二甲溝水庫粘土心墻壩反濾料設(shè)計(jì)

賀佳巖　李俊

摘 要：通河縣二甲溝水庫攔河壩采用粘土心墻土石壩，根據(jù)工程實(shí)際情況，文章針對二甲溝水庫粘土心墻壩反濾料進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)土料的顆分曲線，對反濾料天然級配按濾土及排水要求進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，以驗(yàn)算天然級配是否滿足要求。

關(guān)鍵詞：二甲溝水庫；粘土心墻壩；反濾料

1 工程概況

二甲溝水庫行政區(qū)劃屬于黑龍江省哈爾濱市通河縣，松花江左岸一級支流富拉渾河干流中游，位于富林鄉(xiāng)駐地以北6.50km，至哈肇公路6.50km，距通河縣城西北23km。通河縣二甲溝水庫工程是一座以農(nóng)田灌溉為主，兼顧水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用的中型水利樞紐工程。二甲溝水庫建成后，通過跨流域引水可滿足水庫下游19.63萬畝農(nóng)田的補(bǔ)償灌溉要求，在保證現(xiàn)狀4.05萬畝水田灌溉用水要求的情況下，可以擴(kuò)大水田灌溉面積，使現(xiàn)有水田灌區(qū)達(dá)到設(shè)計(jì)灌溉面積13.47萬畝，二甲溝水庫主要建筑物為三等三級工程，按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，2000年一遇洪水校核。正常蓄水位148.30m，相應(yīng)庫容5651×104m3；死水位134.50m，相應(yīng)庫容306.6×104m3；汛前限制水位146.20m，重復(fù)庫容1560×104m3；設(shè)計(jì)洪水位148.31m，相應(yīng)庫容5657×104m3；水庫校核洪水位149.80m，總庫容7016×104m3。

二甲溝水庫樞紐工程主要由粘土心墻土石壩、溢洪道、灌溉洞組成，溢洪道為開敞式鞍部溢洪道，布置在右岸鞍部，溢洪道軸線距右壩端約220m，閘室兩側(cè)與山體相連。攔河壩采用粘土心墻土石壩，壩頂高程為150.40m，壩頂長度425m，壩頂寬度6.0m，最大壩高24.80m。上游壩坡邊坡為1：2.5；下游壩坡在138.40m高程處，設(shè)一條2.00m寬馬道，下邊坡為1：2.25；下游壩腳在高程127.56m設(shè)排水棱體，防滲體采用粘土心墻，心墻頂部與防浪墻底部相連接，心墻頂高程148.40m，頂寬3.0m，上下游坡比均為1：0.25，兩側(cè)設(shè)砂厚1.5m及砂礫石厚1.5m反濾層。

根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)及土料分區(qū)，粘土心墻的上下游側(cè)及粘土心墻下游側(cè)與排水棱體間沿壩基設(shè)置反濾過渡層與心墻下游側(cè)反濾過渡層相接。根據(jù)《黑龍江省通河縣二甲溝水庫工程地質(zhì)勘察報(bào)告》（初步設(shè)計(jì)階段），各分區(qū)土料的顆分曲線見圖1，顆分特性見表1。

表1 土料的顆分特性

圖1 顆分曲線圖

2 反濾料設(shè)計(jì)

2.1 粘土心墻反濾設(shè)計(jì)

第一層反濾（被保護(hù)土為粘性土）：

粘土心墻用粘土采用右岸近壩粘土料場料，根據(jù)土工試驗(yàn)成果，該土料小于0.075mm顆粒含量為89%，大于85%，故第一層反濾按下式確定：

濾土要求：D15≤9d85

排水要求：D15≥4d15

式中：D15-反濾料的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的15%；d15-被保護(hù)土的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的15%；d85-被保護(hù)土的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的85%。

因粘土料d85=0.055mm，d15小于0.005mm。

砂礫料料場砂礫石D15=0.46mm，第一層反濾料要求滿足0.02mm≤D15≤0.675mm，Cu=5.8滿足第一層反濾料要求。

驗(yàn)算第一層反濾料同壩殼透水料的關(guān)系：

D15 / d85=3.25/5=0.65≤4～5

D15 / d15=3.25/0.46=7.07≥5

根據(jù)計(jì)算可不設(shè)第二層反濾層。為安全起見，粘土心墻上游側(cè)設(shè)1m厚砂礫石和1m厚10～20mm碎石反濾層，下游側(cè)設(shè)有1m厚砂礫石和1.5m厚碎石反濾過渡層，其后填筑壩殼透水料。

2.2 壩基反濾設(shè)計(jì)

根據(jù)壩基土土工試驗(yàn)成果，壩基低液限粉土土料小于0.075mm顆粒含量大于85%，第一層反濾按下式確定：

濾土要求：D15≤9d85

排水要求：D15≥4d15

式中：D15-反濾料的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的15%；d15-被保護(hù)土的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的15%；d85-被保護(hù)土的粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的85%。

因粘土料d85=0.053mm，d15小于0.005mm。

砂礫料料場砂礫石D15=0.46mm，第一層反濾料要求滿足0.02mm≤D15≤0.675mm，Cu=5.8滿足第一層反濾料要求。

驗(yàn)算第一層反濾料同壩殼透水料的關(guān)系：

D15 / d85=3.25/5=0.65≤4～5

D15 / d15=3.25/0.46=7.07≥5

根據(jù)計(jì)算可不設(shè)第二層反濾層。為安全起見，壩基設(shè)1m厚砂礫石和1.5m厚10～20mm碎石反濾過渡層，以上填筑壩殼透水料。

反濾料、過渡層及排水體料要求連續(xù)級配，最大粒徑<30cm，小于5mm粒徑含量不小于20%，0.075mm的粒徑含量不大于5%。

3 結(jié)束語

（1）二甲溝水庫選定的壩址地形開闊，河谷寬高比達(dá)16.0，不具備修建拱壩的條件。壩址表層級配良好細(xì)礫等覆蓋層最深處厚度達(dá)20m，若修建重力壩，基礎(chǔ)挖深增加很多，造成重力壩方案整體工程量及投資太大，不宜采用。由于當(dāng)?shù)厣笆霞帮L(fēng)化料比較豐富，根據(jù)此種情況結(jié)合地形、地質(zhì)條件，基本壩型首選當(dāng)?shù)夭牧蠅渭赐潦瘔危?jīng)方案比較選用粘土心墻防滲型式進(jìn)行。（2）根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，土質(zhì)防滲體（包括心墻、斜墻、鋪蓋和截水槽等）于壩殼和壩基透水層之間以及下游滲流出逸處，如不滿足要求均必須設(shè)置反濾層。反濾料必須滿足反濾、排水要求，反濾料本身需滿足級配連續(xù)要求，設(shè)計(jì)需對反濾料天然級配按濾土及排水要求進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，以驗(yàn)算天然級配是否滿足要求，必要時(shí)可進(jìn)行人工篩分以滿足反濾料要求。（3）本工程經(jīng)復(fù)核計(jì)算，料場天然砂礫料滿足心墻及壩基反濾料要求，反濾料厚度要同時(shí)滿足施工的可行性要求，以保證工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

[2]劉杰.土的滲流穩(wěn)定與滲流控制[M].北京：中國水利水電出版社，1992.

[3]黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.通河縣二甲溝水庫工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].哈爾濱，2014.

作者簡介：賀佳巖（1982-），男，黑龍江省齊齊哈爾市，工程師。

李俊（1979-），男，河南省洛陽市，副高級工程師。