反濾層

為了保證砂石反濾層的“濾土”和“排水”功能,工程中反濾層必須滿足下列條件:

（1）被保護土層不發(fā)生滲透變形，反濾層某一顆粒不應穿過相鄰的粒徑較大層的孔隙，反濾料本身應為非管涌材料。

（2）每一層內(nèi)的顆粒不應發(fā)生移動。

（3）允許顆粒含量低于5 %的小于0. 1mm 粒徑的小顆粒被滲流帶走，不影響土骨架穩(wěn)定，但不得堵塞反濾層孔隙。

（4）組成反濾層的砂石顆粒應具有耐久性，不會因凍融過程、生物及化學物質(zhì)的侵蝕而改變反濾層的性質(zhì)。

（5）組成反濾層的砂石顆粒應是清潔的無粘性顆粒，不得含有雜草等易腐爛的物質(zhì)而導致濾層堵塞。

反濾層一般是由1～3 層不同粒徑的非粘性土構成,每層鋪設得大體與滲流正交,其粒徑隨滲流的方向而增大。

反濾層層數(shù)的確定

反濾層層數(shù)直接關系到反濾層本身的安全運行問題。設置第1 層反濾層的目的是防止被保護土的滲透變形和流失，設置第2 層的目的則是為了保證第1 層反濾層的安全運行。若只設1 層反濾就能夠滿足工程需要，則不需設置外層反濾。對于滲渠取水工程，反濾層不僅要滿足上述要求，還要根據(jù)滲渠取水對水質(zhì)的要求設置第2、第3 層反濾層，有時甚至要設置第4 層。

滲渠取水工程，由于反濾層下埋有集水管，管壁有進水孔眼，管外濾料顆粒粒徑必須大于管壁上孔眼直徑,才不至于使濾料進入集水管內(nèi)，保證出水水質(zhì)。該層濾料直徑一般較大，而又要滿足保護上一層濾料的要求，故須設置3 層，有時甚至設4 層，內(nèi)粗外細。

反濾層層厚的確定

反濾層每層的厚度應根據(jù)反濾料的級配、粒徑、料源、用途等因素綜合考慮確定。

反濾層的厚度應根據(jù)反濾料的級配、料源、用途、施工方法等情況綜合考慮確定。土石壩等大型水利工程的水平反濾層采用人工施工時，水平反濾層的最小厚度可采用30cm，垂直或傾斜反濾層的最小厚度可采用50cm。采用推土機平料時，最小水平寬度宜不小于3.0m。

滲渠取水工程的人工反濾層各層所需厚度看法不一，有的用經(jīng)驗公式，有的根據(jù)已有工程采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

對多處滲渠調(diào)查發(fā)現(xiàn)，實際生產(chǎn)中每層厚度多為200～300mm，上層細料較厚,下層粗料較薄。

反濾層含濾水層、滲水層的總稱，是盲溝降排水設施的重要環(huán)節(jié)，應正確做好濾水層和滲水層的顆粒分級和層次排列，以達到地下水流暢通而土壤中細顆粒不流失的目的。必須按層次，按厚度要求做到層次分明，一次施工完成。鋪埋反濾層時宜采用平板震搗器搗實，切不可采用碾壓，夯打等方法，以免影響通水效果。濾料本身要質(zhì)地堅硬，不風化，不水解，泥土和<0.1mm，顆粒含量≤3%.反濾層設計應根據(jù)土壤顆粒組成分析資料用反濾層關系曲線圖表選定。

由于土的滲透破壞特性與滲透水流向有直接關系，滲流方向不同，不但對反濾層要求的嚴格程度不同,而且反濾層層數(shù)的確定原則也不同。反濾層按其工作條件可以劃分為以下2 種類型：

Ⅰ型反濾層———反濾層位于被保護土層的下部，滲流方向主要由上向下。如斜墻后的反濾層，滲渠等滲濾取水構筑物的反濾層。

Ⅱ型反濾層———反濾層位于被保護土層的上部，滲流方向主要由下向上。如位于地基滲流逸出處的反濾層等。

減壓井、豎式排水體等構筑物的反濾層成垂直的形式，滲流方向水平，屬過渡型，可歸為Ⅰ型反濾層。

滲渠是水平鋪設在含水層中的集水管，用于集取淺層地下水，也可埋設在地表水體之下，埋深較小，上作人工反濾層，河水經(jīng)濾層過濾可達到濾沙凈水的要求。顯然,滲渠的反濾層屬Ⅰ型反濾層，其主要作用為“濾土”———濾除河水中泥沙顆粒，防止河床泥沙顆粒隨滲透水流進入滲渠，實現(xiàn)凈水目的；“排水”———河床滲透水順暢排入滲渠集水管，匯集引出使用，實現(xiàn)取水目的。

根據(jù)工程實際和濾層準則合理選擇反濾層類型，做到既經(jīng)濟又能保證建筑物的滲透穩(wěn)定，是工程中應解決關鍵問題。

反濾層的功能是濾土排水，要求既能防止壩體或壩基的被保護土隨滲流水析出，又能保證滲透水通暢排出，使壩體、壩基內(nèi)的滲流能量得以釋放，達到排水減壓效果。

眾所周知，對壩體、壩基的滲流控制基本準則是“上堵下排”，即采用上游防滲與下游排滲相結合的措施進行綜合防治。防滲體的功能主要是攔截滲流水、防止?jié)B漏、減少滲漏量或延長滲徑、減小滲流流速和滲透壓力，并承擔較高的滲壓水頭。毋容置疑，僅憑防滲措施以完全截斷滲流，往往不經(jīng)濟，也不可能，甚至是不科學的，因此必須采用適當?shù)呐潘礊V層，在阻止壩體與壩基土中細粒土隨滲流水析出的同時，又能順暢排除上游壩內(nèi)滲流水，降低下游壩體滲流位勢，使出口滲流呈無壓流態(tài)逸出。國內(nèi)外土石壩工程運行期滲流監(jiān)測資料表明，即使壩體或防滲體局部存在缺陷，甚至存有貫穿性裂縫，只要裂縫下游面反濾層的濾土排水性能良好，其薄弱部位在長期運行中并不會發(fā)展、惡化，反而會在壩體排水反濾層的保護下，隨著細粒土沿滲流通道沉積、固結，裂縫自行愈合。由此不難得出如下結論，保證滲透穩(wěn)定的關鍵措施應是保護滲流出口的反濾層。

滿足濾土排水設計要求的反濾層是保證土石壩滲透穩(wěn)定的一項主要基本設施，當壩體或防滲體存有裂縫或滲流破壞時，反濾層將防止裂縫在滲流水作用下產(chǎn)生沖蝕破壞進一步擴展，且由于細粒土在裂縫上游部位的不斷沉積、固結，裂縫會自行愈合。

1、施工準備的充分

在水利工程砂石反濾層在整體設計完成之后，就要進行組織施工，尤其要注意各方面的施工要點，在材料及主要機具的應用上，通過采用礫石、粗砂、磚、土工布、聚乙烯保護膜等，并且，在配置的過程中，配砂石材料不得含有草根、樹葉、塑料袋等雜物，含泥量不宜超過3%，保證砂石反濾層的更好滲透能力。在水利工程施工作業(yè)的時候，要嚴格按照施工的各項要求，在擋土墻上設置控制鋪筑厚度的標志，構成鮮明的指示作用，并且注意將墊層保持無水狀態(tài)，在水利工程的整體鋪筑之前，在具體組織上，形成多方單位的共同驗槽方式，針對水利施工中的軸線尺寸、水平標高等，圍繞砂石反濾層的整體效能，進行細致的前期分析。

2、施工工藝的推進

在水利工程砂石反濾層的組織施工中，要注重每一個施工工藝的環(huán)環(huán)相扣，通過巧妙的組織和施工安排，首先要檢驗砂石的質(zhì)量，進行細致的驗收，可以進行鋪筑砂石的細致功夫，將砂石拌和均勻，其質(zhì)量均應達到設計要求或規(guī)范的規(guī)定，在鋪筑砂石的施工工藝上，鋪筑過程的每層厚度控制在15～20 cm，可以采用平板振動機夯實。在這樣的基礎上，結合砂石反濾層的臺階傾斜度，破除容易塌落、不宜壓實等一些問題，回填壓實，更好的發(fā)揮出砂石反濾層的整體效能發(fā)揮。施工時應分層找平，夯壓密實；最后一層壓(夯)完成后，表面應拉線找平，并且要符合設計規(guī)定的標高。在這樣的基礎上，結合水利工程的整體施工特點，將砂石反濾層的應用原理用到具體的實際施工之中。

3、施工質(zhì)量的要點

在水利工程砂石反濾層的組織施工中，要注意各個環(huán)節(jié)的整體推進，回填砂石時，應注意保護好現(xiàn)場軸線樁、標準高程樁，防止碰撞位移，并應經(jīng)常復測。在具體施工完結之后，可以結合技術措施的應用，在不影響穩(wěn)定性能的前提下進行挖掘施工，并通過對砂石反濾層的原理掌握，施工中保證邊坡的穩(wěn)定，不要發(fā)生任何的坍塌現(xiàn)象，尤其是在夜間施工，要安排施工程序，配備足夠的照明設施，防止級配砂石不準或鋪筑超厚。

不論是黏性土，還是非黏性土，只要土顆粒相互擠緊，即被“壓實” ，就只能發(fā)生流土而不是管涌。發(fā)生流土，土料的結構首先要被破壞，其臨界條件取決于土體的應力狀態(tài)和破壞條件，而不單純是滲透力的作用。防滲料由于某種原因產(chǎn)生了裂縫，依靠反濾層的保護，裂縫會重新閉合或淤填并通過滲透固結而愈合。從而，回避了土體結構破壞條件的難題，允許用滲流通道的直徑以及通道中流動顆粒直徑的概念來設計反濾料的級配。將土分為“骨架粗料”和“填充細料”兩部分。“骨架粗料”是土體的承載骨架，不存在單純滲透力作用下的滲透變形穩(wěn)定問題。滲透變形穩(wěn)定問題只對“填充細料”提出。用反濾料的“填充細料”來保護被保護土的“填充細料”是反濾料設計的本質(zhì)。反濾層被認為是土石壩和堤防工程安全的第一道防線,在保證土壩和堤防工程安全運行中至關重要。反濾料的級配設計是土石壩設計的核心問題之一。設計反濾料的依據(jù)是防滲料。若需摻料，還應認真研究摻料后的特性，然后才是反濾料自身的設計?！赌雺菏酵潦瘔卧O計規(guī)范》已明確提出：用寬級配被保護土的“細粒部分”來設計寬級配反濾料的“細粒部分”的設計觀念。規(guī)范對反濾層提出了濾土、排水、保護被保護土裂后自愈的要求，但未強調(diào)反濾層應具有適應較大剪切變形的能力。客觀上，壩殼堆石體和心墻的變形模量常存在較大的差異，若其間的反濾層能承受較大的剪切變形，起到變形過渡的作用，無疑對保護防滲心墻的安全是有宜的。當然還可以增設過渡層。寬級配的反濾料當然比均勻級配的反濾料具有更好的適應剪切變形的能力。 若增設的過渡層過于均勻，可能也難以起到“剛度”過渡的作用。事實上，反濾料未必一定要級配均勻。中國魯布革水電站心墻壩的笫一層反濾料的不均勻系數(shù)達 12 以上，柴河心墻壩的第一層反濾料的不均勻系數(shù)達 48 。而在日本，反濾料的最大粒徑達 100～200 mm 的工程實例并不在少數(shù)，通過 # 200 篩（0.075 mm）的顆粒含量 η 0.075>5%的工程也不止一個。它們的不均勻系數(shù) 當然遠大于 5 。2100433B