反滤层(inverted layer)也叫反滤包,是指在
大口井或
渗渠进水处铺设的粒径沿水流方向由细到粗的
级配砂砾层。反滤层是由2-4层
颗粒大小不同的砂、碎石或卵石等材料做成的,顺着水流的方向颗粒逐渐增大,任一层的颗粒都不允许穿过相邻较粗一层的孔隙。同一层的颗粒也不能产生相对移动。设置反滤层后
渗透水流出时就带不走堤坝体或地基中的土壤,从而可防止
管涌和
流土的发生。反滤层常设于土石等材料修筑的堤坝或
透水地基上,也常用于防汛中处理管涌、流土等险情。
介绍
反滤层含滤水层、渗水层的总称,是
盲沟降
排水设施的重要环节,应正确做好滤水层和渗水层的
颗粒分级和层次排列,以达到地下水流畅通而土壤中
细颗粒不流失的目的。必须按层次,按厚度要求做到层次分明,一次施工完成。铺埋反滤层时宜采用平板震捣器捣实,切不可采用碾压,夯打等方法,以免影响通水效果。滤料本身要质地坚硬,不风化,不水解,泥土和<0.1mm,颗粒含量≤3%.反滤层设计应根据
土壤颗粒组成分析资料用反滤层关系曲线图表选定。
分类
由于土的
渗透破坏特性与渗透水流向有直接关系,渗流方向不同,不但对反滤层要求的严格程度不同,而且反滤层层数的确定原则也不同。反滤层按其
工作条件可以划分为以下2 种类型:
Ⅰ型反滤层———反滤层位于被保护土层的下部,渗流方向主要由上向下。如
斜墙后的反滤层,
渗渠等渗滤
取水构筑物的反滤层。
Ⅱ型反滤层———反滤层位于被保护土层的上部,渗流方向主要由下向上。如位于地基渗流逸出处的反滤层等。
减压井、
竖式排水体等构筑物的反滤层成垂直的形式,渗流方向水平,属
过渡型,可归为Ⅰ型反滤层。
渗渠是水平铺设在
含水层中的集水管,用于集取
浅层地下水,也可埋设在
地表水体之下,埋深较小,上作人工反
滤层,河水经滤层过滤可达到滤沙净水的要求。显然,渗渠的反滤层属Ⅰ型反滤层,其主要作用为“滤土”———滤除河水中泥沙颗粒,防止河床泥沙颗粒随
渗透水流进入渗渠,实现净水目的;“排水”———河床渗透水顺畅排入渗渠集水管,汇集引出使用,实现取水目的。
根据工程实际和滤层准则合理选择反滤层类型,做到既经济又能保证建筑物的渗透稳定,是工程中应解决关键问题。
要求
为了保证砂石反滤层的“滤土”和“排水”功能,工程中反滤层必须满足下列条件:
(1)被保护土层不发生
渗透变形,反滤层某一颗粒不应穿过相邻的粒径较大层的孔隙,反滤料本身应为非管涌材料。
(2)每一层内的颗粒不应发生移动。
(3)允许颗粒含量低于5 %的小于0. 1mm 粒径的小颗粒被渗流带走,不影响
土骨架稳定,但不得堵塞反滤层孔隙。
(4)组成反滤层的砂石颗粒应具有
耐久性,不会因
冻融过程、生物及化学
物质的侵蚀而改变反滤层的性质。
(5)组成反滤层的砂石颗粒应是清洁的无粘性颗粒,不得含有杂草等易腐烂的物质而导致滤层堵塞。
构造
反滤层一般是由1~3 层不同粒径的非粘性土构成,每层铺设得大体与渗流正交,其粒径随渗流的方向而增大。
层数的确定
反滤层层数直接关系到反滤层本身的安全运行问题。设置第1 层反滤层的目的是防止被保护土的渗透变形和流失,设置第2 层的目的则是为了保证第1 层反滤层的安全运行。若只设1 层反滤就能够满足工程需要,则不需设置外层反滤。对于渗渠取水工程,反滤层不仅要满足上述要求,还要根据渗渠取水对水质的要求设置第2、第3 层反滤层,有时甚至要设置第4 层。
渗渠取
水工程,由于反滤层下埋有集水管,管壁有进水孔眼,管外滤料颗粒粒径必须大于管壁上孔眼直径,才不至于使滤料进入集水管内,保证出水水质。该层滤料直径一般较大,而又要满足保护上一层滤料的要求,故须设置3 层,有时甚至设4 层,内粗外细。
层厚的确定
反滤层每层的厚度应根据反滤料的
级配、粒径、料源、用途等因素综合考虑确定。
反滤层的厚度应根据反滤料的级配、料源、用途、
施工方法等情况综合考虑确定。土石坝等大型水利工程的水平反滤层采用人工施工时,水平反滤层的
最小厚度可采用30cm,垂直或倾斜反滤层的最小厚度可采用50cm。采用
推土机平料时,最小水平宽度宜不小于3.0m。
渗渠取水工程的人工反滤层各层所需厚度看法不一,有的用
经验公式,有的根据已有工程采用经验数据。
对多处渗渠调查发现,实际生产中每层厚度多为200~300mm,上层
细料较厚,下层粗料较薄。
功能
反滤层的功能是滤土排水,要求既能防止
坝体或
坝基的被保护土随
渗流水析出,又能保证渗透水通畅排出,使坝体、坝基内的渗流能量得以释放,达到排水减压效果。
众所周知,对坝体、坝基的
渗流控制
基本准则是“上堵下排”,即采用上游防渗与下游排渗相结合的措施进行
综合防治。
防渗体的功能主要是拦截渗流水、防止渗漏、减少渗漏量或延长
渗径、减小渗流流速和
渗透压力,并承担较高的渗压水头。毋容置疑,仅凭防渗措施以完全截断渗流,往往不经济,也不可能,甚至是不科学的,因此必须采用适当的排水反滤层,在阻止坝体与坝基土中
细粒土随渗流水析出的同时,又能顺畅排除上游坝内渗流水,降低下游坝体渗流
位势,使出口渗流呈无压
流态逸出。国内外
土石坝工程运行期渗流监测资料表明,即使坝体或防渗体局部存在缺陷,甚至存有
贯穿性裂缝,只要裂缝下游面反滤层的滤土排水性能良好,其薄弱部位在长期运行中并不会发展、恶化,反而会在坝体排水反滤层的保护下,随着细粒土沿渗流通道沉积、固结,裂缝自行愈合。由此不难得出如下结论,保证
渗透稳定的关键措施应是保护渗流出口的反滤层。
满足滤土
排水设计要求的反滤层是保证土石坝渗透稳定的一项主要基本设施,当坝体或防渗体存有裂缝或
渗流破坏时,反滤层将防止裂缝在渗
流水作用下产生冲蚀破坏进一步扩展,且由于细粒土在裂缝上游部位的不断沉积、固结,裂缝会自行愈合。
施工组织
在水利工程
砂石反滤层在
整体设计完成之后,就要进行组织施工,尤其要注意各方面的施工要点,在材料及主要机具的应用上,通过采用
砾石、
粗砂、砖、
土工布、
聚乙烯保护膜等,并且,在配置的过程中,配砂石材料不得含有草根、
树叶、塑料袋等杂物,含泥量不宜超过3%,保证砂石反滤层的更好渗透能力。在
水利工程施工作业的时候,要严格按照施工的各项要求,在挡土墙上设置控制铺筑厚度的标志,构成鲜明的
指示作用,并且注意将
垫层保持无水状态,在水利工程的整体铺筑之前,在具体组织上,形成多方单位的共同验槽方式,针对水利施工中的轴线尺寸、水平标高等,围绕砂石反滤层的整体效能,进行细致的
前期分析。
2、施工工艺的推进
在水利工程砂石反滤层的组织施工中,要注重每一个施工工艺的环环相扣,通过巧妙的组织和施工安排,首先要检验砂石的质量,进行细致的验收,可以进行铺筑砂石的细致功夫,将砂石拌和均匀,其质量
均应达到设计要求或规范的规定,在铺筑砂石的施工工艺上,铺筑过程的每层
厚度控制在15~20 cm,可以采用平板
振动机夯实。在这样的基础上,结合砂石反滤层的台阶
倾斜度,破除容易塌落、不宜压实等一些问题,回填压实,更好的发挥出砂石反滤层的整体效能发挥。施工时应分层找平,夯压密实;最后一
层压(夯)完成后,表面应拉线找平,并且要符合设计规定的标高。在这样的基础上,结合水利工程的整体施工特点,将砂石反滤层的应用原理用到具体的实际施工之中。
3、施工质量的要点
在水利工程砂石反滤层的组织施工中,要注意各个环节的整体推进,回填砂石时,应注意保护好现场轴线桩、标准高程桩,防止碰撞位移,并应经常复测。在具体施工完结之后,可以结合
技术措施的应用,在不影响稳定性能的前提下进行挖掘施工,并通过对砂石反滤层的原理掌握,施工中保证边坡的稳定,不要发生任何的坍塌现象,尤其是在夜间施工,要安排
施工程序,配备足够的
照明设施,防止
级配砂石不准或铺筑超厚。