如何全方位思考堤壩的設(shè)計(jì)方式和選取方案

賈志強(qiáng)

【摘 要】本文在簡(jiǎn)單介紹堤壩工程設(shè)計(jì)相關(guān)情況的基礎(chǔ)上，從多個(gè)方面對(duì)如何做好設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了分析，以便為實(shí)際工作的有效開(kāi)展提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】堤壩；工程設(shè)計(jì)；相關(guān)問(wèn)題

【Abstract】In this paper， a brief introduction dam engineering design， based on the relevant circumstances， in many ways on how to do the design work is analyzed in order to provide reference for the effective implementation of the actual work.

【Key words】Dam；Engineering design；Related issues

1. 引言

臨水而居在古今中外都是人們選擇居住環(huán)境的主要原則，但同時(shí)水火無(wú)情，與水有關(guān)的各種天災(zāi)人禍都會(huì)造成嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。改革開(kāi)放后，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)得到了飛速的發(fā)展，尤其是臨近水道的城市，更是因?yàn)楹竭\(yùn)之便而在短時(shí)間內(nèi)迅速崛起，人口的涌入一方面加速了城市建設(shè)，另一方面也對(duì)水利工程的設(shè)計(jì)者和建設(shè)者提出了更高的要求，這點(diǎn)在城區(qū)段河道堤壩治理工作中表現(xiàn)的尤為突出。對(duì)于堤壩工程的設(shè)計(jì)者而言，不僅要考慮項(xiàng)目自身使用功能的有效實(shí)現(xiàn)，還要兼顧河道規(guī)劃與占地問(wèn)題，任務(wù)較以往更為繁重，所以在這樣的時(shí)代背景下，對(duì)堤壩工程設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行討論，就具有了較高的理論和實(shí)踐意義。

2. 堤壩工程的常見(jiàn)形式

（1）項(xiàng)目所在位置是堤壩結(jié)構(gòu)形式選擇的主要依據(jù)，同時(shí)還會(huì)兼顧施工所在地附近的材料供應(yīng)問(wèn)題，最終確定的結(jié)構(gòu)形式可以說(shuō)是在全面考慮地質(zhì)條件、所在位置、風(fēng)浪特性、建材供應(yīng)、運(yùn)管要求、項(xiàng)目造價(jià)、景觀建設(shè)等諸多因素后的結(jié)果，以便滿足技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的需求。

（2）根據(jù)建材的不同，堤壩可分為石堤、土堤、鋼筋混凝土防洪墻、混凝土堤、混合材料堤等多種類型；根據(jù)其斷面形式的不同，可分為直墻式、斜坡式、復(fù)合式等類型。

（3）一般來(lái)說(shuō)，在非城鎮(zhèn)地區(qū)如湖積平原、沖擊平原等地會(huì)采用均質(zhì)黏土壩；在石材豐富、洪水迅速消長(zhǎng)、河床比降大的地區(qū)，多會(huì)采用砌石防沖結(jié)構(gòu)的卵石堤或土堤；在平原城鎮(zhèn)等人口密集地區(qū)，多會(huì)在兼顧土地占用、材料供應(yīng)等問(wèn)題的基礎(chǔ)上，采用直墻式堤，另外，也可能根據(jù)景觀建設(shè)等要求另外選擇結(jié)構(gòu)形式。

（4）斜坡式結(jié)構(gòu)一般用于護(hù)岸工程中，但是在山區(qū)城鎮(zhèn)，則會(huì)因岸坡抗淘刷、抗沖能力不足、穩(wěn)定性較差等因素選擇擋墻式結(jié)構(gòu)。在加固已建成土堤的過(guò)程中，除采用土料填筑外，也可以通過(guò)防浪墻的設(shè)置來(lái)滿足增高的需求。

3. 堤線的設(shè)置與選擇

（1）堤線的設(shè)置與選擇直接影響著工程建設(shè)的合理性及使用功能能否得到充分發(fā)揮，并在很大程度上決定著項(xiàng)目的總投資。因此在開(kāi)展此項(xiàng)工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在全面了解地貌、地形、地質(zhì)條件、地勢(shì)、防洪要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合擬建建筑的施工條件、結(jié)構(gòu)形式、所在位置以及河流的歷史演變等問(wèn)題，分析下伏地層的地質(zhì)情況，在經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)與技術(shù)可行性討論后方可最終確定。

（2）堤壩的位置應(yīng)注意避開(kāi)沉積、淤灘、崩岸、泛灘等區(qū)域，雖然這些區(qū)域相對(duì)較高，但以往是河道過(guò)水部分，下伏層多由卵礫層、淤泥構(gòu)成，擁有較強(qiáng)的透水性能，穩(wěn)定性較差。這樣就會(huì)在很大程度上增加開(kāi)挖、壓填、防滲處理的工作量與工作時(shí)間，技術(shù)與經(jīng)濟(jì)可行性不足。

（3）大多數(shù)河堤都毗鄰居民區(qū)，堤線的改變較為困難，所以設(shè)計(jì)人員除合理選擇堤型外，還要兼顧土地占用等問(wèn)題，并為防洪留有余地。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)在堅(jiān)持就地取材、因地制宜原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合項(xiàng)目所在地的實(shí)際情況，選擇經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性最高的堤型。另外，也可以通過(guò)沉箱式、擋墻式、加筋土等工程技術(shù)措施使堤線的布置與堤型的選擇更具靈活性。

（4）除上文所述內(nèi)容外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)詳細(xì)翻閱當(dāng)?shù)氐臍v史資料，調(diào)查、搜集、整理歷年來(lái)的洪災(zāi)記載，盡可能避免將堤壩設(shè)置在歷史泛濫區(qū)或穿越以往的河道，從而降低堤基施工量和施工難度，減低項(xiàng)目投資。

4. 堤壩設(shè)計(jì)工作中的荷載組合

（1）荷載分為基本荷載與特殊荷載兩種類型，其中，基本荷載主要包括堤壩自重、風(fēng)浪壓力、凈水壓力、揚(yáng)壓力以及其它可能會(huì)出現(xiàn)的荷載。特殊荷載主要包括地震及其它不太可能出現(xiàn)的荷載。

（2）在土堤的設(shè)計(jì)工作中，若穩(wěn)定計(jì)算考慮的是正常狀態(tài)，則應(yīng)包括設(shè)計(jì)洪水位下的不穩(wěn)定、穩(wěn)定滲流期背水坡堤坡兩方面內(nèi)容；若穩(wěn)定計(jì)算考慮的是正常狀態(tài)，則應(yīng)包括施工過(guò)程中背、臨水側(cè)堤坡兩方面內(nèi)容；在防洪設(shè)計(jì)中，正常情況主要考慮基本荷載，特殊情況需要考慮基本與特殊荷載的組合問(wèn)題。

5. 堤壩工程設(shè)計(jì)的常用參數(shù)

首先是壓縮系數(shù)與模量。這兩個(gè)參數(shù)不僅用于計(jì)算，還可以作為評(píng)價(jià)地層壓縮性的指標(biāo)。其次是抗剪強(qiáng)度。抗剪強(qiáng)度衡量的是土堤在投入使用后是否會(huì)出現(xiàn)滑坡、滑動(dòng)問(wèn)題，是堤壩工程設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。第三是允許比降。該指標(biāo)衡量的是地磁滲透穩(wěn)定性是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求。最后是滲透系數(shù)。在加固、擬建等堤壩工程的設(shè)計(jì)工作中，掌握堤基、堤身的滲透系數(shù)是計(jì)算滲流的前提條件。

6. 堤基的處理方式

6.1 在絕大多數(shù)情況下，堤基以及所使用的填筑材料的滲透系數(shù)都直接決定著是否可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定滲流，當(dāng)然，孔隙率這一指標(biāo)也會(huì)對(duì)穩(wěn)定滲流產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)達(dá)西定律，滲流出現(xiàn)的可能性會(huì)隨著滲透系數(shù)的增高而提升。由此可知，使用砂土、砂壤土構(gòu)建的堤壩較采用壤土、粘土構(gòu)建的堤壩更容易形成穩(wěn)定滲流。建在河邊的大多數(shù)防洪堤堤基部分都是由沉積土構(gòu)成，地層多為卵礫石層和砂層，土層多為卵礫、砂、淤泥、粘土構(gòu)成。

6.2 下面，我們就對(duì)上述堤基的防滲處理工作進(jìn)行討論：若堤基不透水層處于較深的位置，而透水層的厚度又超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中的要求，那么在臨水側(cè)為穩(wěn)定灘地的情況下，設(shè)計(jì)人員可采用水平防滲的處理辦法；若灘地?zé)o法滿足水平防滲的鋪筑要求，則可換用粘性土截水槽或地下截水墻的方式加以解決。

6.3 若為由砂卵礫、粘性土構(gòu)成淺層透水堤基，則可通過(guò)適當(dāng)?shù)拇怪狈罎B措施截滲。此類堤基的結(jié)構(gòu)由上到下依次為：厚粘性土層、強(qiáng)透水層與相對(duì)不透水層，可能出現(xiàn)的破壞問(wèn)題主要包括以下兩類：

（1）堤內(nèi)存在著潛伏地下水，地面附近的粘土層遭到破壞，管涌和沸砂是破壞問(wèn)題發(fā)生的兩種主要表現(xiàn)形式。一般來(lái)說(shuō)，破壞會(huì)發(fā)生在溝渠、耕植土深挖等區(qū)域，對(duì)于此類問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員可采用填塘固基的處理辦法。

（2）擁有粘性土改變以及類型為承壓水的地下水。由于河床深度較高，且與堤基強(qiáng)透水層相通，所以在水位抬高的時(shí)候，壓力也會(huì)隨之增加，在沖決粘性土頂板后形成激涌、地表塌陷和沸砂。

6.4 對(duì)于深層透水堤基，設(shè)計(jì)人員可通過(guò)采取減壓井、排水減壓溝、堤后壓載的方法加以處理，使堤基滲出口的滲透坡降滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求。若弱透水層較厚，則應(yīng)盡可能采用堤后減壓的方法；若較薄，宜采用減壓井或減壓溝的方法。

7. 結(jié)語(yǔ)

在堤壩工程的設(shè)計(jì)工作中，任何一個(gè)因素出現(xiàn)紕漏都會(huì)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)成果造成影響，所以設(shè)計(jì)人員除了要不斷提高自身的專業(yè)能力外，還要在實(shí)踐中學(xué)會(huì)如何全方位思考堤壩的設(shè)計(jì)方式，以便最終形成技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性兼顧的方案，為下游地區(qū)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全提供更多的保障。

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[文章編號(hào)]1619-2737（2015）06-20-637