浅谈坝基反滤设计

摘要：反滤层的设计原则是根据被保护土的颗粒组成曲线,确定渗透破坏的型式，选择适宜的反滤料特征的颗粒，以满足反滤层的滤土、减压功能要求进行了设计。反滤层设计是土石坝设计的重要环节之一,是防止土体渗透破坏的最直接最有效的措施。

l 某水库工程简介

某水库的主要任务是满足工业基地工业项目的生产用水要求，为工业基地的建设和发展提供水资源保障。工业园区供水规模：一期(2017年)为15万m3/d，年总供水量0．55亿m3；二期(2022年)为：3O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。

水库正常蓄水位1180．0m ，相应库容为1200万m3。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4Oo～6Oo， 陡者可达70o～8O o； 右岸地势平缓，地层为水洞沟组冲积湖积层(Q3sa1 +1)黄土状低液限粘土组成的土质岸坡，坡角约2O o～4O o。

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，坝顶宽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。

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)和某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≤O.7mm．

式中：D15一反滤料的粒径，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≥4dl5―4×0.04―0.16mm

d15一被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总土重的15%；d15=o.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

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―20mm；

式中：D5―反滤料的粒径，小于该粒径的土重占总土重的5％ ；

D1O一反滤料的粒径，小于该粒径的土重占总土重的1O％；

D60一反滤料的粒径，小于该粒径的土重占总土重的60％；

D9O一反滤料的粒径，小于该粒径的土重占总土重的9O％ ；

D1O0一反滤料的粒径，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。

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土、排水要求、减压功能要求，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。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。