(jí)配曲線，確定被保護(hù)土的粒徑d15為0.003 mm，d85為0.070 mm。

2）以粒徑0.075 mm 以下含量的百分?jǐn)?shù)為標(biāo)準(zhǔn)，確定被保護(hù)土的分類(lèi)，工程中被保護(hù)土為細(xì)粉土和黏土。

3）為滿(mǎn)足濾土要求，按式（1）確定反濾層的容許粒徑D15max：

4）為滿(mǎn)足排水要求，按式（2）確定反濾層的容許粒徑D15min：

5）以粒徑D15min確定反濾范圍，須調(diào)整使粒徑D15max與D15min之比值不大于5。

6）調(diào)整反濾層的設(shè)計(jì)粒徑范圍，使反濾料上下包線不均勻系數(shù)不大于6，按Cu 取6 進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過(guò)程：

7）根據(jù)最大最小粒徑準(zhǔn)則，確定反濾的D15min和D100max粒徑。

8）為減少施工中的分離，用粒徑D15min/1.2 得到初始的粒徑D10min，并查表后確定粒徑D90max，查表結(jié)果：

9）對(duì)計(jì)算的控制點(diǎn)進(jìn)行連線后得到反濾層級(jí)配曲線，級(jí)配曲線見(jiàn)圖1。

圖1 反濾層級(jí)配曲線

3 技施階段反濾層優(yōu)化設(shè)計(jì)

初設(shè)階段反濾層設(shè)計(jì)雖然滿(mǎn)足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于反濾層的設(shè)計(jì)要求，但是反濾層顆粒級(jí)配范圍較廣，最大粒徑75.000 mm，小于0.075 mm 的粒徑占到5%。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，反濾料制備需要采用天然砂礫石和人工制砂進(jìn)行摻配，來(lái)達(dá)到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的級(jí)配曲線。而施工過(guò)程中很容易造成摻配不均勻而影響反濾層的實(shí)際效果。

技施施工前，對(duì)反濾層設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，將原來(lái)的單層反濾調(diào)整為雙層反濾，其中第一層反濾采用平均粒徑更小的砂反濾，總層厚不變，仍為3.0 m，每層反濾料厚1.5 m。

3.1 第一層反濾層設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)方法同上面設(shè)計(jì)方法相同，但由于第一層采用砂反濾，反濾層最大粒徑D100max調(diào)整為10.000 mm。

3.2 第二層反濾層設(shè)計(jì)

根據(jù)第一層反濾層級(jí)配曲線，從上包線（細(xì)限）中取粒徑d85為1.200 mm，從下包線（粗限）中取粒徑d15為0.500 mm，根據(jù)保護(hù)無(wú)粘性土的保土準(zhǔn)則和透水準(zhǔn)則，分別進(jìn)行計(jì)算：

1）保土準(zhǔn)則

2）透水準(zhǔn)則

根據(jù)兩大準(zhǔn)則計(jì)算后可知D15max=5d85=6.000 mm，D15min=5d15=2.500 mm，同時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足不均勻系數(shù)Cu在5～8 之間，最后得到的第二層反濾料級(jí)配曲線見(jiàn)圖2。

圖2 雙層反濾級(jí)配曲線

4 結(jié) 語(yǔ)

反濾層設(shè)計(jì)是文得根水利樞紐粘土心墻砂礫石壩大壩分區(qū)設(shè)計(jì)中重要的一項(xiàng)工作，對(duì)于大壩的安全有著重要的影響，一定要認(rèn)真對(duì)待。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算后，一定要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，考慮施工中可能發(fā)生的不利因素，綜合進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證大壩的安全。