施工过程中反滤料包络曲线控制指标的完善

摘 要：文章介绍了反滤料包络曲线调整的依据、计算过程及在项目的应用情况，并对其产生的效果、意义进行了分析说明，为今后类似情况的施工，提供思路及参考借鉴。

关键词：反滤料；包络线；调整；依据；意义

1 前言

苏丹上阿特巴拉水利枢纽工程主要由左右岸土堤、左岸土石坝、河床粘土心墙坝、溢流坝、灌溉取水口组成，枢纽总长6615.84m。河床粘土心墙坝及左右岸土堤的典型断面如图1和图2所示。

图1 河床粘土心墙坝断面图（单位：m）

1为防渗土料；2a、2b为堆石料；3a为反滤料；3b为排水料；4a为上游护坡料；4b为上游护坡过渡料；4c为下游护坡料；5为下游排水体料。

图2 左、右岸土堤坝段断面图（单位：m）

2 反滤料的技术要求及料场原料的特性

2.1 原有反滤料包络线的参数要求

反滤料包络线控制参数如表1所示。

表1 原设计反滤料包络线控制参数表

筛分粒径/mm 0.075 0.2 0.5 1 2 5 10

包络线 上线 3 15 50 80 100

下线 0 0 15 40 70 95 100

2.2 料场原料的特性

现场砂砾料场的原材料，0.6mm以下的颗粒含量约为30%～40%，0.6～10mm颗粒含量约为15%，10～20mm颗粒含量约为20%，20mm以上颗粒含量约为25%～35%。将天然毛料9.5mm以上颗粒剔除后，剩余料物的级配曲线如表2。

表2 料场原料颗粒级配曲线（剔除粒径大于9.5mm）

筛分粒径/mm

探坑编号 0.15 0.3 0.5 0.6 1 1.18 2 2.36 4.75 9.5

1# 0.0 19.9 50.4 69.3 74.8 77.3 81.0 82.7 88.9 100.0

2# 0.0 35.3 57.7 68.8 74.7 77.3 80.4 81.7 88.4 100.0

2.3 反滤料控制指标和料场原料级配指标的对比

原3a料包络线控制指标及料场毛料颗粒对比见图3。由图3可见料场毛料中0.6mm以下细料过多，若用原设计3a控制指标来进行生产控制，约有20%～40%的弃料，浪费很大，将造成料源不足，且为确保将细料充分洗除，系统生产能力大幅下降。

3 反滤料包络线控制指标调整

3.1 反滤料级配曲线调整依据

根据EM 1110-2-1901、美国坝体填筑材料标准设计规范和太沙基滤料规则的设计原则，经与监理工程师研究决定，修改3a料的级配包络线控制指标。

3.2 反滤料级配曲线调整计算

3b料、3a料和1区料的关系如表1，3a料的级配包络曲线可通过3b料的级配曲线确定，同时又可通过1区料的级配曲线论证。

表3 土堤和大坝中的反滤关系

坝型 反滤层/被保护土-1 反滤层/被保护土-2

土堤（15m

大坝 3a/1 3b/3a

根据EM 1110-2-1901设计规范和太沙基滤料规则的规定，3a料与保护性反滤料3b料的特征粒径d15、d85及D15应满足下式的要求，同时两者的不均匀系数η=d60/d10及D60/D10不大于5～8，级配曲线形状最好相似。

Dc15/df85≤4 （1）

Df15/dc85≥4 （2）

上式，Dc15—3b料的粗料粒径，小于该粒径的料物占总重的15%；df85—3a料的细料粒径，小于该粒径的料物占总重的85%；Df15—3b料的细料粒径，小于该粒径的料物占总重的15%；dc85—3a料的粗料粒径，小于该粒径的料物占总重的15%。

为了满足保护性反滤料和3a料的级配曲线相似，两者的曲率系数Ce=d230/（d10×d60）与Ce=D230/（D10×D60）应该一致。

上述公式1是为了保证被保护土不会向反滤层流失，公式2是为了保证反滤料的透水性。

保护性反滤料3b料的级配包络线特征点见表4。

表4 3b料的级配包络线特征点

特征点（mm）

D10 D15 D30 D60

细线

（f） 粗线

（c） 细线

（f） 粗线

（c） 细线

（f） 粗线

（c） 细线

（f） 粗线

（c）

4 2 5 2.5 6.5 5 10

为满足式1的Dc15/df85≤4，则df85≥Dc15/4=5/4=1.25，取df85=1.25。

为满足式2的Df15/dc85≥4，则dc85≤Df15/4=2/4=0.5，原设计级配给出的dc15=0.5，3a料0.5mm以下的级配包络线不用调整，因此dc10=0.5。

3a料粗线的不均匀系数ηc2=dc60/dc10≤5～8，则dc60≤2～3.2，可取dc60=2.4。

参考美国坝体填筑料设计规范，过筛率60%以下的最大与最小粒径之比不大于5，则df60=0.5，df15=0.5。

3a料细线的不均匀系数ηf2=df60/df10≤5～8，则df10≥0.06～0.1，原设计级配给出的df10=0.15，3a料0.15mm以下的级配包络线不用调整，因此df10=0.15。

3b料粗线的曲率系数Ce=D230/（D10×D60）=6.52/（4×10）=1.05625，则3a料粗线的曲率系数也为1.05625，根据计算，3a料的dc30=1.0。

由于3a料粗线的曲率系数为1.05625，3a料细线的曲率系数也取1.05625，根据Ce=d230/（d10×d60）计算，3a料细线的df30==0.28。

根据以上计算，3a料细线的特征点df3=0.075，df10=0.15，df15=0.18，df30=0.28，df60=0.5，df85=1.25，df100=2；粗线特征点dc0=0.2，dc10=0.4，dc15=0.5，dc30=1.0，dc60=2.4，dc85=6，dc100=10。

3a料与1区料的级配关系

本工程1区料中小于0.075mm的颗粒含量为40%～85%，根据EM 1110-2-1901规范的规定，被保护土属于2型，保护性反滤料3a料的d15≤0.7mm，修改后的级配曲线d15=0.18～0.5mm满足规范的要求。

修改后的级配包络线与原设计的3a料包络线相比，修改前后的包络线对比见表5，调整后包络线与料场毛料对比见图4。从图4可知，将天然毛料中剔除0.15mm以下和9.5mm以上颗粒后剩余料物的级配曲线基本满足修改后的3a料包络线。

表5 3a料包络线修改前后对比表

包络线 项目 包络线特征点/mm

d0 d10 d15 d30 d60 d85 d100

上包线 修改前 0.15 0.2 0.3 0.6 1.2 2

修改后 0.15 0.18 0.28 0.5 1.25 2

下包线 修改前 0.2 0.4 0.5 0.8 1.5 3.2 10

修改后 0.2 0.4 0.5 1.0 2.4 6 10

4 实际效果

经项目部建议，监理工程师批准，在苏丹上特巴拉项目生产过程对反滤的控制指标进行了调整。

调整的效果主要体现在两个方面：（1）弃料量从原来毛料的30%左右降到10%以内；（2）反滤料系统的生产能力，由原来1.4万m3/月，提高到2万m3/月。

5 结论

土石坝作为当地材料坝，施工过程中将技术规范要求与当地材料的特性，充分、有机结合起来，将对提高施工效率、降低施工成本起到关键的作用。望本文能给类似工程的施工提供方案上的参考及思路上的借鉴。

作者简介：李秋石（1975- ），河北抚宁人，主任工程师，高级工程师，本科，学士，从事水电施工技术工作。