李 輝

(寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 銀川 750001)

1 水洞溝水庫(kù)工程簡(jiǎn)介

上海廟、紅墩子能源化工基地供水水源工程水洞溝水庫(kù)的主要任務(wù)是滿(mǎn)足能源化工基地工業(yè)項(xiàng)目的生產(chǎn)用水要求,為能源化工基地的建設(shè)和發(fā)展提供水資源保障。上海廟和紅墩子工業(yè)園區(qū)供水規(guī)模:一期 (2015年)為15萬(wàn) m3/d,年總供水量0.55億m3;二期 (2020年)為:30萬(wàn)m3/d,年總供水量1.1億m3。根據(jù) 《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000),按供水對(duì)象的重要性劃分為 “重要”級(jí),為Ⅱ等大 (2)型工程;主要建筑物按3級(jí)設(shè)計(jì),相應(yīng)的次要建筑物等級(jí)為4級(jí),臨時(shí)工程為5級(jí)。

水庫(kù)設(shè)計(jì)蓄水位1180.0m,總庫(kù)容1200萬(wàn)m3,淤積庫(kù)容萬(wàn)590m3。壩址區(qū)河床寬約160m,高程1153.5～1157.0m,為卵石層或卵石夾層,滲透系數(shù)k=2.37×10-2cm/s,屬于強(qiáng)透水層;左岸山坡陡峭,大部分為第三系漸新統(tǒng)清水營(yíng)組泥巖組成的岸坡,坡角40°～60°,陡者可達(dá)70°～80°;右岸地勢(shì)平緩,地層為水洞溝組沖積湖積層 (Q3sal+l)黃土狀低液限粘土組成的土質(zhì)岸坡,坡角約20°～40°。

根據(jù)地形地質(zhì)施工等條件 ,并經(jīng)綜合比較 ,壩體選用均質(zhì)土壩,樞紐建筑物由擋水建筑物和供水 (放空)建筑物組成。壩軸線總長(zhǎng)1230 m,壩頂高程1182.2m,頂寬8m,最大壩高28.7m。壩體內(nèi)埋設(shè)供水 (放空)管。

河床處由于地質(zhì)為卵石層或卵石夾層,透水率高,做為壩體基礎(chǔ),需要設(shè)置反濾層,對(duì)壩體進(jìn)行保護(hù)。

填筑壩體的土料場(chǎng)位于壩址上、下游0.5km～2km左右范圍內(nèi) ,可就近開(kāi)采。土料顆分曲線見(jiàn)圖1。

圖1 庫(kù)區(qū)土料場(chǎng)筑壩土料顆粒大小分配曲線

2 壩基褥墊反濾層設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù) 《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274-2001)和水洞溝水庫(kù)工程料場(chǎng)特性指標(biāo),壩體與下游砂礫石壩基之間需設(shè)置反濾層,以保證壩體土不發(fā)生滲透變形和滲漏水通暢排出。反濾層設(shè)計(jì)計(jì)算的最關(guān)鍵部位為壩體與下游砂礫石壩基之間的反濾層 ,采用規(guī)范中介紹的謝拉德1989方法。

(1)反濾層應(yīng)滿(mǎn)足濾土要求

土料小于 0.075mm顆粒含量為45%,因此,土料類(lèi)別為2類(lèi) (砂、粉土、粉土質(zhì)砂、粘土質(zhì)砂)反濾層D15≤0.7mm.

式中:D15-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的15%.

(2)反濾層應(yīng)滿(mǎn)足排水要求

最小D15≥4d15=4×0.04=0.16mm

d15-被保護(hù)土的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的15%;d15=0.04mm.

因此,設(shè)計(jì)取最大D15=0.7 mm,最小D15=0.16mm,且最大 D15與最小 D15比值為4.38,小于5.0,可避免反濾料出現(xiàn)間斷級(jí)配。

(3)其他要求

防止采用間斷級(jí)配的反濾料:設(shè)計(jì)反濾料應(yīng)滿(mǎn)足過(guò)篩率為60%粒料中任一粒徑的最大值與最小值的比率不大于5。反濾料級(jí)配范圍:不均勻系數(shù)小于等于6。

主要計(jì)算內(nèi)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;

最大粒徑D100＜75 mm;

最小粒徑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-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的5%;

D10-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的10%;

D60-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的60%;

D90-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的90%;

D100-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的100%.

(4)根據(jù)上述成果繪制反濾料級(jí)配設(shè)計(jì)包絡(luò)圖,見(jiàn)圖2。

圖2 第一層反慮料設(shè)計(jì)級(jí)配包絡(luò)線

(5)與現(xiàn)場(chǎng)反濾料料場(chǎng)進(jìn)行符合

圖3 反濾料場(chǎng)西骨料顆粒大小分配曲線

工程反濾料料場(chǎng)的第一層反濾料顆分曲線見(jiàn)圖3。根據(jù)符合,現(xiàn)場(chǎng)料場(chǎng)顆粒大小滿(mǎn)足設(shè)計(jì)上、下包絡(luò)線,符合設(shè)計(jì)級(jí)配要求。

(6)第二層反濾設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求需要設(shè)置第二層反濾,因此,將第一層反濾料看做被保護(hù)土,同樣采用謝拉德1989方法進(jìn)行計(jì)算。

3 結(jié)論

(1)土質(zhì)卵礫石壩基透水層之間的反濾設(shè)計(jì)要求保證防滲土體不發(fā)生滲透變形和滲漏水通暢排出,是壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

(2)反濾層設(shè)計(jì)不僅應(yīng)滿(mǎn)足濾水、排水要求 ,其自身還應(yīng)滿(mǎn)足級(jí)配連續(xù)均勻的要求。

(3)反濾層的設(shè)計(jì)除應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求外 ,其厚度應(yīng)綜合施工的可能性等因素的影響 ,保證工程質(zhì)量。

1 SL274-2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范.北京:中國(guó)水利水電出版社.2002.

2 王柏樂(lè).中國(guó)當(dāng)代土石壩工程.北京:中國(guó)水利水電出版社.2004.

3 林昭.碾壓式土石壩設(shè)計(jì).鄭州:黃河水利出版社.2003.

4 郎小燕.合溪水庫(kù)工程粘土心墻反濾層設(shè)計(jì).浙江水利水電專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào).2007.