文得根水利樞紐粘土心墻壩反濾層設計及優(yōu)化

馬 紀，寧衛(wèi)琦

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春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、副壩及魚道等組成。粘土心墻砂礫石壩布置在主河床處，壩頂全長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敞式溢洪道，布置在右岸岸坡。

前期初設階段共詳查了5 個土料場，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，最后綜合土料有機物含量、含水率、黏粒含量等技術指標，最終確定巴彥烏蘭土料場為主要的粘土料場。

巴彥烏蘭土料場位于上壩址上游左岸山坡上，至上壩址直線距離約6 km，有公路可達上壩址，交通較便利。巴彥烏蘭土料場長約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 初步設計階段反濾層設計

根據(jù)SL274-2001《碾壓式土石壩設計規(guī)范》附錄B.0.5規(guī)定，被保護土為粘性土反濾層設計方法的步驟，結合B1砂礫石料場、巴彥烏蘭粘土料場各土體的顆分曲線，在粘土心墻上、下游側(cè)各設一層反濾層，水平厚度均為3.0 m，進行反濾層設計計算。

文中dx代表小于x%含量的被保護土粒徑值，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配曲線，巴彥烏蘭土料場的土料顆分試驗成果見表1。

表1 巴彥烏蘭土料場土料顆粒分析試驗成果表

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

2）以粒徑0.075 mm 以下含量的百分數(shù)為標準，確定被保護土的分類，工程中被保護土為細粉土和黏土。

3）為滿足濾土要求，按式（1）確定反濾層的容許粒徑D15max：

4）為滿足排水要求，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)整反濾層的設計粒徑范圍，使反濾料上下包線不均勻系數(shù)不大于6，按Cu 取6 進行計算，計算過程：

7）根據(jù)最大最小粒徑準則，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，查表結果：

9）對計算的控制點進行連線后得到反濾層級配曲線，級配曲線見圖1。

圖1 反濾層級配曲線

3 技施階段反濾層優(yōu)化設計

初設階段反濾層設計雖然滿足《碾壓式土石壩設計規(guī)范》中關于反濾層的設計要求，但是反濾層顆粒級配范圍較廣，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)場實際情況，反濾料制備需要采用天然砂礫石和人工制砂進行摻配，來達到滿足設計要求的級配曲線。而施工過程中很容易造成摻配不均勻而影響反濾層的實際效果。

技施施工前，對反濾層設計進行了優(yōu)化，將原來的單層反濾調(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 第一層反濾層設計

總體設計方法同上面設計方法相同，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 第二層反濾層設計

根據(jù)第一層反濾層級配曲線，從上包線（細限）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)保護無粘性土的保土準則和透水準則，分別進行計算：

1）保土準則

2）透水準則

根據(jù)兩大準則計算后可知D15max=5d85=6.000 mm，D15min=5d15=2.500 mm，同時應滿足不均勻系數(shù)Cu在5～8 之間，最后得到的第二層反濾料級配曲線見圖2。

圖2 雙層反濾級配曲線

4 結 語

反濾層設計是文得根水利樞紐粘土心墻砂礫石壩大壩分區(qū)設計中重要的一項工作，對于大壩的安全有著重要的影響，一定要認真對待。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》中的設計方法進行計算后，一定要結合現(xiàn)場實際情況，考慮施工中可能發(fā)生的不利因素，綜合進行設計，以保證大壩的安全。