水利工程土石壩樞紐設(shè)計的要點(diǎn)思考

成斌

【摘要】水利工程是我國第三產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。尤其是近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對水利工程的建設(shè)需求量也在不斷增加。所以如何提高水利工程建設(shè)的技術(shù)水平，也就成了我們必須面對的一個重要課題。在水利工程建設(shè)當(dāng)中，土石壩的樞紐設(shè)計有著至關(guān)重要的地位。它直接決定著水利工程的質(zhì)量和可靠性。所以我們有必要對土石壩樞紐設(shè)計的要點(diǎn)進(jìn)行深入思考，制定出合理完善的設(shè)計方案。

【關(guān)鍵詞】水利工程；土石壩樞紐設(shè)計；要點(diǎn)思考

作為我國第三產(chǎn)業(yè)重要組成部分的水利工程，歷來在我國的工業(yè)體系中占據(jù)著舉足輕重的地位。近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，對水利工程的建設(shè)也提出了更大的需求。我們應(yīng)當(dāng)努力提高水利工程的技術(shù)含量，使之更好地服務(wù)于國民。土石壩樞紐設(shè)計是水利工程建設(shè)的重點(diǎn)工作，對于整個水利工程土石壩施工工程的質(zhì)量有著非常關(guān)鍵的影響。我們應(yīng)深入分析土石壩樞紐設(shè)計的要點(diǎn)，積極展開思考。

一、水利工程的土石壩之概念和優(yōu)勢

在水利工程中土石壩樞紐是重要的壩體表現(xiàn)，利用自身的技術(shù)特點(diǎn)，不斷促進(jìn)水利工程穩(wěn)定發(fā)展。對于水利工程的建設(shè)來說，土石壩之概念和優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）土石壩之概念

土石壩是指由土、石料等當(dāng)?shù)夭牧辖ǔ傻膲?，是歷史最為悠久的一種壩型。在水利工程的建設(shè)中，我們通過拋填、碾壓、灌注等步驟，采用各種施工設(shè)備，把土、石料等原材料進(jìn)行分區(qū)分層填筑，然后碾壓，達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，形成擋水結(jié)構(gòu)。土石壩式世界壩工建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型。

近年來，隨著現(xiàn)代化的施工技術(shù)在水利工程中的全面應(yīng)用，土石壩的施工早已擺脫了水文和天氣等方面的影響，在應(yīng)用技術(shù)上早已實現(xiàn)了科學(xué)性、合理性和經(jīng)濟(jì)性，為我國水利工程的發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。

（二）土石壩在水利工程中的優(yōu)勢

1.材料簡單、成本低且擋水效果好

可以就地、就近取材，節(jié)省大量水泥、木材和鋼材，減少工地的外線運(yùn)輸量。由于土石壩設(shè)計和施工技術(shù)的發(fā)展，放寬了對筑壩材料的要求，幾乎任何土石料均可筑壩。這種優(yōu)勢是其他壩型所難以企及的。

2.工程性能好適應(yīng)性強(qiáng)

能適應(yīng)各種不同的地形、地質(zhì)和氣候條件。任何不良的壩址壩基，經(jīng)處理后均可筑壩。特別是氣候惡劣、工程地質(zhì)條件復(fù)雜和高烈度地震區(qū)的情況下，土石壩實際上市唯一可取的壩型。

3.施工高效安全可靠性強(qiáng)

目前，大容量、多功能、高效率施工機(jī)械的發(fā)展，提高了土石壩的施工質(zhì)量，加速了進(jìn)度，降低了造價，促進(jìn)了高土石壩建設(shè)的發(fā)展。

由于巖土力學(xué)理論、試驗手段和計算技術(shù)的發(fā)展，提高了大壩分析計算水平，加快了設(shè)計進(jìn)度，進(jìn)一步保障了大壩設(shè)計的安全可靠性。

高邊坡、地下工程結(jié)構(gòu)、高速水流消能防沖等土石壩配套工程設(shè)計和施工技術(shù)的綜合發(fā)展，對加速土石壩的建設(shè)和推廣也起到了重要的促進(jìn)作用。

二、土石壩設(shè)計的前期準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

（一）采集工程建設(shè)的基本資料

在正式進(jìn)行土石壩的設(shè)計時，我們首先要采集工程建設(shè)的基本資料。它涵蓋了土石壩施工所在地的地形、地質(zhì)、水文、氣象等相關(guān)資料。通過這些資料，我們才能取得開展土石壩設(shè)計工作的相關(guān)理論依據(jù)，從而有效地確認(rèn)土石壩設(shè)計方向，提升施工的質(zhì)量，盡可能地壓縮施工成本。所以，對土石壩工程建設(shè)基本資料的采集是必須值得重視的。一開始我們要收集和整理相關(guān)的地形資料，它對于水利工程建設(shè)的整體結(jié)構(gòu)與施工項目有著直接的影響。采集地形資料通常體現(xiàn)為繪制地形圖的形式。在這個環(huán)節(jié)中，我們必須要首先實地勘察土石壩所在位置的地形狀況，運(yùn)用最合理的比例開展繪制。通常來講地形圖的比例為1∶1000 或1∶500。我們要根據(jù)實際的施工需求，來因地制宜地選擇合適的比例。通常對于土石壩庫區(qū)的地形圖并無特殊的需求。

（二）對土石壩的軸線進(jìn)行確定

在土石壩樞紐設(shè)計的環(huán)節(jié)中，對軸線的確定也是至關(guān)重要的一個方面。在軸線的選擇上有著多方面的參考因素，比如土石壩所在區(qū)域的地質(zhì)、地形、水文條件等環(huán)境因素，以及水利工程施工規(guī)模、施工布局、水庫具體施工條件等其他因素。對軸線的選擇，首先要充分滿足施工需求，便于施工操作，所以我們要盡可能地將軸線安排在河谷較窄、方便建造泄水建筑物之處。土石壩岸兩端的厚度不可影響到施工的安全。此外對于地質(zhì)條件來說，其地基必須安排在透水性較小的地方。比如完整的巖石，堅韌的巖層等。另外就是，在確定土石壩軸線時，還要確保水利工程土石壩樞紐在施工時有充足的建筑材料供應(yīng)。最后，還要確保土石壩的施工能同水利工程土石壩樞紐所需的泄洪洞、發(fā)電站等保持同步，互相不造成影響。

（三）土石壩樞紐的設(shè)計要點(diǎn)

（1）具有足夠的斷面維持壩坡穩(wěn)定。土石壩的邊坡和壩基穩(wěn)定是大壩安全的基本保證。

（2）設(shè)置良好的防滲和排水設(shè)施以控制滲流。土石壩擋水后，在壩體內(nèi)形成滲流，飽和區(qū)內(nèi)土石料承受上浮力，減輕了抵抗滑動的有效重量；浸水后的土石料的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)有所減小；滲流力可對壩坡形成不利作用。設(shè)置防滲和排水設(shè)施可以控制滲流范圍、改變滲流方向、減小滲流的出逸比降以增加壩坡、壩基和河岸的抗滑和抗?jié)B穩(wěn)定。防滲設(shè)施還有利于減小壩體和壩基滲漏量。

（3）根據(jù)現(xiàn)場條件選擇良好筑壩土石料的種類、壩的結(jié)構(gòu)形式以及各種土石料在壩體內(nèi)的配置。還應(yīng)根據(jù)土石料的物理力學(xué)性質(zhì)選擇好壩體各部分的填筑壓實指標(biāo)，達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的合理性。

（4）泄水建筑物具有足夠的泄流能力，壩頂在洪水位以上要有足夠的安全超高，以防洪水漫頂，造成大壩失事。

（5）采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施，使壩運(yùn)用可靠和耐久。在庫水位變動區(qū)內(nèi)，上游壩坡應(yīng)有堅固的護(hù)坡，防止風(fēng)浪沖擊和掏刷。下游壩坡應(yīng)能防止雨水的沖刷破壞作用。保護(hù)壩體內(nèi)粘性土料，防止夏季日曬，冬季凍脹破壞形成裂縫。對壓縮性較大的土料應(yīng)采取工程措施減少沉降變形和不均勻沉降，避免裂縫形成和發(fā)展。

（四）合理布置土石壩樞紐的要點(diǎn)

我們要意識到，各種不同功能的建筑物共同搭建起了水利工程土石壩樞紐。所以在土石壩的設(shè)計環(huán)節(jié)，我們必須對這些建筑物進(jìn)行科學(xué)布置，才能夠讓土石壩樞紐的價值得到最大程度的發(fā)揮。首先，我們必須確保建筑物運(yùn)行中的安全性，還要確保不同的建筑物能同時進(jìn)行施工而互不影響。

此外，我們還要在完善管理方案方面下功夫，使施工周期盡可能得到縮短。此外還要盡可能地做到整個水利工程土石壩樞紐建筑物的施工資金合理分配。在不影響施工效果的前提下，盡可能地減少施工成本。

其次，還要設(shè)計好泄洪建筑物。它是土石壩樞紐最為關(guān)鍵的的環(huán)節(jié)之一。在設(shè)計的過程中，我們要充分分析所在地的水文環(huán)境，采取最佳的形式，泄洪道應(yīng)盡量采用開敞式，保證足夠的超泄能力。要充分考慮水流的沖擊作用，設(shè)計好適宜消能設(shè)施，保證泄水建筑物的穩(wěn)定。如果河流中的泥沙含量較大，那么還要設(shè)置適宜具有排沙功能的建筑物，保證樞紐運(yùn)行的長久性。

最后還要充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡孛瞾磉M(jìn)行土石壩的布置工作。高山區(qū)、丘陵區(qū)、平原河道區(qū)是土石壩樞紐的三種地貌。不同的地貌也應(yīng)采取不同的設(shè)計方案。所以我們在布置土石壩樞紐的時候，要參照各區(qū)域的特征來安排布置方案。關(guān)于不同區(qū)域的土石壩布置方案見表2：

（五）土石壩剖面和構(gòu)造的設(shè)計要點(diǎn)

土石壩的基本剖面根據(jù)壩高和壩的等級，壩型和筑壩材料特性，壩基情況以及施工、運(yùn)行條件等參照現(xiàn)有工程的實踐經(jīng)驗進(jìn)行初步擬定，然后通過滲流和穩(wěn)定分析檢驗，最終確定合理的剖面性狀。

土石壩壩頂高程根據(jù)正常運(yùn)行和非常運(yùn)行時的靜水位加相應(yīng)的超高予以確定；壩頂寬度根據(jù)運(yùn)行、施工、構(gòu)造、交通和人防等方面的要求綜合研究后確定。土石壩壩坡對壩體穩(wěn)定以及工程量的大小均起重要作用，壩坡根據(jù)不同的壩型及壩體填筑材料的性質(zhì)進(jìn)行確定，工程上游壩坡坡度在1：1.4～1：4.0之間選擇，下游壩坡坡度在1：1.5～1.3.0之間選擇，土石壩下游沿高程每隔10～30m設(shè)置一條馬道，用于攔截雨水防止壩面沖刷，同時也可兼做交通、檢修、觀測之用。

總而言之，我們在進(jìn)行水利工程土石壩樞紐設(shè)計時，要充分做好一系列的準(zhǔn)備工作。包括對基本資料的采集及對土石壩軸線的確定。一旦這些準(zhǔn)備工作全部就緒，就要對施工方案就行合理的布置，設(shè)計好土石壩剖面和構(gòu)造，讓施工方案更加科學(xué)合理。

三、結(jié)束語

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對水利樞紐工程的建設(shè)需求量也越來越大，需要根據(jù)具體情況，發(fā)展和選擇適宜形式的土石壩，所以對于土石壩樞紐設(shè)計也提出了更多的要求。為了有效地提高土石壩樞紐設(shè)計的效果，我們需要將設(shè)計工作建立在科學(xué)論證的基礎(chǔ)上，確保設(shè)計方案能夠符合科學(xué)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王明，葉孝民.水利工程土石壩樞紐設(shè)計中的要點(diǎn)分析[J].江西建材，2015，4（15）：78-79.

[2]溫鎖利.水利工程土石壩樞紐設(shè)計中的要點(diǎn)分析[J].農(nóng)民致富之友，2016，12（10）：67-68.