施工過程中反濾料包絡(luò)曲線控制指標(biāo)的完善

摘 要：文章介紹了反濾料包絡(luò)曲線調(diào)整的依據(jù)、計算過程及在項目的應(yīng)用情況，并對其產(chǎn)生的效果、意義進(jìn)行了分析說明，為今后類似情況的施工，提供思路及參考借鑒。

關(guān)鍵詞：反濾料；包絡(luò)線；調(diào)整；依據(jù)；意義

1 前言

蘇丹上阿特巴拉水利樞紐工程主要由左右岸土堤、左岸土石壩、河床粘土心墻壩、溢流壩、灌溉取水口組成，樞紐總長6615.84m。河床粘土心墻壩及左右岸土堤的典型斷面如圖1和圖2所示。

圖1 河床粘土心墻壩斷面圖（單位：m）

1為防滲土料；2a、2b為堆石料；3a為反濾料；3b為排水料；4a為上游護(hù)坡料；4b為上游護(hù)坡過渡料；4c為下游護(hù)坡料；5為下游排水體料。

圖2 左、右岸土堤壩段斷面圖（單位：m）

2 反濾料的技術(shù)要求及料場原料的特性

2.1 原有反濾料包絡(luò)線的參數(shù)要求

反濾料包絡(luò)線控制參數(shù)如表1所示。

表1 原設(shè)計反濾料包絡(luò)線控制參數(shù)表

篩分粒徑/mm 0.075 0.2 0.5 1 2 5 10

包絡(luò)線 上線 3 15 50 80 100

下線 0 0 15 40 70 95 100

2.2 料場原料的特性

現(xiàn)場砂礫料場的原材料，0.6mm以下的顆粒含量約為30%～40%，0.6～10mm顆粒含量約為15%，10～20mm顆粒含量約為20%，20mm以上顆粒含量約為25%～35%。將天然毛料9.5mm以上顆粒剔除后，剩余料物的級配曲線如表2。

表2 料場原料顆粒級配曲線（剔除粒徑大于9.5mm）

篩分粒徑/mm

探坑編號 0.15 0.3 0.5 0.6 1 1.18 2 2.36 4.75 9.5

1# 0.0 19.9 50.4 69.3 74.8 77.3 81.0 82.7 88.9 100.0

2# 0.0 35.3 57.7 68.8 74.7 77.3 80.4 81.7 88.4 100.0

2.3 反濾料控制指標(biāo)和料場原料級配指標(biāo)的對比

原3a料包絡(luò)線控制指標(biāo)及料場毛料顆粒對比見圖3。由圖3可見料場毛料中0.6mm以下細(xì)料過多，若用原設(shè)計3a控制指標(biāo)來進(jìn)行生產(chǎn)控制，約有20%～40%的棄料，浪費很大，將造成料源不足，且為確保將細(xì)料充分洗除，系統(tǒng)生產(chǎn)能力大幅下降。

3 反濾料包絡(luò)線控制指標(biāo)調(diào)整

3.1 反濾料級配曲線調(diào)整依據(jù)

根據(jù)EM 1110-2-1901、美國壩體填筑材料標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計規(guī)范和太沙基濾料規(guī)則的設(shè)計原則，經(jīng)與監(jiān)理工程師研究決定，修改3a料的級配包絡(luò)線控制指標(biāo)。

3.2 反濾料級配曲線調(diào)整計算

3b料、3a料和1區(qū)料的關(guān)系如表1，3a料的級配包絡(luò)曲線可通過3b料的級配曲線確定，同時又可通過1區(qū)料的級配曲線論證。

表3 土堤和大壩中的反濾關(guān)系

壩型 反濾層/被保護(hù)土-1 反濾層/被保護(hù)土-2

土堤（15m

大壩 3a/1 3b/3a

根據(jù)EM 1110-2-1901設(shè)計規(guī)范和太沙基濾料規(guī)則的規(guī)定，3a料與保護(hù)性反濾料3b料的特征粒徑d15、d85及D15應(yīng)滿足下式的要求，同時兩者的不均勻系數(shù)η=d60/d10及D60/D10不大于5～8，級配曲線形狀最好相似。

Dc15/df85≤4 （1）

Df15/dc85≥4 （2）

上式，Dc15—3b料的粗料粒徑，小于該粒徑的料物占總重的15%；df85—3a料的細(xì)料粒徑，小于該粒徑的料物占總重的85%；Df15—3b料的細(xì)料粒徑，小于該粒徑的料物占總重的15%；dc85—3a料的粗料粒徑，小于該粒徑的料物占總重的15%。

為了滿足保護(hù)性反濾料和3a料的級配曲線相似，兩者的曲率系數(shù)Ce=d230/（d10×d60）與Ce=D230/（D10×D60）應(yīng)該一致。

上述公式1是為了保證被保護(hù)土不會向反濾層流失，公式2是為了保證反濾料的透水性。

保護(hù)性反濾料3b料的級配包絡(luò)線特征點見表4。

表4 3b料的級配包絡(luò)線特征點

特征點（mm）

D10 D15 D30 D60

細(xì)線

（f） 粗線

（c） 細(xì)線

（f） 粗線

（c） 細(xì)線

（f） 粗線

（c） 細(xì)線

（f） 粗線

（c）

4 2 5 2.5 6.5 5 10

為滿足式1的Dc15/df85≤4，則df85≥Dc15/4=5/4=1.25，取df85=1.25。

為滿足式2的Df15/dc85≥4，則dc85≤Df15/4=2/4=0.5，原設(shè)計級配給出的dc15=0.5，3a料0.5mm以下的級配包絡(luò)線不用調(diào)整，因此dc10=0.5。

3a料粗線的不均勻系數(shù)ηc2=dc60/dc10≤5～8，則dc60≤2～3.2，可取dc60=2.4。

參考美國壩體填筑料設(shè)計規(guī)范，過篩率60%以下的最大與最小粒徑之比不大于5，則df60=0.5，df15=0.5。

3a料細(xì)線的不均勻系數(shù)ηf2=df60/df10≤5～8，則df10≥0.06～0.1，原設(shè)計級配給出的df10=0.15，3a料0.15mm以下的級配包絡(luò)線不用調(diào)整，因此df10=0.15。

3b料粗線的曲率系數(shù)Ce=D230/（D10×D60）=6.52/（4×10）=1.05625，則3a料粗線的曲率系數(shù)也為1.05625，根據(jù)計算，3a料的dc30=1.0。

由于3a料粗線的曲率系數(shù)為1.05625，3a料細(xì)線的曲率系數(shù)也取1.05625，根據(jù)Ce=d230/（d10×d60）計算，3a料細(xì)線的df30==0.28。

根據(jù)以上計算，3a料細(xì)線的特征點df3=0.075，df10=0.15，df15=0.18，df30=0.28，df60=0.5，df85=1.25，df100=2；粗線特征點dc0=0.2，dc10=0.4，dc15=0.5，dc30=1.0，dc60=2.4，dc85=6，dc100=10。

3a料與1區(qū)料的級配關(guān)系

本工程1區(qū)料中小于0.075mm的顆粒含量為40%～85%，根據(jù)EM 1110-2-1901規(guī)范的規(guī)定，被保護(hù)土屬于2型，保護(hù)性反濾料3a料的d15≤0.7mm，修改后的級配曲線d15=0.18～0.5mm滿足規(guī)范的要求。

修改后的級配包絡(luò)線與原設(shè)計的3a料包絡(luò)線相比，修改前后的包絡(luò)線對比見表5，調(diào)整后包絡(luò)線與料場毛料對比見圖4。從圖4可知，將天然毛料中剔除0.15mm以下和9.5mm以上顆粒后剩余料物的級配曲線基本滿足修改后的3a料包絡(luò)線。

表5 3a料包絡(luò)線修改前后對比表

包絡(luò)線 項目 包絡(luò)線特征點/mm

d0 d10 d15 d30 d60 d85 d100

上包線 修改前 0.15 0.2 0.3 0.6 1.2 2

修改后 0.15 0.18 0.28 0.5 1.25 2

下包線 修改前 0.2 0.4 0.5 0.8 1.5 3.2 10

修改后 0.2 0.4 0.5 1.0 2.4 6 10

4 實際效果

經(jīng)項目部建議，監(jiān)理工程師批準(zhǔn)，在蘇丹上特巴拉項目生產(chǎn)過程對反濾的控制指標(biāo)進(jìn)行了調(diào)整。

調(diào)整的效果主要體現(xiàn)在兩個方面：（1）棄料量從原來毛料的30%左右降到10%以內(nèi)；（2）反濾料系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，由原來1.4萬m3/月，提高到2萬m3/月。

5 結(jié)論

土石壩作為當(dāng)?shù)夭牧蠅危┕み^程中將技術(shù)規(guī)范要求與當(dāng)?shù)夭牧系奶匦裕浞帧⒂袡C(jī)結(jié)合起來，將對提高施工效率、降低施工成本起到關(guān)鍵的作用。望本文能給類似工程的施工提供方案上的參考及思路上的借鑒。

作者簡介：李秋石（1975- ），河北撫寧人，主任工程師，高級工程師，本科，學(xué)士，從事水電施工技術(shù)工作。