如何设置可靠的反滤层？

保护没有裂缝的心墙斜墙黏性土所用的反滤料，只要黏性土与反滤料的接触面上的黏性土在渗流作用下不发生较深的剥落，就满足要求。因此，细砾石就可作心墙、斜墙黏性土的反滤料。例如，当心墙斜墙为黏土（塑性指数大于7）时，第一层反滤料可选用不均匀系数（D60/D10）为4～10，中值粒径（D50）为小于12.5～25mm的砾石。当心墙斜墙为砂质壤土（塑性指数为3～6）时，第一层反滤料可选用不均匀系数为4～10，中值粒径为小于8～16mm的砾石。详细计算方法和曲线可参阅《土坝设计》上册第六章第十三节之四。

如果心墙斜墙黏性土发生了裂缝，保护裂缝中黏土所用的反滤料要求就严格得多。这种反滤料的科学试验到近十年来才开展起来。由于裂缝缝壁的黏土被拉开或错断而变得疏松，而且通过裂缝的水流流速远比渗透流速为大，因而缝壁黏土易被冲刷流失。下游面反滤层要保护缝壁黏土，它承受的水力比降比保护砂卵石所承受的水力比降为大。技术要求就更为复杂，上游面反滤料要能够进入裂缝，把裂缝充填并逐步密实，使裂缝能够 “自愈”。所以上游面反滤料应该用颗粒较细的无黏性的砂料，使其能很容易塌落进入裂缝。近年来我国科研单位对保护裂缝的反滤料作了一些试验研究。但对于高水力比降、长期的、受震动的情况尚缺乏研究。作者认为，可以用保护无黏性土料的反滤层设计准则来计算有裂缝的黏性填土的第一层反滤。

保护无黏性土的反滤层设计准则有多种，常用的有以下几种。

1.太沙基 （Terzaghi）准则 （1922 年）——颗粒均匀的反滤料

2.美国水道试验站准则 （1941 年，1948 年）——级配良好的砂砾石反滤料

要求反滤料级配曲线基本上与被保护土料级配曲线平行。

3.美国陆军工程师团准则——颗粒均匀的反滤料

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4.美国垦务局准则 （1947 年）——混合的良好级配反滤层

以上各式中，D 为反滤料的粒径，d 为被保护土的粒径。

一般砂质黏土的d85＝0.03mm 左右，如用陆军工程师团准则，反滤料的D15应小于0.15mm，就可以保护疏松的缝壁黏土不流失。这种黏土的d15＝0.005mm 左右，用上述准则，反滤料的D15应大于0.025mm。据此应选择细砂作第一层反滤。上游面反滤层虽无保护缝壁黏土的要求，但要求能进入裂缝，所以第一层反滤也用细砂。

对于心墙堆石坝或斜墙堆石坝，为了控制地震裂缝不发生管涌，下游面需要3 层反滤：第一层细砂至中砂，第二层粗砂至20mm砾石，第三层80～100mm卵石。还要有一层小碎石过渡，以免卵石进入堆石孔隙中去。上游面反滤可减少一层。

在强地震区，土石坝的反滤层厚度要增大，以免振动错断，每层反滤层的水平厚度一般为2.5～3.0m，这也是大型自卸汽车卸料需要的宽度。

强地震区的日本高濑坝在黏土心墙上下游面设置了较厚的反滤层和过渡层，如图9.7所示。

美国1971 年建成的西达泉（Cedar Springs）坝，位于加利福尼亚州。该坝的上游坝壳底部有平行于坝轴线方向的几条断层，据认为是活动性的。为了使心墙减少地震裂缝的可能性，采用高塑性黏土填筑心墙，并加宽坝顶。采用优良级配的砂、砾石作反滤层和过渡层，反滤层厚度加大，以保护可能裂缝的黏土心墙。详见9.6.2.2 节。

美国1975 年建成的洛杉矶水库土坝，位于圣费尔南多下坝的上游，用以代替1971 年地震毁坏了的圣费尔南多下坝 （见8.7 节）。美国海岸和大地测量局 （USGS）估计，未来可能遇到的地震会使坝基岩层发生竖向位移274cm，水平位移100cm。设计考虑了这些因素，采用高塑性黏土宽心墙坝，坝壳采用砾质土碾压密实，下游区填筑较厚的卵石支撑排水棱体。上游坝坡1∶3.5，下游坝坡1∶3。在下游坝壳的上部填以黏土顶盖，以防漫坝水流冲蚀。作者认为，虽然赫布根坝地震涌浪漫坝4 次，黏性土坝坡没有严重冲刷，是由于漫坝流量不大。实际上黏性土抗冲刷能力有限，不如采用加筋卵石或加筋末端焊钢筋网保护坡面卵石堆石，其抗冲刷能力很强。例如澳大利亚1971 年修建奥得 （Ord）斜心墙堆石坝，填筑到28m高时，按照设计，用加筋堆石焊钢筋网保护。汛期坝顶过洪，水深10.5m，单宽流量46m3/s，过水后完好无损。如钢筋网喷混凝土或浇筑混凝土防锈，可作为永久性工程坝顶坝坡漫水的工程措施。