濕式貯灰場灰壩與土石壩設計異同點分析

孫冠華

(國核電力規(guī)劃設計研究院，北京 100095)

以燃煤為主的火力發(fā)電廠(以下簡稱電廠)會排放大量的粉煤灰、石膏等固體廢棄物，因此在電廠設計中，必須考慮設置灰場，根據(jù)貯灰方式的不同，灰場又分為干貯灰場和濕式貯灰場。

對于濕式貯灰場的灰壩，其結構形式通常采用土石壩，由于土石壩在水利行業(yè)已經得到廣泛的應用以及深入的研究，設計較為成熟，因此在灰壩設計中，很多地方可以借鑒土石壩的設計;但由于灰場的使用特點，灰壩僅要求不透灰，但在環(huán)保條件許可的情況下允許透水，而土石壩則要求完全不透水［1］，所以濕式貯灰壩設計與土石壩設計又存在很多不同點。下面就濕式貯灰場灰壩與土石壩在設計中的主要異同點進行分析。

1 等級劃分

灰壩的等級劃分及設計標準應該按照灰場總容積及最終壩高確定的，具體見表 1［2］。

土石壩的等級劃分原則如下:首先確定土石壩所在水利水電工程的等別，水利水電工程的等別應根據(jù)工程規(guī)模、效益及在國民經濟中的重要性來確定，可以分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ等;其次根據(jù)土石壩本身的重要性(主要建筑物或次要建筑物)以及土石壩所屬水利水電工程的等別，土石壩可分為 1，2，3，4，5 級［3］。

由此可知灰壩的等級劃分與土石壩的等級劃分原則是不同的。

表1 灰壩等級劃分表

2 壩型選擇

根據(jù)土料在壩體中的位置及防滲體的位置，土石壩一般可在以下3種基本壩型中選擇:1)均質壩;2)土質防滲體分區(qū)壩;3)非土質材料防滲體分區(qū)壩［4］。各壩型的特點如下:1)均質壩，壩體基本由透水性小的土料填筑而成，不需要設置專門的防滲設施;2)土質防滲體分區(qū)壩，由土質防滲體和若干種透水性不同的土石料分區(qū)填筑而成;3)非土質材料防滲體分區(qū)壩，防滲體由混凝土、瀝青混凝土或土工膜(含復合土工膜)等組成，其余部分由土石料構成［4，5］。對于上述各種壩型，總的原則是一致的，即采用各種方法保證土石壩不透水，只不過是具體采用的防滲措施不一樣。灰壩一般也采用均質壩或分區(qū)壩，但根據(jù)灰壩設計的發(fā)展過程以及環(huán)境保護的要求，灰壩在各階段采用以下幾種壩型:1)不透水壩，采用黏性土料填筑，壩后設堆石排水棱體，壩體透水性很差，浸潤線高，壩前灰渣沉積層一般處于飽和松軟狀態(tài)，后期子壩加高難度大，為我國第一代灰壩壩型，現(xiàn)在基本不采用該壩型;2)透水壩，采用透水性強的筑壩材料建成的均質壩，或者采用透水性不同的筑壩材料分區(qū)筑壩，但在上游設置排水棱體或貼坡排滲體，與壩底水平排水相連，該型壩為我國第二代灰壩壩型，目前采用得較為普遍;3)壩前設排滲體的不透水壩，當下游有嚴格的環(huán)保要求或者當?shù)赜胸S富的黏性土料時，可建造不透水壩，但在壩前設置排滲管，將灰水集中引入回收系統(tǒng)，為我國第三代灰壩壩型［6］。所以，在壩型選擇方面，由于使用目的的不同，兩者有較大的差別:土石壩的目的是擋水，為保證不透水，一般采用低透水性的均質壩，或者設置防滲體的分區(qū)壩;灰壩的目的是貯灰，為保證壩體的穩(wěn)定，要盡量降低壩體浸潤線，一般采用透水壩，或者壩前設排滲體的不透水壩。

3 筑壩材料

灰壩的筑壩材料選用應遵循以下原則:1)充分利用當?shù)夭牧希瑑?yōu)先在灰場內取料，少占或不占灰場外農田;2)結合筑壩材料開采、運輸、壓實和季節(jié)等施工條件，擇優(yōu)選取經濟合理的材料;3)滿足初期壩、后期子壩加高、排滲設施和環(huán)保措施等要求，并進行全面技術論證［6］。土石壩的筑壩材料選用應遵循以下原則:1)具有或經加工處理后與其使用目的相適應的工程性質，并具有長期穩(wěn)定性;2)就地、就近取材，少占或不占農田，并優(yōu)先考慮樞紐建筑物開挖料的利用;3)便于開采、運輸、壓實［4］。對比上述選材原則，灰壩的筑壩材料選用原則與土石壩的筑壩材料選用原則基本上是相同的，都是經濟可行、就地取材。

4 填筑標準

灰壩各種土石料的填筑標準如下:1)礫石土和黏性土的填筑標準應以設計填筑干密度為設計控制指標，設計填筑干密度應以最大密度乘以壓實度來確定，一、二級灰壩的壓實度不應低于0.96，三級灰壩的壓實度不應低于0.95;2)砂礫石和砂的填筑標準應以相對密實度為設計控制指標，砂礫石不應低于0.75，砂不應低于0.70;3)堆石料的填筑標準宜用孔隙率為設計控制標準，孔隙率不宜大于30%［6］。土石壩各種土石料的填筑標準如下:1)含礫和不含礫的黏性土的填筑標準應以壓實度和最優(yōu)含水率作為設計控制指標，1級、2級壩和高壩壓實度應為98%～100%，3級中、低壩及3級以下中壩壓實度應為96%～98%;2)砂礫石和砂的填筑標準應以相對密實度為設計控制指標，砂礫石不應低于0.75，砂不應低于0.70;3)堆石料的填筑標準宜用孔隙率為設計控制標準，孔隙率宜為20%～28%［4］。由上可知，兩者所采用的填筑標準體系是一致的，但相對來說，灰壩的填筑標準要稍低于土石壩的填筑標準，這與兩者工程規(guī)模以及重要性是一致的，因為灰壩的工程規(guī)模以及重要性一般要低于土石壩。

5 結語

由于灰壩實質上是一種比較特殊的土石壩，其筑壩材料的選用原則以及填筑標準體系與土石壩是一致的。因此，在進行灰壩設計時，可以借鑒土石壩很多成熟的設計經驗。

但由于使用目的不同，灰壩與土石壩的等級劃分標準不同，同時在壩型選擇方面存在著較大的差異:在環(huán)保要求允許的情況下，灰壩優(yōu)先選用透水壩，當下游有嚴格的環(huán)保要求或者當?shù)赜胸S富的黏性土料時，灰壩可選用壩前設排滲體的不透水壩;但土石壩在任何情況下都不允許透水。所以在進行灰壩設計時，也要注意到這些差異點，不能所有的設計都照搬土石壩的經驗。

［1］傅春林.關于灰壩設計標準引用問題的探討［J］.電力建設，1994(12):25-26.

［2］DL/T 5339-2006，火力發(fā)電廠水工設計規(guī)范［S］.

［3］SL 252-2000，水利水電工程等級劃分及洪水標準［S］.

［4］SL 274-2001，碾壓式土石壩設計規(guī)范［S］.

［5］陳勝宏.水工建筑物［M］.北京:水利水電出版社，2003:253-254.

［6］DL/T 5045-2006，火力發(fā)電廠灰渣筑壩設計規(guī)范［S］.