湿式贮灰场灰坝与土石坝设计异同点分析

孙冠华

(国核电力规划设计研究院，北京 100095)

以燃煤为主的火力发电厂(以下简称电厂)会排放大量的粉煤灰、石膏等固体废弃物，因此在电厂设计中，必须考虑设置灰场，根据贮灰方式的不同，灰场又分为干贮灰场和湿式贮灰场。

对于湿式贮灰场的灰坝，其结构形式通常采用土石坝，由于土石坝在水利行业已经得到广泛的应用以及深入的研究，设计较为成熟，因此在灰坝设计中，很多地方可以借鉴土石坝的设计;但由于灰场的使用特点，灰坝仅要求不透灰，但在环保条件许可的情况下允许透水，而土石坝则要求完全不透水［1］，所以湿式贮灰坝设计与土石坝设计又存在很多不同点。下面就湿式贮灰场灰坝与土石坝在设计中的主要异同点进行分析。

1 等级划分

灰坝的等级划分及设计标准应该按照灰场总容积及最终坝高确定的，具体见表 1［2］。

土石坝的等级划分原则如下:首先确定土石坝所在水利水电工程的等别，水利水电工程的等别应根据工程规模、效益及在国民经济中的重要性来确定，可以分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ等;其次根据土石坝本身的重要性(主要建筑物或次要建筑物)以及土石坝所属水利水电工程的等别，土石坝可分为 1，2，3，4，5 级［3］。

由此可知灰坝的等级划分与土石坝的等级划分原则是不同的。

表1 灰坝等级划分表

2 坝型选择

根据土料在坝体中的位置及防渗体的位置，土石坝一般可在以下3种基本坝型中选择:1)均质坝;2)土质防渗体分区坝;3)非土质材料防渗体分区坝［4］。各坝型的特点如下:1)均质坝，坝体基本由透水性小的土料填筑而成，不需要设置专门的防渗设施;2)土质防渗体分区坝，由土质防渗体和若干种透水性不同的土石料分区填筑而成;3)非土质材料防渗体分区坝，防渗体由混凝土、沥青混凝土或土工膜(含复合土工膜)等组成，其余部分由土石料构成［4，5］。对于上述各种坝型，总的原则是一致的，即采用各种方法保证土石坝不透水，只不过是具体采用的防渗措施不一样。灰坝一般也采用均质坝或分区坝，但根据灰坝设计的发展过程以及环境保护的要求，灰坝在各阶段采用以下几种坝型:1)不透水坝，采用黏性土料填筑，坝后设堆石排水棱体，坝体透水性很差，浸润线高，坝前灰渣沉积层一般处于饱和松软状态，后期子坝加高难度大，为我国第一代灰坝坝型，现在基本不采用该坝型;2)透水坝，采用透水性强的筑坝材料建成的均质坝，或者采用透水性不同的筑坝材料分区筑坝，但在上游设置排水棱体或贴坡排渗体，与坝底水平排水相连，该型坝为我国第二代灰坝坝型，目前采用得较为普遍;3)坝前设排渗体的不透水坝，当下游有严格的环保要求或者当地有丰富的黏性土料时，可建造不透水坝，但在坝前设置排渗管，将灰水集中引入回收系统，为我国第三代灰坝坝型［6］。所以，在坝型选择方面，由于使用目的的不同，两者有较大的差别:土石坝的目的是挡水，为保证不透水，一般采用低透水性的均质坝，或者设置防渗体的分区坝;灰坝的目的是贮灰，为保证坝体的稳定，要尽量降低坝体浸润线，一般采用透水坝，或者坝前设排渗体的不透水坝。

3 筑坝材料

灰坝的筑坝材料选用应遵循以下原则:1)充分利用当地材料，优先在灰场内取料，少占或不占灰场外农田;2)结合筑坝材料开采、运输、压实和季节等施工条件，择优选取经济合理的材料;3)满足初期坝、后期子坝加高、排渗设施和环保措施等要求，并进行全面技术论证［6］。土石坝的筑坝材料选用应遵循以下原则:1)具有或经加工处理后与其使用目的相适应的工程性质，并具有长期稳定性;2)就地、就近取材，少占或不占农田，并优先考虑枢纽建筑物开挖料的利用;3)便于开采、运输、压实［4］。对比上述选材原则，灰坝的筑坝材料选用原则与土石坝的筑坝材料选用原则基本上是相同的，都是经济可行、就地取材。

4 填筑标准

灰坝各种土石料的填筑标准如下:1)砾石土和黏性土的填筑标准应以设计填筑干密度为设计控制指标，设计填筑干密度应以最大密度乘以压实度来确定，一、二级灰坝的压实度不应低于0.96，三级灰坝的压实度不应低于0.95;2)砂砾石和砂的填筑标准应以相对密实度为设计控制指标，砂砾石不应低于0.75，砂不应低于0.70;3)堆石料的填筑标准宜用孔隙率为设计控制标准，孔隙率不宜大于30%［6］。土石坝各种土石料的填筑标准如下:1)含砾和不含砾的黏性土的填筑标准应以压实度和最优含水率作为设计控制指标，1级、2级坝和高坝压实度应为98%～100%，3级中、低坝及3级以下中坝压实度应为96%～98%;2)砂砾石和砂的填筑标准应以相对密实度为设计控制指标，砂砾石不应低于0.75，砂不应低于0.70;3)堆石料的填筑标准宜用孔隙率为设计控制标准，孔隙率宜为20%～28%［4］。由上可知，两者所采用的填筑标准体系是一致的，但相对来说，灰坝的填筑标准要稍低于土石坝的填筑标准，这与两者工程规模以及重要性是一致的，因为灰坝的工程规模以及重要性一般要低于土石坝。

5 结语

由于灰坝实质上是一种比较特殊的土石坝，其筑坝材料的选用原则以及填筑标准体系与土石坝是一致的。因此，在进行灰坝设计时，可以借鉴土石坝很多成熟的设计经验。

但由于使用目的不同，灰坝与土石坝的等级划分标准不同，同时在坝型选择方面存在着较大的差异:在环保要求允许的情况下，灰坝优先选用透水坝，当下游有严格的环保要求或者当地有丰富的黏性土料时，灰坝可选用坝前设排渗体的不透水坝;但土石坝在任何情况下都不允许透水。所以在进行灰坝设计时，也要注意到这些差异点，不能所有的设计都照搬土石坝的经验。

［1］傅春林.关于灰坝设计标准引用问题的探讨［J］.电力建设，1994(12):25-26.

［2］DL/T 5339-2006，火力发电厂水工设计规范［S］.

［3］SL 252-2000，水利水电工程等级划分及洪水标准［S］.

［4］SL 274-2001，碾压式土石坝设计规范［S］.

［5］陈胜宏.水工建筑物［M］.北京:水利水电出版社，2003:253-254.

［6］DL/T 5045-2006，火力发电厂灰渣筑坝设计规范［S］.