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        二甲溝水庫粘土心墻壩反濾料設(shè)計

        2015-05-07 20:53:47賀佳巖李俊
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年14期

        賀佳巖 李俊

        摘 要:通河縣二甲溝水庫攔河壩采用粘土心墻土石壩,根據(jù)工程實際情況,文章針對二甲溝水庫粘土心墻壩反濾料進行設(shè)計,根據(jù)土料的顆分曲線,對反濾料天然級配按濾土及排水要求進行復(fù)核計算,以驗算天然級配是否滿足要求。

        關(guān)鍵詞:二甲溝水庫;粘土心墻壩;反濾料

        1 工程概況

        二甲溝水庫行政區(qū)劃屬于黑龍江省哈爾濱市通河縣,松花江左岸一級支流富拉渾河干流中游,位于富林鄉(xiāng)駐地以北6.50km,至哈肇公路6.50km,距通河縣城西北23km。通河縣二甲溝水庫工程是一座以農(nóng)田灌溉為主,兼顧水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用的中型水利樞紐工程。二甲溝水庫建成后,通過跨流域引水可滿足水庫下游19.63萬畝農(nóng)田的補償灌溉要求,在保證現(xiàn)狀4.05萬畝水田灌溉用水要求的情況下,可以擴大水田灌溉面積,使現(xiàn)有水田灌區(qū)達到設(shè)計灌溉面積13.47萬畝,二甲溝水庫主要建筑物為三等三級工程,按100年一遇洪水設(shè)計,2000年一遇洪水校核。正常蓄水位148.30m,相應(yīng)庫容5651×104m3;死水位134.50m,相應(yīng)庫容306.6×104m3;汛前限制水位146.20m,重復(fù)庫容1560×104m3;設(shè)計洪水位148.31m,相應(yīng)庫容5657×104m3;水庫校核洪水位149.80m,總庫容7016×104m3。

        二甲溝水庫樞紐工程主要由粘土心墻土石壩、溢洪道、灌溉洞組成,溢洪道為開敞式鞍部溢洪道,布置在右岸鞍部,溢洪道軸線距右壩端約220m,閘室兩側(cè)與山體相連。攔河壩采用粘土心墻土石壩,壩頂高程為150.40m,壩頂長度425m,壩頂寬度6.0m,最大壩高24.80m。上游壩坡邊坡為1:2.5;下游壩坡在138.40m高程處,設(shè)一條2.00m寬馬道,下邊坡為1:2.25;下游壩腳在高程127.56m設(shè)排水棱體,防滲體采用粘土心墻,心墻頂部與防浪墻底部相連接,心墻頂高程148.40m,頂寬3.0m,上下游坡比均為1:0.25,兩側(cè)設(shè)砂厚1.5m及砂礫石厚1.5m反濾層。

        根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)及土料分區(qū),粘土心墻的上下游側(cè)及粘土心墻下游側(cè)與排水棱體間沿壩基設(shè)置反濾過渡層與心墻下游側(cè)反濾過渡層相接。根據(jù)《黑龍江省通河縣二甲溝水庫工程地質(zhì)勘察報告》(初步設(shè)計階段),各分區(qū)土料的顆分曲線見圖1,顆分特性見表1。

        表1 土料的顆分特性

        圖1 顆分曲線圖

        2 反濾料設(shè)計

        2.1 粘土心墻反濾設(shè)計

        第一層反濾(被保護土為粘性土):

        粘土心墻用粘土采用右岸近壩粘土料場料,根據(jù)土工試驗成果,該土料小于0.075mm顆粒含量為89%,大于85%,故第一層反濾按下式確定:

        濾土要求:D15≤9d85

        排水要求:D15≥4d15

        式中:D15-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的15%;d15-被保護土的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的15%;d85-被保護土的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的85%。

        因粘土料d85=0.055mm,d15小于0.005mm。

        砂礫料料場砂礫石D15=0.46mm,第一層反濾料要求滿足0.02mm≤D15≤0.675mm,Cu=5.8滿足第一層反濾料要求。

        驗算第一層反濾料同壩殼透水料的關(guān)系:

        D15 / d85=3.25/5=0.65≤4~5

        D15 / d15=3.25/0.46=7.07≥5

        根據(jù)計算可不設(shè)第二層反濾層。為安全起見,粘土心墻上游側(cè)設(shè)1m厚砂礫石和1m厚10~20mm碎石反濾層,下游側(cè)設(shè)有1m厚砂礫石和1.5m厚碎石反濾過渡層,其后填筑壩殼透水料。

        2.2 壩基反濾設(shè)計

        根據(jù)壩基土土工試驗成果,壩基低液限粉土土料小于0.075mm顆粒含量大于85%,第一層反濾按下式確定:

        濾土要求:D15≤9d85

        排水要求:D15≥4d15

        式中:D15-反濾料的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的15%;d15-被保護土的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的15%;d85-被保護土的粒徑,小于該粒徑的土重占總土重的85%。

        因粘土料d85=0.053mm,d15小于0.005mm。

        砂礫料料場砂礫石D15=0.46mm,第一層反濾料要求滿足0.02mm≤D15≤0.675mm,Cu=5.8滿足第一層反濾料要求。

        驗算第一層反濾料同壩殼透水料的關(guān)系:

        D15 / d85=3.25/5=0.65≤4~5

        D15 / d15=3.25/0.46=7.07≥5

        根據(jù)計算可不設(shè)第二層反濾層。為安全起見,壩基設(shè)1m厚砂礫石和1.5m厚10~20mm碎石反濾過渡層,以上填筑壩殼透水料。

        反濾料、過渡層及排水體料要求連續(xù)級配,最大粒徑<30cm,小于5mm粒徑含量不小于20%,0.075mm的粒徑含量不大于5%。

        3 結(jié)束語

        (1)二甲溝水庫選定的壩址地形開闊,河谷寬高比達16.0,不具備修建拱壩的條件。壩址表層級配良好細礫等覆蓋層最深處厚度達20m,若修建重力壩,基礎(chǔ)挖深增加很多,造成重力壩方案整體工程量及投資太大,不宜采用。由于當(dāng)?shù)厣笆霞帮L(fēng)化料比較豐富,根據(jù)此種情況結(jié)合地形、地質(zhì)條件,基本壩型首選當(dāng)?shù)夭牧蠅渭赐潦瘔?,?jīng)方案比較選用粘土心墻防滲型式進行。(2)根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》要求,土質(zhì)防滲體(包括心墻、斜墻、鋪蓋和截水槽等)于壩殼和壩基透水層之間以及下游滲流出逸處,如不滿足要求均必須設(shè)置反濾層。反濾料必須滿足反濾、排水要求,反濾料本身需滿足級配連續(xù)要求,設(shè)計需對反濾料天然級配按濾土及排水要求進行復(fù)核計算,以驗算天然級配是否滿足要求,必要時可進行人工篩分以滿足反濾料要求。(3)本工程經(jīng)復(fù)核計算,料場天然砂礫料滿足心墻及壩基反濾料要求,反濾料厚度要同時滿足施工的可行性要求,以保證工程質(zhì)量。

        參考文獻

        [1]碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2002.

        [2]劉杰.土的滲流穩(wěn)定與滲流控制[M].北京:中國水利水電出版社,1992.

        [3]黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院.通河縣二甲溝水庫工程初步設(shè)計報告[R].哈爾濱,2014.

        作者簡介:賀佳巖(1982-),男,黑龍江省齊齊哈爾市,工程師。

        李俊(1979-),男,河南省洛陽市,副高級工程師。

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