淺析土石壩樞紐設(shè)計方法

周太鵬

摘 要：土石壩樞紐的設(shè)計工作對于土石壩施工工程質(zhì)量有著關(guān)鍵的影響，需要設(shè)計技術(shù)人員從多方面考慮影響其設(shè)計的因素，并針對實際情況分析解決的方法與策略。該文作者就自己工作中的一點經(jīng)驗，談一下對土石壩樞紐設(shè)計的一些淺顯的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：水利設(shè)計 土石壩樞紐 資料搜集 設(shè)計方法

中圖分類號：TV641-5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0082-02

1 土石壩樞紐設(shè)計的準(zhǔn)備工作

1.1 基本資料的采集

任何設(shè)計開始之前，都要進(jìn)行資料的收集，水庫土石壩樞紐設(shè)計也不例外。設(shè)計的好壞、適宜與否，直接影響著水庫樞紐工程質(zhì)量和工程造價，嚴(yán)重時，對樞紐的功能也會產(chǎn)生影響。所以在設(shè)計開始之前，必須進(jìn)行實地考察，收集當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒌刭|(zhì)、水質(zhì)、氣象等資料，為水庫樞紐的設(shè)計提供基礎(chǔ)的理論依據(jù)，設(shè)計人員應(yīng)充分利用這些數(shù)據(jù)，確保設(shè)計的科學(xué)性與合理性。

（1）地形資料。這里說的地形資料就是指在何處選擇壩址，水庫建筑的整體布局及施工方案的內(nèi)容。地形資料在水庫樞紐施工過程中以地形圖體現(xiàn)出現(xiàn)，壩址的地形圖比例以1：500或1：1000居多，有時也根據(jù)特殊要求放大或縮小比例。而庫區(qū)的地形圖比例沒有特定要求，根據(jù)庫區(qū)設(shè)計大小而定，小型水庫以1：l000或1：2000居多，中型水庫一般采用1：5000或1：10000的比例。

（2）庫區(qū)和壩址的工程的地質(zhì)及水文地質(zhì)資料。土石壩樞紐建設(shè)過程中，要充分考慮地質(zhì)條件，施工前需聘請專業(yè)技術(shù)人員嚴(yán)格考察，任何一項地質(zhì)條件的差異都可能影響水庫壩址的選擇與布局，如壩址附近土壤的力學(xué)性質(zhì)、構(gòu)造與風(fēng)化程度，河床覆蓋層的厚度等。選址適宜的同時，還要考慮氣象條件對施工的影響，如氣溫、降雨量、風(fēng)速等資料。

（3）水利計算資料和建筑材料的分析。在進(jìn)行水庫規(guī)劃設(shè)計時，設(shè)計人員需要根據(jù)壩址的實際位置，了解其河水的水位、流量與泥沙情況及壩區(qū)附近的土、砂、石料的分布情況、儲量、物理力學(xué)性質(zhì)以及運輸條件和單價等資料，這些內(nèi)容都是設(shè)計中必須考慮到的外在物理因素。

1.2 軸線選擇

壩軸線的選擇是土石壩樞紐設(shè)計一個關(guān)鍵的過程。壩軸線選擇不是很隨意的，需要充分考慮當(dāng)?shù)貙嶋H的地質(zhì)、地形等環(huán)境因素，施工規(guī)模與施工過程的基礎(chǔ)條件，再結(jié)合水利樞紐的布置、水庫淹沒情況和經(jīng)濟(jì)條件等因素而確定。具體要求如下。

（1）地形條件。如果地形條件適宜，盡可能選擇壩軸線較短，河谷較窄的位置，方便于建造泄水建筑物，且壩岸兩端的厚度要盡可能滿足施工要求，便于施工操作，保證施工安全。

（2）地質(zhì)條件。對于土石壩建壩區(qū)域，盡量選擇透水性較小的地基位置，透水性過強不利于建壩。一般以選擇整塊的巖石或堅實的地層上，如以黏、壤土或巖基居多。

（3）筑壩材料及樞紐布置。土石壩樞紐施工過程，要保證其建筑材料用料充足，能夠及時運送，不影響施工工期。同時，對于樞紐所需的泄洪洞、發(fā)電站等也要便于建筑施工，且各建筑物施工要能同時進(jìn)行，互不干擾，以便于施工進(jìn)度的保證，使得工程順利竣工使用。

2 土石壩樞紐組成及布置

2.1 樞紐組成

樞紐建筑物以土石壩為主體，并包括有泄洪建筑物（比如溢洪道、泄洪洞等）、水電廠房、發(fā)電引水建筑物、排砂建筑物、開關(guān)站、工業(yè)用水引水建筑物、灌溉引水建筑物、放空水庫的泄水建筑物、施工導(dǎo)流建筑物等。

2.2 樞紐布置原則

由于土石壩樞紐建筑物由多種功能的建筑物組成，有一項建筑物不完成，都可能影響土石壩樞紐工程的正常運行。所以，在進(jìn)行設(shè)計樞紐布置時，第一點要考慮施工過程安全，其次要考慮各建筑物能同時施工，互不干擾，便于管理，最大限度的加快施工進(jìn)度，最后要考慮整個施工的經(jīng)濟(jì)分配合理，在保證質(zhì)量與用途的前提下，最大限度的降低施工資金。在滿足以上原則的基礎(chǔ)上，可以設(shè)計出多種施工方案，需要技術(shù)人員對不同的施工設(shè)計方案進(jìn)行比較，選擇經(jīng)濟(jì)、適用、合理的方案進(jìn)行實施。在設(shè)計過程中，還遵守以下原則。

（1）泄洪建筑物的設(shè)計是整個樞紐設(shè)計的關(guān)鍵，對其形式的選擇，要充分考慮滿足其使用條件與要求，其次要考慮其主要泄洪建筑物盡量采用開敞式溢洪道的形式，最后經(jīng)過技術(shù)比較與分析，結(jié)合實際的經(jīng)濟(jì)效益情況，確定最終方案。

（2）泄水引水建筑物的穩(wěn)定性對于樞紐工程設(shè)計的影響也很重要，設(shè)計時，要充分考慮水流的沖擊力，保證泄水引水建筑物進(jìn)口附近的岸坡的穩(wěn)定性，做好防護(hù)，防止其被沖垮。對于泥沙多的河流，還需要建設(shè)排砂建筑物，同時，在進(jìn)水口采取防淤措施。為保證壩體安全，對于壩坡也應(yīng)有適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，避免大量的平行水流沖刷壩坡，帶來安全隱患。

2.3 不同地區(qū)的樞紐布置

土石壩樞紐布置一般分為高山區(qū)、丘陵區(qū)及平原河道區(qū)3種。

（1）高山深谷區(qū)布置。高山深谷區(qū)的特點是河谷很窄，山坡陡峻，山脊高。若將土壩布置在順直河段，工程量較大，耗時耗力，一般不采用。這樣的區(qū)域多選擇將壩布置在彎曲河道上，在凸岸布置引水洞、泄洪洞、溢洪道，這樣可以縮短長度，減少工程量。但一般來說凸岸山梁單薄，巖石風(fēng)化深，用其擋水存在較大的安全隱患，故需要采取措施進(jìn)行加固，使山體更穩(wěn)定，延長樞紐工程的使用壽命。

（2）丘陵區(qū)的樞紐布置。丘陵地帶的特點是河谷相對開闊，山坡平緩，便于樞紐布置，建筑物建設(shè)的干擾情況也幾乎沒有。這樣的區(qū)域，需盡可能使溢洪道遠(yuǎn)離壩肩，即將溢洪道布置在不同于引水洞和廠房及泄洪洞布置的一端。

（3）平原河道樞紐布置。平原河道的特點是相對順直，為降低工程量，盡量在順直河段的低水頭樞紐布置中，設(shè)混凝土溢流壩段、廠房壩段，與土石壩銜接，防止在順直河段建變道以滿足溢洪道的要求。

3 土石壩的剖面和構(gòu)造endprint

3.1 土石壩基本尺寸

（1）壩坡。壩坡應(yīng)綜合考慮壩型、壩高、壩的級別、壩體及壩基材料的性質(zhì)、荷載、施工和運用條件等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。土質(zhì)防滲體土石壩、瀝青混凝土心墻和面板壩可參照已建成壩的經(jīng)驗或近似方法初步擬定壩坡，最終壩坡須經(jīng)穩(wěn)定計算確定。常用土石壩壩坡一般在1∶2～1∶4 之間。土石壩上下游邊坡應(yīng)根據(jù)壩面排水、檢修、觀測、道路、增加護(hù)坡和壩基穩(wěn)定等不同需要設(shè)置馬道，馬道一般寬為1.5 m～ 2.0 m，下游壩坡可設(shè)置斜馬道。

（2）壩頂高程。壩頂高程根據(jù)正常運用和非常運用的靜水位加相應(yīng)的超高y予以確定，壩頂設(shè)防浪墻時，壩頂超高可改為防浪墻頂?shù)囊?，但此時在正常運用條件下，壩頂應(yīng)高出靜水位0.5 m，在非常運用條件下，壩頂應(yīng)不低于靜水位。應(yīng)該指出，這里計算的壩頂高程是指壩體沉降穩(wěn)定后的數(shù)值。因此，竣工時的壩頂高程還應(yīng)有足夠的預(yù)留沉陷值。

（3）壩頂寬度。壩頂寬度的確定應(yīng)綜合考慮構(gòu)造、施工、運行、抗震等因素。如無特殊要求，高壩的最小壩頂寬度可選用10 m～15 m，中低壩可選用5～10 m，壩的級別高時應(yīng)選大值，反之選小值。

3.2 壩的防滲體

作為壩的防滲體的材料有土質(zhì)防滲體和人工材料防滲體，其中人工材料防滲體用得最多的是土質(zhì)防滲體。土質(zhì)防滲體分區(qū)壩的防滲體斷面尺寸應(yīng)根據(jù)防滲土料的質(zhì)量（如允許滲透比降、塑性、抗裂性能等），防滲土料的數(shù)量和施工難易程度，防滲體下面壩基的性質(zhì)及處理措施，防滲土料與壩殼材料單價比值等因素研究確定。設(shè)計地震烈度為8度、9度的地區(qū)可適當(dāng)加厚。土質(zhì)防滲體斷面應(yīng)滿足滲透比降、下游浸潤線和滲透流量的要求。應(yīng)自上而下逐漸加厚，頂部的水平寬度不宜小于3.0 m；底部厚度，斜墻不宜小于水頭的1/5，心墻不宜小于水頭的1/4。

4 結(jié)語

綜上，進(jìn)行土石壩樞紐設(shè)計施工時，必須充分考慮地形、地質(zhì)條件，在滿足使用條件的情況下，多方面考慮，尋找經(jīng)濟(jì)適用的設(shè)計方案，以保證施工質(zhì)量。土石壩樞紐設(shè)計工作需要技術(shù)人員不斷的研究，才能適應(yīng)社會的發(fā)展需求。

參考文獻(xiàn)

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