反濾層反濾層功能

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(hù)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(dá)到排水減壓效果。

眾所周知，對(duì)壩體、壩基的滲流控制基本準(zhǔn)則是“上堵下排”，即采用上游防滲與下游排滲相結(jié)合的措施進(jìn)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(zhǎng)滲徑、減小滲流流速和滲透壓力，并承擔(dān)較高的滲壓水頭。毋容置疑，僅憑防滲措施以完全截?cái)酀B流，往往不經(jīng)濟(jì)，也不可能，甚至是不科學(xué)的，因此必須采用適當(dāng)?shù)呐潘礊V層，在阻止壩體與壩基土中細(xì)粒土隨滲流水析出的同時(shí)，又能順暢排除上游壩內(nèi)滲流水，降低下游壩體滲流位勢(shì)，使出口滲流呈無壓流態(tài)逸出。國內(nèi)外土石壩工程運(yùn)行期滲流監(jiān)測(cè)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(zhǎng)期運(yùn)行中并不會(huì)發(fā)展、惡化，反而會(huì)在壩體排水反濾層的保護(hù)下，隨著細(xì)粒土沿滲流通道沉積、固結(jié)，裂縫自行愈合。由此不難得出如下結(jié)論，保證滲透穩(wěn)定的關(guān)鍵措施應(yīng)是保護(hù)滲流出口的反濾層。

滿足濾土排水設(shè)計(jì)要求的反濾層是保證土石壩滲透穩(wěn)定的一項(xiàng)主要基本設(shè)施，當(dāng)壩體或防滲體存有裂縫或滲流破壞時(shí)，反濾層將防止裂縫在滲流水作用下產(chǎn)生沖蝕破壞進(jìn)一步擴(kuò)展，且由于細(xì)粒土在裂縫上游部位的不斷沉積、固結(jié)，裂縫會(huì)自行愈合。

反濾層一般是由1～3 層不同粒徑的非粘性土構(gòu)成,每層鋪設(shè)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(guān)系到反濾層本身的安全運(yùn)行問題。設(shè)置第1 層反濾層的目的是防止被保護(hù)土的滲透變形和流失，設(shè)置第2 層的目的則是為了保證第1 層反濾層的安全運(yùn)行。若只設(shè)1 層反濾就能夠滿足工程需要，則不需設(shè)置外層反濾。對(duì)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(duì)水質(zhì)的要求設(shè)置第2、第3 層反濾層，有時(shí)甚至要設(shè)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(jìn)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(jìn)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(hù)上一層濾料的要求，故須設(shè)置3 層，有時(shí)甚至設(shè)4 層，內(nèi)粗外細(xì)。

反濾層層厚的確定

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

反濾層的厚度應(yīng)根據(jù)反濾料的級(jí)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(shí)，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(jī)平料時(shí)，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(yàn)公式，有的根據(jù)已有工程采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

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

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

（2）每一層內(nèi)的顆粒不應(yīng)發(fā)生移動(dòng)。

（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(yīng)具有耐久性，不會(huì)因凍融過程、生物及化學(xué)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(yīng)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(dǎo)致濾層堵塞。

由于土的滲透破壞特性與滲透水流向有直接關(guān)系，滲流方向不同，不但對(duì)反濾層要求的嚴(yán)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(hù)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(gòu)筑物的反濾層。

Ⅱ型反濾層———反濾層位于被保護(hù)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(gòu)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(shè)在含水層中的集水管，用于集取淺層地下水，也可埋設(shè)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(dá)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(jìn)入滲渠，實(shí)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(shí)現(xiàn)取水目的。

根據(jù)工程實(shí)際和濾層準(zhǔn)則合理選擇反濾層類型，做到既經(jīng)濟(jì)又能保證建筑物的滲透穩(wěn)定，是工程中應(yīng)解決關(guān)鍵問題。

反濾層含濾水層、滲水層的總稱，是盲溝降排水設(shè)施的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)正確做好濾水層和滲水層的顆粒分級(jí)和層次排列，以達(dá)到地下水流暢通而土壤中細(xì)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(shí)宜采用平板震搗器搗實(shí)，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(jiān)硬，不風(fēng)化，不水解，泥土和<0.1mm，顆粒含量≤3%.反濾層設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)土壤顆粒組成分析資料用反濾層關(guān)系曲線圖表選定。

1、施工準(zhǔn)備的充分

在水利工程砂石反濾層在整體設(shè)計(jì)完成之后，就要進(jìn)行組織施工，尤其要注意各方面的施工要點(diǎn)，在材料及主要機(jī)具的應(yīng)用上，通過采用礫石、粗砂、磚、土工布、聚乙烯保護(hù)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(shí)候，要嚴(yán)格按照施工的各項(xiàng)要求，在擋土墻上設(shè)置控制鋪筑厚度的標(biāo)志，構(gòu)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(yàn)槽方式，針對(duì)水利施工中的軸線尺寸、水平標(biāo)高等，圍繞砂石反濾層的整體效能，進(jìn)行細(xì)致的前期分析。

2、施工工藝的推進(jìn)

在水利工程砂石反濾層的組織施工中，要注重每一個(gè)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(yàn)砂石的質(zhì)量，進(jìn)行細(xì)致的驗(yàn)收，可以進(jìn)行鋪筑砂石的細(xì)致功夫，將砂石拌和均勻，其質(zhì)量均應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)夯實(shí)。在這樣的基礎(chǔ)上，結(jié)合砂石反濾層的臺(tái)階傾斜度，破除容易塌落、不宜壓實(shí)等一些問題，回填壓實(shí)，更好的發(fā)揮出砂石反濾層的整體效能發(fā)揮。施工時(shí)應(yīng)分層找平，夯壓密實(shí)；最后一層壓(夯)完成后，表面應(yīng)拉線找平，并且要符合設(shè)計(jì)規(guī)定的標(biāo)高。在這樣的基礎(chǔ)上，結(jié)合水利工程的整體施工特點(diǎn)，將砂石反濾層的應(yīng)用原理用到具體的實(shí)際施工之中。

3、施工質(zhì)量的要點(diǎn)

在水利工程砂石反濾層的組織施工中，要注意各個(gè)環(huán)節(jié)的整體推進(jìn)，回填砂石時(shí)，應(yīng)注意保護(hù)好現(xiàn)場(chǎng)軸線樁、標(biāo)準(zhǔn)高程樁，防止碰撞位移，并應(yīng)經(jīng)常復(fù)測(cè)。在具體施工完結(jié)之后，可以結(jié)合技術(shù)措施的應(yīng)用，在不影響穩(wěn)定性能的前提下進(jìn)行挖掘施工，并通過對(duì)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(shè)施，防止級(jí)配砂石不準(zhǔn)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(shí)” ，就只能發(fā)生流土而不是管涌。發(fā)生流土，土料的結(jié)構(gòu)首先要被破壞，其臨界條件取決于土體的應(yīng)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(hù)，裂縫會(huì)重新閉合或淤填并通過滲透固結(jié)而愈合。從而，回避了土體結(jié)構(gòu)破壞條件的難題，允許用滲流通道的直徑以及通道中流動(dòng)顆粒直徑的概念來設(shè)計(jì)反濾料的級(jí)配。將土分為“骨架粗料”和“填充細(xì)料”兩部分?！肮羌艽至稀笔峭馏w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(duì)“填充細(xì)料”提出。用反濾料的“填充細(xì)料”來保護(hù)被保護(hù)土的“填充細(xì)料”是反濾料設(shè)計(jì)的本質(zhì)。反濾層被認(rèn)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(yùn)行中至關(guān)重要。反濾料的級(jí)配設(shè)計(jì)是土石壩設(shè)計(jì)的核心問題之一。設(shè)計(jì)反濾料的依據(jù)是防滲料。若需摻料，還應(yīng)認(rèn)真研究摻料后的特性，然后才是反濾料自身的設(shè)計(jì)。《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》已明確提出：用寬級(jí)配被保護(hù)土的“細(xì)粒部分”來設(shè)計(jì)寬級(jí)配反濾料的“細(xì)粒部分”的設(shè)計(jì)觀念。規(guī)范對(duì)反濾層提出了濾土、排水、保護(hù)被保護(hù)土裂后自愈的要求，但未強(qiáng)調(diào)反濾層應(yīng)具有適應(yīng)較大剪切變形的能力?？陀^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(duì)保護(hù)防滲心墻的安全是有宜的。當(dāng)然還可以增設(shè)過渡層。寬級(jí)配的反濾料當(dāng)然比均勻級(jí)配的反濾料具有更好的適應(yīng)剪切變形的能力。 若增設(shè)的過渡層過于均勻，可能也難以起到“剛度”過渡的作用。事實(shí)上，反濾料未必一定要級(jí)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(dá) 12 以上，柴河心墻壩的第一層反濾料的不均勻系數(shù)達(dá) 48 。而在日本，反濾料的最大粒徑達(dá) 100～200 mm 的工程實(shí)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(gè)。它們的不均勻系數(shù) 當(dāng)然遠(yuǎn)大于 5 。2100433B