水洞沟水库工程坝基褥垫反滤层设计

李 辉

(宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司 银川 750001)

1 水洞沟水库工程简介

上海庙、红墩子能源化工基地供水水源工程水洞沟水库的主要任务是满足能源化工基地工业项目的生产用水要求,为能源化工基地的建设和发展提供水资源保障。上海庙和红墩子工业园区供水规模:一期 (2015年)为15万 m3/d,年总供水量0.55亿m3;二期 (2020年)为:30万m3/d,年总供水量1.1亿m3。根据 《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000),按供水对象的重要性划分为 “重要”级,为Ⅱ等大 (2)型工程;主要建筑物按3级设计,相应的次要建筑物等级为4级,临时工程为5级。

水库设计蓄水位1180.0m,总库容1200万m3,淤积库容万590m3。坝址区河床宽约160m,高程1153.5～1157.0m,为卵石层或卵石夹层,渗透系数k=2.37×10-2cm/s,属于强透水层;左岸山坡陡峭,大部分为第三系渐新统清水营组泥岩组成的岸坡,坡角40°～60°,陡者可达70°～80°;右岸地势平缓,地层为水洞沟组冲积湖积层 (Q3sal+l)黄土状低液限粘土组成的土质岸坡,坡角约20°～40°。

根据地形地质施工等条件 ,并经综合比较 ,坝体选用均质土坝,枢纽建筑物由挡水建筑物和供水 (放空)建筑物组成。坝轴线总长1230 m,坝顶高程1182.2m,顶宽8m,最大坝高28.7m。坝体内埋设供水 (放空)管。

河床处由于地质为卵石层或卵石夹层,透水率高,做为坝体基础,需要设置反滤层,对坝体进行保护。

填筑坝体的土料场位于坝址上、下游0.5km～2km左右范围内 ,可就近开采。土料颗分曲线见图1。

图1 库区土料场筑坝土料颗粒大小分配曲线

2 坝基褥垫反滤层设计计算

根据 《碾压式土石坝设计规范》(SL 274-2001)和水洞沟水库工程料场特性指标,坝体与下游砂砾石坝基之间需设置反滤层,以保证坝体土不发生渗透变形和渗漏水通畅排出。反滤层设计计算的最关键部位为坝体与下游砂砾石坝基之间的反滤层 ,采用规范中介绍的谢拉德1989方法。

(1)反滤层应满足滤土要求

土料小于 0.075mm颗粒含量为45%,因此,土料类别为2类 (砂、粉土、粉土质砂、粘土质砂)反滤层D15≤0.7mm.

式中:D15-反滤料的粒径,小于该粒径的土重占总土重的15%.

(2)反滤层应满足排水要求

最小D15≥4d15=4×0.04=0.16mm

d15-被保护土的粒径,小于该粒径的土重占总土重的15%;d15=0.04mm.

因此,设计取最大D15=0.7 mm,最小D15=0.16mm,且最大 D15与最小 D15比值为4.38,小于5.0,可避免反滤料出现间断级配。

(3)其他要求

防止采用间断级配的反滤料:设计反滤料应满足过筛率为60%粒料中任一粒径的最大值与最小值的比率不大于5。反滤料级配范围:不均匀系数小于等于6。

主要计算内容如下:

最大 D10=最大D15/1.2=0.7/1.2=0.58mm;

最大D60=最大D10×6=0.58×6=3.48mm;

最小D60=最大D60/5=3.48/5=0.7mm;

最大粒径D100＜75 mm;

最小粒径D5=0.075 mm;

最小D10=最小D15/1.2=0.16/1.2=0.13mm;

最大D90=20 mm;

式中:D5-反滤料的粒径,小于该粒径的土重占总土重的5%;

D10-反滤料的粒径,小于该粒径的土重占总土重的10%;

D60-反滤料的粒径,小于该粒径的土重占总土重的60%;

D90-反滤料的粒径,小于该粒径的土重占总土重的90%;

D100-反滤料的粒径,小于该粒径的土重占总土重的100%.

(4)根据上述成果绘制反滤料级配设计包络图,见图2。

图2 第一层反虑料设计级配包络线

(5)与现场反滤料料场进行符合

图3 反滤料场西骨料颗粒大小分配曲线

工程反滤料料场的第一层反滤料颗分曲线见图3。根据符合,现场料场颗粒大小满足设计上、下包络线,符合设计级配要求。

(6)第二层反滤设计

根据设计要求需要设置第二层反滤,因此,将第一层反滤料看做被保护土,同样采用谢拉德1989方法进行计算。

3 结论

(1)土质卵砾石坝基透水层之间的反滤设计要求保证防渗土体不发生渗透变形和渗漏水通畅排出,是坝体结构设计的一个重要环节。

(2)反滤层设计不仅应满足滤水、排水要求 ,其自身还应满足级配连续均匀的要求。

(3)反滤层的设计除应满足规范要求外 ,其厚度应综合施工的可能性等因素的影响 ,保证工程质量。

1 SL274-2001碾压式土石坝设计规范.北京:中国水利水电出版社.2002.

2 王柏乐.中国当代土石坝工程.北京:中国水利水电出版社.2004.

3 林昭.碾压式土石坝设计.郑州:黄河水利出版社.2003.

4 郎小燕.合溪水库工程粘土心墙反滤层设计.浙江水利水电专科学校学报.2007.