哈桑河东沉沙调节池土石坝粘土心墙反滤层防护
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摘要：反滤层的作用是滤土排水，是防止土石坝渗透破坏的第一道防线，本文通过对哈桑河东沉沙调节池粘土心墙砂砾石坝的反滤层设计的介绍，以期对后续类似工程提供有效的借鉴。
一、工程概况
哈桑河东沉沙调节池位于新疆兵团农四师七十七团境内，坝址在哈桑河出山口下游8.5km处，大坝为粘土心墙砂砾石坝坝型，最大坝高21.4m，沉砂池设计总库容为523万m³。
坝壳料采用原河床砂砾石料，不均匀系数Cu＝52.3，曲率系数Cc＝8.0。粘土心墙土料采用河道左岸二级阶地天然土料，天然密度1.16～1.63g/cm³，干密度1.26～1.44g/cm³，天然含水量10.2～15.6%，塑性指数Ip＝10.5～14.5，不均匀系数Cu＝5.11，曲率系数Cc＝1.06，属良好级配土。渗透系数3.51×10-6cm/s～2.65×10-7cm/s，具有较好的防渗性能。能够满足规范对防渗土料的要求。
二、反滤层设计
1） 反滤层应满足虑土要求
根据被保护土小于0.075mm颗粒含量的百分数不同，而采用不同的方法。当被保护土含有大于5mm的颗粒时，应按小于5mm颗粒级配确定小于0.075mm颗粒含量百分数，及按小于5mm颗粒级配的d85作为计算粒径。
①对于小于0.075mm颗粒含量大于85%的土，其反滤层按下式确定：D15≤9d85且D15≥0.2mm
②对于小于0.075mm颗粒含量为40%～85%的土，其反滤层按下式确定：D15≤0.7mm
③对于小于0.075mm颗粒含量为15%～39%的土，其反滤层按下式确定：D15≤0.7＋(40－A)(4d85－0.7)/25
式中A为小于0.075mm的颗粒含量，若4d85＜0.7mm，应取0.7mm。
工程中被保护土不含大于5mm的颗粒，按全料确定小于0.075mm颗粒含量的百分数为88.75%（大于85%），故其反滤层按第一条公式确定：D15≤9d85且D15≥0.2mm
式中：D15为反滤料的粒径，小于该粒径的土重占总土重的15%；d85为被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总土重的85%，由心墙土料颗分级配知d85＝0.048mm（平均值）；
计算得：D15≤9d85＝9×0.048＝0.43mm≥0.2mm
2） 反滤层应满足排水要求
反滤层在满足虑土要求的同时还必须满足排水要求，反滤层按下式确定：D15≥4d15且D15≥0.1mm式中：d15为被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总土重的15%，应按全料计算，由心墙土料颗分级配知d15＝0.003mm（平均值）；计算得D15≥4d15＝4×0.003＝0.012mm，且D15≥0.1mm。
综上确定第一层反滤料取最大D15＝0.43mm，最小D15＝0.1mm，最大D15与最小D15比值为4.3小于5.0，可避免反滤料出现间断级配。
3） 其他要求
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5.0，且反滤料的不均匀系数Cu≤6[3]。
最大D10＝最大D15/1.2＝0.43/1.2＝0.36mm
最小D10＝最小D15/1.2＝0.1/1.2＝0.08mm
最大D60＝最大D10×6＝0.36×6＝2.16mm
最小D60＝最大D60/5＝2.16/5＝0.43mm
式中：D10为反滤料的粒径，小于该粒径的土重占总土重的10%；D60为反滤料的粒径，小于该粒径的土重占总土重的60%；
根据最小D10＝0.08mm＜0.5mm，查规范得，最大粒径D90＝20mm。同时反滤料要求最大粒径D100＜75mm，最小粒径D5＝0.075mm，根据上述计算成果，将最大D15作为控制点1，最小D15作为控制点2，最大D60作为控制点3，最小D60作为控制点4，最小D5作为控制点5，最大D100作为控制点6，最大D90作为控制点7，连接控制点4、2和5，确定反滤料的上包线，连接控制点6、7、3和1，确定反滤料的下包线，将上、下包线延至100%，即为反滤料级配的设计成果包络图。最终采用反滤料的颗粒级配曲线在设计包络线之内即可。
三、反滤料层数确定
现代土石坝设计中防渗体的反滤层大多只用一层，有时两层，较少采用三层。根据求出的第一层反滤料颗粒级配情况，采用“碾压土石坝设计规范”（SL274-2001）规定公式，按被保护为无粘性土验算第一层反滤料级配与坝壳砂砾石料之间能否满足不设第二层反滤层的要求。第一层反滤料d15＝0.1～0.43，第一层反滤料d85＝2.4～12；坝壳砂砾石料D15＝3.0mm（平均值）。
D15/d85＝0.25～1.25＜4～5
D15/d15＝7.0～30.0＞5
满足规范要求，不需再设第二层反滤层，粘土心墙与上下游砂砾石坝体之间只需设一层反滤层，考虑到机械施工的要求，设计取反滤层水平宽度上游侧1.5m，下游侧2.0m。
四、结束语
实践证明，只要在渗流出口处设置合理的反滤层，保护住渗流出口颗粒不流失，并使渗流过来的水流通畅排走，渗透压力降低以致消失，则保证了土体的渗透稳定，也就保证了坝体的运行安全。哈桑河东沉沙调节池粘土心墙坝通过分析填筑粘土的性质，合理的进行反滤层设计，采用天然的砂砾料，充分利用当地原料，保证了工程的质量，降低了工程造价。由于设计水平的不断提高，现代化施工方法的发展需要，适应机械化快速施工的填筑材料，宽级配料的应用是当前发展的趋势。