谈SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》存在的几个问题

2012-08-15杨西林张忠东

水利规划与设计 2012年6期

杨西林张忠东

(陕西省水利电力勘测设计研究院西安 710001）

1 引言

SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》（以下简称《规范》）自颁布以来，对指导工程设计及我国的土石坝建设起到了巨大的推动作用。通过对《规范》的不断学习，笔者认为，《规范》在个别地方存在着衔接和不足之处，需要补充和完善。以利于更好的理解和执行规范，提高设计水平。

2 总则及术语中存在的问题

2.1 坝高的计算规定存在不足

因坝高涉及到坝的级别、安全等一系列问题，故《规范》在总则1.0.3条中对于坝体高度的确定作出了明确的规定，即“土石坝的坝高应从坝体防渗体（不含混凝土防渗墙、灌浆帷幕、截水槽等坝基防渗设施）底部或坝轴线部位的建基面算至坝顶（不含防浪墙）取其大者。”此规定对于规范坝高计算、确定坝高及坝的稳定安全具有非常重要的作用。但是在实际的设计工作中，由于《规范》在“主要术语”中既未明确“截水槽”这一概念，又未在相关的条文说明进行注解，导致了坝高计算存在着不足之处。这一情况对于坝的高度处于分界点时尤为明显。

例如，某水利枢纽属于3等工程，挡水建筑采用土石坝，覆盖层以上坝体填筑体的高度为60m，土石坝的坝基砂砾石深度14 m。按《规范》第6.2.6条，基础处理可采用明挖回填黏土进行垂直防渗处理。当采用黏土心墙坝的坝型时，笔者认为，按照《规范》对坝高的定义，这15m可作为截水槽，则坝高仍为60m。同时，也可作为防渗体将这 14m作为坝高的一部分，则坝高为74m。坝高为 60m，建筑物级别为 3级，若计入覆盖层处理深度 14m，则坝的高度为 74米。此时大坝满足建筑物提级要求可以提升为 2级建筑物。由于两个级别建筑物的抗滑稳定安全系数及压实标准不同，在坝型比选中按抗滑稳定的安全系数拟定坝型时，将影响其经济合理性的评价。鉴于此种情况，建议《规范》在术语中对“截水槽”的概念作出明晰的规定，明确截水槽内涵涉及的范围。

2.2 缺少 “大块石”的定义

《规范》第 5.2.4条明确指出，“设计地震烈度为9度的地区，坝顶附近的上、下游坝坡宜上缓下陡，或采用加筋堆石、表面钢筋网或大块石堆筑等加固措施”。从《规范》使用看，因《规范》中未对“大块石”的概念作出明晰的界定，未从级配、材质、指标控制等方面提出具体要求，设计人员难以采用大块石进行抗震设计。

从现行的标准看，SL25—2006《砌石坝设计规范》第3.1.1条，对砌石体石料的块石提出明确规定，即“外形大致呈方形，上、下两面基本平行且大致平整，无尖角、薄边，块厚宜大于20cm”，但无大块石这一概念。从 GB/T50145—2007《土的工程分类标准》3.0.2条看，块石的粒径应满足大于200mm，但仍未对大块石作出明确的定义。

若按照 SL25—2006和 GB/T50145—2007的内涵理解，大块石的粒径应满足大于200mm。此时可能需要采用人工砌筑的方法进行施工，否则，因筑坝料缺少细粒及粗粒，块石料将难以压实。另一方面，即使采取人工砌筑进行施工，《规范》中未明确控制标准，且《规范》条文说明中亦未有相应的工程实例可供设计人员进行参考。因此，建议《规范》中补充“大块石”概念及相应的设计控制标准。

3 筑坝材料选择与填筑要求存在的问题

3.1 未明确级配曲线的确定原则

筑坝料的颗粒组成级配是粗粒土的重要指标之一，级配曲线是土石坝反滤设计和确定力学性质指标的基本依据。依据SL251—2000《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》，地质勘察单位在完成了相关试验后，将提供不同勘探部位的级配曲线，同时可按不同的方法确定各料场的颗粒代表性级配曲线。代表性级配曲线选择有包络图法、算术平均值法、百分率统计及以粗粒料（d＞5mm）含量分类统计法。不同选择方法其级配曲线有一定的差异。

进行反滤层设计时，《规范》附录 B反滤层设计，已明确了计算方法，但需要确定被保护土（d15和d85）与反滤料（D15）的控制粒径。在被保护土为无黏性土时，采用包络图法绘制被保护土及反滤料颗粒级配曲线，可得到颗粒级配上包线、下包线及平均级配线。对于被保护土，在这三条线当中相应的d15和d85是不相同的。同时，反滤料三条级配线当中 D15也是有很大的差异。采用三条不同的曲线的控制粒径配对进行反滤层设计，计算结果大不相同，导致反滤层数增加或减少，形成安全余度过大或者存在安全隐患，不利于设计人员执行《规范》要求。尽管《规范》的相关条文中针对建筑物级别及坝高同时提出了需要进行试验论证确定反滤的要求。但有时受各方面因素的制约，较难进行相关的试验，不利于工程建设。因此，建议《规范》中对反滤及强度指标试验级配的采用做出较为明确的规定。

3.2 缺少堆石（抛石）护坡石料的设计控制指标

对于经过整理的堆石（抛石）护坡，《规范》从质量、粒径及厚度方面提出了基本要求，但未明确填筑要求的控制标准，不利于设计控制及工程验收。

3.3 缺少混合巨粒土的设计控制指标

《规范》中非防渗体的坝壳料设计控制指标分为相对密度和孔隙率两大类确定。砂及砂砾石采用相对密度作为控制指标，堆石料采用孔隙率作为控制指标。按照GB/T50145—2007的规定，混合巨粒土中巨粒含量大于50%，属于巨粒包砂砾。笔者认为其性质类似于堆石，若采用相对密度作为设计控制指标，则孔隙率过大，存在着变形较大的问题；若采用较低的孔隙率作为设计控制指标，则相对密度较高。

由于《规范》未按GB/T50145—2007的要求，对混合巨粒土未提出设计控制指标，实际使用《规范》时可导致设计人员按单一指标进行控制，对工程安全造成隐患。有些工程则采用双指标进行控制，如某工程，坝壳料属于混合土卵石，若采用孔隙率≤21%时，其对应的干密度ρd≥2.08g/cm3,相对密度 Dr=0.93。考虑到该工程有抗震要求，设计最后采用孔隙率≤22%时，相对密度Dr＞0.8进行控制。

4 坝基处理

4.1 防渗墙设计原则性强，细化不足

对于混凝土防渗墙设计，《规范》中明确了防渗墙设计的基本原则，并在条文说明中从施工、允许渗透比降、溶蚀等方面，对防渗墙的厚度及伸入防渗体的长度作出了具体的说明，能够指导设计人员进行防渗墙设计。另一方面，相关部门颁布的防渗墙施工技术规范是工程施工的技术依据，确保了防渗墙施工质量及工程安全。

从具体设计看，在涉及到防渗墙的适应范围、墙体材料选择、耐久性、墙体结构受力分析要求等方面，《规范》仍然缺乏比较明晰的规定，防渗设计仍然以工程经验为主。近年来，我国水利工程多建设在高山峡谷中的深厚覆盖层上，大多采用防渗墙作为垂直防渗形式，如下坂地、狮子坪、龙头石、瀑布沟、泸定水电站及西藏庞多等，其中西藏庞多水电站平均墙深达到 145.9m。基于目前的现状，建议通过总结现有工程经验，细化防渗墙设计或单独制定防渗墙设计规范。会对进一步确保工程安全和经济合理具有重要的意义。

4.2 砂砾石灌浆帷幕缺少设计控制标准

对于土石坝的砂砾石坝基，《规范》中对可灌性、灌浆材料、帷幕厚度、灌浆孔排距确定及灌浆方法等方面提出了要求。但未明确砂砾石坝基设计控制标准，同时亦影响灌浆质量的检查和验收。按照GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》，岩土体的渗透分级采用渗透系数和透水率 2个标准。《规范》明确规定，岩石坝基采用透水率作为控制帷幕灌浆的控制标准。基于上述情况，笔者认为，砂砾石灌浆帷幕宜采用渗透系数作为控制指标较妥，再根据控制指标明晰相应的检查方法。

4.3 基岩灌浆帷幕设计标准与渗流计算不协调

对于基岩灌浆帷幕，《规范》中明确指出，灌浆帷幕的设计标准应按灌浆后的基岩透水率控制。但在坝的渗流计算中，需要明确灌浆后的基岩渗透系数及帷幕体厚度的参数，而《规范》中给出的是基岩透水率，未明确透水率转化为渗透系数的确定原则及帷幕厚度的确定方法，两者之间不协调。

另一方面，对于坝基防渗标准，《规范》按坝高作了明确的规定。笔者认为，防渗标准按照坝体高度划分的原则是正确的，但对坝体基础和两坝肩应给定不同的防渗标准，两坝肩的防渗标准应比坝基低一个档次。当然，两坝肩标准的降低范围、标准应根据实际情况，通过综合分析地形、地质、渗流等情况后确定。是否对不同的部位降低标准，最好在初设批复中给予明确的指出。

5 坝的计算和分析

5.1 抗剪强度试验组数的确定

对于筑坝料的测定、整理及应用，《规范》中给出了明确的要求或原则。但对于筑坝料的试验组数，特别是坝壳料，《规范》中未明确给出试验组数要求或者最少组数要求，不利于设计人员下达试验要求。

5.2 计算程序问题

随着计算机技术的发展，采用计算机进行大坝设计计算得到了广泛的应用。有关大专院校和科研单位编制了不同模型的二维和三维应用程序，解决了设计当中各种难题，为工程设计提供了可靠的依据。为了使设计计算标准化、规范化，考虑到目前工程建设的发展状况，可通过总结已建工程设计、计算经验，按照工程等级及坝高，在《规范》中推荐若干成熟、适用的计算程序，供设计人员使用。