水庫(kù)堤壩工程設(shè)計(jì)探討

孟可意 趙燁柳

摘 要：本文針對(duì)水庫(kù)堤壩開(kāi)展了基礎(chǔ)研究，主要研究?jī)?nèi)容包含堤壩設(shè)計(jì)的形式，堤壩工程設(shè)計(jì)所需的主要參數(shù)，堤壩設(shè)計(jì)過(guò)程中注意的關(guān)鍵點(diǎn)，可視化技術(shù)在水庫(kù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，該研究有一定的理論和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：水庫(kù);堤壩;設(shè)計(jì)

1 堤壩設(shè)計(jì)形式

水庫(kù)堤壩的設(shè)計(jì)首先要根據(jù)大壩選址地的地質(zhì)條件，筑壩材料，施工場(chǎng)地，導(dǎo)流，工程造價(jià)，受防護(hù)對(duì)象的重要程度等因素來(lái)綜合比較選定堤壩的結(jié)構(gòu)形式。

根據(jù)結(jié)構(gòu)和受力情況可以分為：重力式壩、支墩壩、拱壩和預(yù)應(yīng)力壩;根據(jù)筑壩的材料又可以分為土壩、石壩、混凝土壩和橡膠壩等;根據(jù)堤壩的斷面可以分為梯形壩、斜坡面板壩等。

土石壩是當(dāng)前堤壩建設(shè)中應(yīng)用最廣泛的一種壩型，由其內(nèi)部的防滲材料種類又可以分為均質(zhì)壩、防滲體分區(qū)壩和非土料防滲體壩。在非人群密集的城鎮(zhèn)地區(qū)，多采用土石壩，它對(duì)壩址的地基條件要求較低，并且筑壩所需的土石等材料獲取方便，料場(chǎng)會(huì)選在壩址周邊，減少了運(yùn)輸?shù)娜肆拓?cái)力。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便在原本基礎(chǔ)上進(jìn)行維修和擴(kuò)建。

巖基上的高壩建筑則多采用混凝土重力壩，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐久性好，施工便捷，便于機(jī)械化施工。但重力壩的體積大，水泥用料多，且在施工過(guò)程中不好把握能完全發(fā)揮出材料的強(qiáng)度。

2 堤壩工程設(shè)計(jì)所需主要參數(shù)

（1）壩高：水庫(kù)工程中擋水建筑物的高度，會(huì)對(duì)庫(kù)容、潰敗洪峰流量等產(chǎn)生影響。

（2）壩長(zhǎng)：不同壩長(zhǎng)會(huì)對(duì)河道河段斷面流速分布產(chǎn)生影響。

（3）坡度：坡面的垂直高度和水平距離比，是大壩穩(wěn)定性的一個(gè)重要參數(shù)。

（4）抗剪強(qiáng)度：巖體抗剪強(qiáng)度是堤壩設(shè)計(jì)最基本的參數(shù)，是抗滑坡的指標(biāo)。

（5）摩阻系數(shù)：不同筑壩材料與基坑側(cè)壁的摩阻系數(shù)不同，通過(guò)該系數(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)的抗浮計(jì)算。

（6）密實(shí)度：筑壩材料的固體物質(zhì)體積占總體積的比例，它衡量了土體本身的一種物理狀態(tài)，這一參數(shù)主要用于土石壩。

（7）滲透系數(shù)：利用滲透系數(shù)要來(lái)確定土體的滲透性，用來(lái)評(píng)判堤壩的地基和壩體結(jié)構(gòu)能否承受起保護(hù)的任務(wù)（其中，拱壩、重力壩不存在滲透系數(shù)，主要針對(duì)于土石壩這一形制）。

3 堤壩設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)

3.1堤壩的選址、壩型及材料選擇

首先要根據(jù)下發(fā)的任務(wù)要求書，確定受保護(hù)對(duì)象的重要性，選定壩址基本范圍。根據(jù)筑壩的要求以及實(shí)際情況，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、主要建筑物、導(dǎo)流、工期、造價(jià)、對(duì)環(huán)境的影響、淹沒(méi)影響以及工程效益等多方面因素進(jìn)行壩址的進(jìn)一步分析。接下來(lái)要針對(duì)工程的可實(shí)施性確立初步的壩線，并可以在多次的模型推演、計(jì)算中進(jìn)行對(duì)壩線的輕微調(diào)整[1]。

在對(duì)當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行具體分析后就要選擇建造的壩型，最先要考慮到地質(zhì)條件和地形的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)要廣泛收集結(jié)構(gòu)方面的資料，以確保堤壩最后的安全穩(wěn)定。要考慮到壩高、壩長(zhǎng)以及坡度，對(duì)堤壩的自重和最大荷載有一個(gè)明確的認(rèn)知。

3.2保護(hù)對(duì)象

堤壩工程的設(shè)計(jì)要先確定好它所處于的工程等級(jí)，不同的規(guī)模有著不同的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于水庫(kù)防洪堤壩來(lái)講，它要先根據(jù)受保護(hù)城市或農(nóng)村的范圍和重要性來(lái)確定防洪標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)當(dāng)?shù)厮恼舅嬗械慕涤辍搅鞯认嚓P(guān)資料來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并要提前做好汛期的應(yīng)急措施。

3.3抗震防滲

地震時(shí)，堤壩可能會(huì)因?yàn)閮?nèi)部結(jié)構(gòu)以及水體壓力作用，而導(dǎo)致變形甚至滑動(dòng)，產(chǎn)生裂縫。堤壩一旦潰壩，它對(duì)保護(hù)地區(qū)產(chǎn)生的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于施工工程本身?yè)p失的后果，所以堤壩抗震設(shè)計(jì)尤為重要。可以采取人工加密，用人力、機(jī)器去強(qiáng)行夯實(shí)，以提升砂土的密實(shí)度[2]。

水庫(kù)堤壩的防滲主要有水平和垂直兩種形式。對(duì)于壩基滲漏一般采取上游用防滲墻攔截，帷幕灌漿堵住滲透處等辦法，下游則采用使用減壓井和排水溝等方式來(lái)減小壓力。

3.4造價(jià)

堤壩工程的造價(jià)是一個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要考慮自然外界因素，如水文、地質(zhì)等，還受到選址地的經(jīng)濟(jì)水平、交通、市場(chǎng)等方面的影響。所以在設(shè)計(jì)中要進(jìn)行一定的造價(jià)控制，要有限額意識(shí)，最好可以做到設(shè)計(jì)方案科學(xué)，造價(jià)合理，這樣才有可能被采納。

4 可視化技術(shù)在水庫(kù)中的應(yīng)用

通過(guò)可視化技術(shù)可以生成堤壩選址處的三維立體模型，對(duì)該模型進(jìn)行推演和分析可以確定出水庫(kù)淹沒(méi)邊界、庫(kù)水面積和水庫(kù)容量這三個(gè)重要指標(biāo)。

在設(shè)計(jì)初期，只有確立出淹沒(méi)邊界，才能對(duì)農(nóng)田、林地、村莊的破壞有一個(gè)較為確定的認(rèn)知，為征地移民提供了科學(xué)的手段。

可視化技術(shù)可以反復(fù)的對(duì)三維水庫(kù)模型進(jìn)行修改，可以對(duì)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)嘗試，以達(dá)到最優(yōu)方案。同時(shí)這種技術(shù)可以直觀的看到地形剖面，綜合考慮各種地質(zhì)因素，先模擬再規(guī)劃，使設(shè)計(jì)工作更加簡(jiǎn)化。

參考文獻(xiàn)

[1]景峰.水利工程中水庫(kù)堤壩防滲施工技術(shù)和防治[J].居舍，2019（28）：52.

[2]Li Xinghao，Huang Jie，F(xiàn)ilker Sabine，Stoeck Thorsten，Bi Yonghong，Yu Yuhe，Song Weibo.Spatio-temporal patterns of zooplankton in a main-stem dam affected tributary：a case study in the Xiangxi River of the Three Gorges Reservoir，China.[J].Science China.Life sciences，2019，62（8）.