楊西林 張忠東

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 西安 710001）

1 引言

SL274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》）自頒布以來(lái)，對(duì)指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)及我國(guó)的土石壩建設(shè)起到了巨大的推動(dòng)作用。通過(guò)對(duì)《規(guī)范》的不斷學(xué)習(xí)，筆者認(rèn)為，《規(guī)范》在個(gè)別地方存在著銜接和不足之處，需要補(bǔ)充和完善。以利于更好的理解和執(zhí)行規(guī)范，提高設(shè)計(jì)水平。

2 總則及術(shù)語(yǔ)中存在的問(wèn)題

2.1 壩高的計(jì)算規(guī)定存在不足

因壩高涉及到壩的級(jí)別、安全等一系列問(wèn)題，故《規(guī)范》在總則1.0.3條中對(duì)于壩體高度的確定作出了明確的規(guī)定，即“土石壩的壩高應(yīng)從壩體防滲體（不含混凝土防滲墻、灌漿帷幕、截水槽等壩基防滲設(shè)施）底部或壩軸線部位的建基面算至壩頂（不含防浪墻）取其大者?！贝艘?guī)定對(duì)于規(guī)范壩高計(jì)算、確定壩高及壩的穩(wěn)定安全具有非常重要的作用。但是在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，由于《規(guī)范》在“主要術(shù)語(yǔ)”中既未明確“截水槽”這一概念，又未在相關(guān)的條文說(shuō)明進(jìn)行注解，導(dǎo)致了壩高計(jì)算存在著不足之處。這一情況對(duì)于壩的高度處于分界點(diǎn)時(shí)尤為明顯。

例如，某水利樞紐屬于3等工程，擋水建筑采用土石壩，覆蓋層以上壩體填筑體的高度為60m，土石壩的壩基砂礫石深度14 m。按《規(guī)范》第6.2.6條，基礎(chǔ)處理可采用明挖回填黏土進(jìn)行垂直防滲處理。當(dāng)采用黏土心墻壩的壩型時(shí)，筆者認(rèn)為，按照《規(guī)范》對(duì)壩高的定義，這15m可作為截水槽，則壩高仍為60m。同時(shí)，也可作為防滲體將這 14m作為壩高的一部分，則壩高為74m。壩高為 60m，建筑物級(jí)別為 3級(jí)，若計(jì)入覆蓋層處理深度 14m，則壩的高度為 74米。此時(shí)大壩滿足建筑物提級(jí)要求可以提升為 2級(jí)建筑物。由于兩個(gè)級(jí)別建筑物的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)及壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)不同，在壩型比選中按抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)擬定壩型時(shí)，將影響其經(jīng)濟(jì)合理性的評(píng)價(jià)。鑒于此種情況，建議《規(guī)范》在術(shù)語(yǔ)中對(duì)“截水槽”的概念作出明晰的規(guī)定，明確截水槽內(nèi)涵涉及的范圍。

2.2 缺少 “大塊石”的定義

《規(guī)范》第 5.2.4條明確指出，“設(shè)計(jì)地震烈度為9度的地區(qū)，壩頂附近的上、下游壩坡宜上緩下陡，或采用加筋堆石、表面鋼筋網(wǎng)或大塊石堆筑等加固措施”。從《規(guī)范》使用看，因《規(guī)范》中未對(duì)“大塊石”的概念作出明晰的界定，未從級(jí)配、材質(zhì)、指標(biāo)控制等方面提出具體要求，設(shè)計(jì)人員難以采用大塊石進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

從現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)看，SL25—2006《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.1.1條，對(duì)砌石體石料的塊石提出明確規(guī)定，即“外形大致呈方形，上、下兩面基本平行且大致平整，無(wú)尖角、薄邊，塊厚宜大于20cm”，但無(wú)大塊石這一概念。從 GB/T50145—2007《土的工程分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》3.0.2條看，塊石的粒徑應(yīng)滿足大于200mm，但仍未對(duì)大塊石作出明確的定義。

若按照 SL25—2006和 GB/T50145—2007的內(nèi)涵理解，大塊石的粒徑應(yīng)滿足大于200mm。此時(shí)可能需要采用人工砌筑的方法進(jìn)行施工，否則，因筑壩料缺少細(xì)粒及粗粒，塊石料將難以壓實(shí)。另一方面，即使采取人工砌筑進(jìn)行施工，《規(guī)范》中未明確控制標(biāo)準(zhǔn)，且《規(guī)范》條文說(shuō)明中亦未有相應(yīng)的工程實(shí)例可供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行參考。因此，建議《規(guī)范》中補(bǔ)充“大塊石”概念及相應(yīng)的設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)。

3 筑壩材料選擇與填筑要求存在的問(wèn)題

3.1 未明確級(jí)配曲線的確定原則

筑壩料的顆粒組成級(jí)配是粗粒土的重要指標(biāo)之一，級(jí)配曲線是土石壩反濾設(shè)計(jì)和確定力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的基本依據(jù)。依據(jù)SL251—2000《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》，地質(zhì)勘察單位在完成了相關(guān)試驗(yàn)后，將提供不同勘探部位的級(jí)配曲線，同時(shí)可按不同的方法確定各料場(chǎng)的顆粒代表性級(jí)配曲線。代表性級(jí)配曲線選擇有包絡(luò)圖法、算術(shù)平均值法、百分率統(tǒng)計(jì)及以粗粒料（d＞5mm）含量分類(lèi)統(tǒng)計(jì)法。不同選擇方法其級(jí)配曲線有一定的差異。

進(jìn)行反濾層設(shè)計(jì)時(shí)，《規(guī)范》附錄 B反濾層設(shè)計(jì)，已明確了計(jì)算方法，但需要確定被保護(hù)土（d15和d85）與反濾料（D15）的控制粒徑。在被保護(hù)土為無(wú)黏性土?xí)r，采用包絡(luò)圖法繪制被保護(hù)土及反濾料顆粒級(jí)配曲線，可得到顆粒級(jí)配上包線、下包線及平均級(jí)配線。對(duì)于被保護(hù)土，在這三條線當(dāng)中相應(yīng)的d15和d85是不相同的。同時(shí)，反濾料三條級(jí)配線當(dāng)中 D15也是有很大的差異。采用三條不同的曲線的控制粒徑配對(duì)進(jìn)行反濾層設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果大不相同，導(dǎo)致反濾層數(shù)增加或減少，形成安全余度過(guò)大或者存在安全隱患，不利于設(shè)計(jì)人員執(zhí)行《規(guī)范》要求。盡管《規(guī)范》的相關(guān)條文中針對(duì)建筑物級(jí)別及壩高同時(shí)提出了需要進(jìn)行試驗(yàn)論證確定反濾的要求。但有時(shí)受各方面因素的制約，較難進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，不利于工程建設(shè)。因此，建議《規(guī)范》中對(duì)反濾及強(qiáng)度指標(biāo)試驗(yàn)級(jí)配的采用做出較為明確的規(guī)定。

3.2 缺少堆石（拋石）護(hù)坡石料的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)

對(duì)于經(jīng)過(guò)整理的堆石（拋石）護(hù)坡，《規(guī)范》從質(zhì)量、粒徑及厚度方面提出了基本要求，但未明確填筑要求的控制標(biāo)準(zhǔn)，不利于設(shè)計(jì)控制及工程驗(yàn)收。

3.3 缺少混合巨粒土的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)

《規(guī)范》中非防滲體的壩殼料設(shè)計(jì)控制指標(biāo)分為相對(duì)密度和孔隙率兩大類(lèi)確定。砂及砂礫石采用相對(duì)密度作為控制指標(biāo)，堆石料采用孔隙率作為控制指標(biāo)。按照GB/T50145—2007的規(guī)定，混合巨粒土中巨粒含量大于50%，屬于巨粒包砂礫。筆者認(rèn)為其性質(zhì)類(lèi)似于堆石，若采用相對(duì)密度作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，則孔隙率過(guò)大，存在著變形較大的問(wèn)題；若采用較低的孔隙率作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，則相對(duì)密度較高。

由于《規(guī)范》未按GB/T50145—2007的要求，對(duì)混合巨粒土未提出設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，實(shí)際使用《規(guī)范》時(shí)可導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員按單一指標(biāo)進(jìn)行控制，對(duì)工程安全造成隱患。有些工程則采用雙指標(biāo)進(jìn)行控制，如某工程，壩殼料屬于混合土卵石，若采用孔隙率≤21%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的干密度ρd≥2.08g/cm3,相對(duì)密度 Dr=0.93?？紤]到該工程有抗震要求，設(shè)計(jì)最后采用孔隙率≤22%時(shí)，相對(duì)密度Dr＞0.8進(jìn)行控制。

4 壩基處理

4.1 防滲墻設(shè)計(jì)原則性強(qiáng)，細(xì)化不足

對(duì)于混凝土防滲墻設(shè)計(jì)，《規(guī)范》中明確了防滲墻設(shè)計(jì)的基本原則，并在條文說(shuō)明中從施工、允許滲透比降、溶蝕等方面，對(duì)防滲墻的厚度及伸入防滲體的長(zhǎng)度作出了具體的說(shuō)明，能夠指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行防滲墻設(shè)計(jì)。另一方面，相關(guān)部門(mén)頒布的防滲墻施工技術(shù)規(guī)范是工程施工的技術(shù)依據(jù)，確保了防滲墻施工質(zhì)量及工程安全。

從具體設(shè)計(jì)看，在涉及到防滲墻的適應(yīng)范圍、墻體材料選擇、耐久性、墻體結(jié)構(gòu)受力分析要求等方面，《規(guī)范》仍然缺乏比較明晰的規(guī)定，防滲設(shè)計(jì)仍然以工程經(jīng)驗(yàn)為主。近年來(lái)，我國(guó)水利工程多建設(shè)在高山峽谷中的深厚覆蓋層上，大多采用防滲墻作為垂直防滲形式，如下坂地、獅子坪、龍頭石、瀑布溝、瀘定水電站及西藏龐多等，其中西藏龐多水電站平均墻深達(dá)到 145.9m?；谀壳暗默F(xiàn)狀，建議通過(guò)總結(jié)現(xiàn)有工程經(jīng)驗(yàn)，細(xì)化防滲墻設(shè)計(jì)或單獨(dú)制定防滲墻設(shè)計(jì)規(guī)范。會(huì)對(duì)進(jìn)一步確保工程安全和經(jīng)濟(jì)合理具有重要的意義。

4.2 砂礫石灌漿帷幕缺少設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于土石壩的砂礫石壩基，《規(guī)范》中對(duì)可灌性、灌漿材料、帷幕厚度、灌漿孔排距確定及灌漿方法等方面提出了要求。但未明確砂礫石壩基設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)亦影響灌漿質(zhì)量的檢查和驗(yàn)收。按照GB50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，巖土體的滲透分級(jí)采用滲透系數(shù)和透水率 2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)?！兑?guī)范》明確規(guī)定，巖石壩基采用透水率作為控制帷幕灌漿的控制標(biāo)準(zhǔn)?；谏鲜銮闆r，筆者認(rèn)為，砂礫石灌漿帷幕宜采用滲透系數(shù)作為控制指標(biāo)較妥，再根據(jù)控制指標(biāo)明晰相應(yīng)的檢查方法。

4.3 基巖灌漿帷幕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與滲流計(jì)算不協(xié)調(diào)

對(duì)于基巖灌漿帷幕，《規(guī)范》中明確指出，灌漿帷幕的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按灌漿后的基巖透水率控制。但在壩的滲流計(jì)算中，需要明確灌漿后的基巖滲透系數(shù)及帷幕體厚度的參數(shù)，而《規(guī)范》中給出的是基巖透水率，未明確透水率轉(zhuǎn)化為滲透系數(shù)的確定原則及帷幕厚度的確定方法，兩者之間不協(xié)調(diào)。

另一方面，對(duì)于壩基防滲標(biāo)準(zhǔn)，《規(guī)范》按壩高作了明確的規(guī)定。筆者認(rèn)為，防滲標(biāo)準(zhǔn)按照壩體高度劃分的原則是正確的，但對(duì)壩體基礎(chǔ)和兩壩肩應(yīng)給定不同的防滲標(biāo)準(zhǔn)，兩壩肩的防滲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)比壩基低一個(gè)檔次。當(dāng)然，兩壩肩標(biāo)準(zhǔn)的降低范圍、標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)綜合分析地形、地質(zhì)、滲流等情況后確定。是否對(duì)不同的部位降低標(biāo)準(zhǔn)，最好在初設(shè)批復(fù)中給予明確的指出。

5 壩的計(jì)算和分析

5.1 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)組數(shù)的確定

對(duì)于筑壩料的測(cè)定、整理及應(yīng)用，《規(guī)范》中給出了明確的要求或原則。但對(duì)于筑壩料的試驗(yàn)組數(shù)，特別是壩殼料，《規(guī)范》中未明確給出試驗(yàn)組數(shù)要求或者最少組數(shù)要求，不利于設(shè)計(jì)人員下達(dá)試驗(yàn)要求。

5.2 計(jì)算程序問(wèn)題

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行大壩設(shè)計(jì)計(jì)算得到了廣泛的應(yīng)用。有關(guān)大專(zhuān)院校和科研單位編制了不同模型的二維和三維應(yīng)用程序，解決了設(shè)計(jì)當(dāng)中各種難題，為工程設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。為了使設(shè)計(jì)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，考慮到目前工程建設(shè)的發(fā)展?fàn)顩r，可通過(guò)總結(jié)已建工程設(shè)計(jì)、計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，按照工程等級(jí)及壩高，在《規(guī)范》中推薦若干成熟、適用的計(jì)算程序，供設(shè)計(jì)人員使用。

6 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)水利事業(yè)正處于蓬勃發(fā)展階段，為了適應(yīng)土石壩設(shè)計(jì)、建設(shè)的需要，對(duì)現(xiàn)行的《規(guī)范》建議如下：

（1）修訂或補(bǔ)充完善《規(guī)范》，明確“截水槽”及“大塊石”等相關(guān)術(shù)語(yǔ)，并對(duì)大塊石筑壩提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

（2）細(xì)化混凝土防滲墻設(shè)計(jì)，明確砂礫石灌漿帷幕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量檢查方法，或者單獨(dú)制定防滲墻設(shè)計(jì)及砂礫石帷幕灌漿設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)范。

（3）制定混合巨粒土的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。

（4）推薦土石壩設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算的應(yīng)用程序。