二甲沟水库粘土心墙坝反滤料设计

贺佳岩　李俊

摘 要：通河县二甲沟水库拦河坝采用粘土心墙土石坝，根据工程实际情况，文章针对二甲沟水库粘土心墙坝反滤料进行设计，根据土料的颗分曲线，对反滤料天然级配按滤土及排水要求进行复核计算，以验算天然级配是否满足要求。

关键词：二甲沟水库；粘土心墙坝；反滤料

1 工程概况

二甲沟水库行政区划属于黑龙江省哈尔滨市通河县，松花江左岸一级支流富拉浑河干流中游，位于富林乡驻地以北6.50km，至哈肇公路6.50km，距通河县城西北23km。通河县二甲沟水库工程是一座以农田灌溉为主，兼顾水产养殖和旅游等综合利用的中型水利枢纽工程。二甲沟水库建成后，通过跨流域引水可满足水库下游19.63万亩农田的补偿灌溉要求，在保证现状4.05万亩水田灌溉用水要求的情况下，可以扩大水田灌溉面积，使现有水田灌区达到设计灌溉面积13.47万亩，二甲沟水库主要建筑物为三等三级工程，按100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核。正常蓄水位148.30m，相应库容5651×104m3；死水位134.50m，相应库容306.6×104m3；汛前限制水位146.20m，重复库容1560×104m3；设计洪水位148.31m，相应库容5657×104m3；水库校核洪水位149.80m，总库容7016×104m3。

二甲沟水库枢纽工程主要由粘土心墙土石坝、溢洪道、灌溉洞组成，溢洪道为开敞式鞍部溢洪道，布置在右岸鞍部，溢洪道轴线距右坝端约220m，闸室两侧与山体相连。拦河坝采用粘土心墙土石坝，坝顶高程为150.40m，坝顶长度425m，坝顶宽度6.0m，最大坝高24.80m。上游坝坡边坡为1：2.5；下游坝坡在138.40m高程处，设一条2.00m宽马道，下边坡为1：2.25；下游坝脚在高程127.56m设排水棱体，防渗体采用粘土心墙，心墙顶部与防浪墙底部相连接，心墙顶高程148.40m，顶宽3.0m，上下游坡比均为1：0.25，两侧设砂厚1.5m及砂砾石厚1.5m反滤层。

根据坝体结构及土料分区，粘土心墙的上下游侧及粘土心墙下游侧与排水棱体间沿坝基设置反滤过渡层与心墙下游侧反滤过渡层相接。根据《黑龙江省通河县二甲沟水库工程地质勘察报告》（初步设计阶段），各分区土料的颗分曲线见图1，颗分特性见表1。

表1 土料的颗分特性

图1 颗分曲线图

2 反滤料设计

2.1 粘土心墙反滤设计

第一层反滤（被保护土为粘性土）：

粘土心墙用粘土采用右岸近坝粘土料场料，根据土工试验成果，该土料小于0.075mm颗粒含量为89%，大于85%，故第一层反滤按下式确定：

滤土要求：D15≤9d85

排水要求：D15≥4d15

式中：D15-反滤料的粒径，小于该粒径的土重占总土重的15%；d15-被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总土重的15%；d85-被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总土重的85%。

因粘土料d85=0.055mm，d15小于0.005mm。

砂砾料料场砂砾石D15=0.46mm，第一层反滤料要求满足0.02mm≤D15≤0.675mm，Cu=5.8满足第一层反滤料要求。

验算第一层反滤料同坝壳透水料的关系：

D15 / d85=3.25/5=0.65≤4～5

D15 / d15=3.25/0.46=7.07≥5

根据计算可不设第二层反滤层。为安全起见，粘土心墙上游侧设1m厚砂砾石和1m厚10～20mm碎石反滤层，下游侧设有1m厚砂砾石和1.5m厚碎石反滤过渡层，其后填筑坝壳透水料。

2.2 坝基反滤设计

根据坝基土土工试验成果，坝基低液限粉土土料小于0.075mm颗粒含量大于85%，第一层反滤按下式确定：

滤土要求：D15≤9d85

排水要求：D15≥4d15

式中：D15-反滤料的粒径，小于该粒径的土重占总土重的15%；d15-被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总土重的15%；d85-被保护土的粒径，小于该粒径的土重占总土重的85%。

因粘土料d85=0.053mm，d15小于0.005mm。

砂砾料料场砂砾石D15=0.46mm，第一层反滤料要求满足0.02mm≤D15≤0.675mm，Cu=5.8满足第一层反滤料要求。

验算第一层反滤料同坝壳透水料的关系：

D15 / d85=3.25/5=0.65≤4～5

D15 / d15=3.25/0.46=7.07≥5

根据计算可不设第二层反滤层。为安全起见，坝基设1m厚砂砾石和1.5m厚10～20mm碎石反滤过渡层，以上填筑坝壳透水料。

反滤料、过渡层及排水体料要求连续级配，最大粒径<30cm，小于5mm粒径含量不小于20%，0.075mm的粒径含量不大于5%。

3 结束语

（1）二甲沟水库选定的坝址地形开阔，河谷宽高比达16.0，不具备修建拱坝的条件。坝址表层级配良好细砾等覆盖层最深处厚度达20m，若修建重力坝，基础挖深增加很多，造成重力坝方案整体工程量及投资太大，不宜采用。由于当地砂石料及风化料比较丰富，根据此种情况结合地形、地质条件，基本坝型首选当地材料坝即土石坝，经方案比较选用粘土心墙防渗型式进行。（2）根据《碾压式土石坝设计规范》要求，土质防渗体（包括心墙、斜墙、铺盖和截水槽等）于坝壳和坝基透水层之间以及下游渗流出逸处，如不满足要求均必须设置反滤层。反滤料必须满足反滤、排水要求，反滤料本身需满足级配连续要求，设计需对反滤料天然级配按滤土及排水要求进行复核计算，以验算天然级配是否满足要求，必要时可进行人工筛分以满足反滤料要求。（3）本工程经复核计算，料场天然砂砾料满足心墙及坝基反滤料要求，反滤料厚度要同时满足施工的可行性要求，以保证工程质量。

参考文献

[1]碾压式土石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2002.

[2]刘杰.土的渗流稳定与渗流控制[M].北京：中国水利水电出版社，1992.

[3]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.通河县二甲沟水库工程初步设计报告[R].哈尔滨，2014.

作者简介：贺佳岩（1982-），男，黑龙江省齐齐哈尔市，工程师。

李俊（1979-），男，河南省洛阳市，副高级工程师。