水利水電工程水工設(shè)計(jì)方案的分析

黃歡

（江蘇企瑞工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，江蘇 泰州 214500）

0 引言

對于水利水電工程而言，其本身有著一定的難度，且對于整體的安全性有著較高的要求，在開展工程前需要做好前期的論證研究工作，從而為設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性提供保障。除了做好前期的設(shè)計(jì)方案之外，也要對現(xiàn)場情況進(jìn)行了解和明確，包含水工設(shè)計(jì)和工程類型等等內(nèi)容具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 水工設(shè)計(jì)的價(jià)值分析

隨著時(shí)代的推移，我國對水工建設(shè)的需求越來越大，并且也提出了更為嚴(yán)格的要求。在水工建設(shè)中，水工設(shè)計(jì)是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)效果的好壞直接決定了水工建筑的質(zhì)量。水工設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)且復(fù)雜的工作，需要設(shè)計(jì)人員詳細(xì)掌握建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)劃，同時(shí)對技術(shù)也有著十分嚴(yán)格的要求。想要科學(xué)、合理地進(jìn)行水工設(shè)計(jì)，就必須提前掌握現(xiàn)場的具體情況，結(jié)合水工建筑的特征有針對性開展設(shè)計(jì)工作。

2 水工設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)內(nèi)容分析

在水工設(shè)計(jì)的過程中需要著重注意以下3 個(gè)方面的要點(diǎn)內(nèi)容：①關(guān)于水工設(shè)計(jì)理念需要具備足夠的系統(tǒng)性和宏觀性，不管是輔助部分的設(shè)計(jì)還是整體的設(shè)計(jì)都需要確保其能夠和項(xiàng)目之間保持相互之間的一致，同時(shí)也要對整體運(yùn)行情況進(jìn)行掌握，不同的工程有著不同的需求。②要確保具備充足的設(shè)計(jì)需求，應(yīng)該通過相關(guān)的部門來對具體的情況以及需求進(jìn)行論證，從而為帶來更多可靠的信息，有利于對結(jié)果的掌握。③保持足夠的設(shè)計(jì)針對性，在制定設(shè)計(jì)方案的過程中因?yàn)椴煌瑓^(qū)域的自然情況有著一定的差異，所以需要結(jié)合實(shí)際情況來選擇合理的施工方案和布置對策，并在考慮設(shè)計(jì)條件時(shí)要充分了解具體的情況。④要保持足夠的深度，在水利水電工程中水工設(shè)計(jì)前期的差異并不大，但會(huì)逐漸增加深度，可以說深度的設(shè)計(jì)會(huì)對整體的設(shè)計(jì)帶來重要的影響。

3 水工設(shè)計(jì)方案的制定步驟

相比于其他行業(yè)而言，水利水電工程的特點(diǎn)在于環(huán)境惡劣、工期較長等方面，有著較高的技術(shù)要求，同時(shí)也要對施工中的安全問題給予足夠的重視，再加上有著很高的前期投資，所以在設(shè)計(jì)中需要充分考慮到關(guān)于經(jīng)濟(jì)方面的因素，在前期有必要進(jìn)行科學(xué)的論證，對設(shè)計(jì)方案的合理性提供充分的保障。我國對于水利水電工程有著非常高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，無論是在工程質(zhì)量方面，還是在施工技術(shù)方面都在逐步的提升，所以在工程開始之前的方案論證工作就十分的重要，要對設(shè)計(jì)方案中的建筑類型、水工布置以及場址情況等方面因素進(jìn)行充分的了解，保證水利水電工程具備足夠可行性。水利工程建設(shè)都需要以設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)，而具體的設(shè)計(jì)方案制定步驟則包括了以下4 個(gè)方面：①對方案進(jìn)行擬定，除了考慮到工程規(guī)模之外，也要綜合分析工程施工的條件和所處的環(huán)境等等，從而以此為基礎(chǔ)來進(jìn)行方案的擬定。②方案的設(shè)計(jì)，根據(jù)工程要求來分析建設(shè)條件和工程方案，同時(shí)也要充分考慮到經(jīng)濟(jì)方面的因素，從而實(shí)現(xiàn)對方案投資以及工期等方面內(nèi)容的估算和優(yōu)化。③對方案進(jìn)行比較，通過對多方面因素的綜合考慮，來對方案進(jìn)行多方面的對比，從而實(shí)現(xiàn)對方案優(yōu)缺點(diǎn)的總結(jié)。④對方案進(jìn)行選擇，完成方案比較之后需要對其進(jìn)行綜合性的分析，從而獲得最佳的方案。

4 水工設(shè)計(jì)方案對比的原則和重要性

4.1 原則分析

進(jìn)行對比多個(gè)設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要遵循實(shí)事求是的原則開展工作，從客觀層面上來詳細(xì)地分析對比各個(gè)方案內(nèi)容，包含各個(gè)方案中所擁有的缺點(diǎn)和有點(diǎn)，從而選擇出最為合理的方案內(nèi)容。對設(shè)計(jì)人員來說，也需要從客觀層面上來判斷其中的有利或者不利因素，同時(shí)在對比設(shè)計(jì)方案和分析方案的過程中不能受個(gè)人主觀因素影響。在具體對水工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對比的過程中，一般需要采用標(biāo)準(zhǔn)的比較指標(biāo)，需要充分對每種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析和總結(jié)[1]。對設(shè)計(jì)人員來說，必須秉持認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對各種水工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行反復(fù)分析和對比，切實(shí)保障水工設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性、安全性，確保設(shè)計(jì)方案的內(nèi)容與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符，從而最大限度降低水工建設(shè)的成本投入。

4.2 重要性分析

對水工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對比分析，在水工設(shè)計(jì)流程中是十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合水工項(xiàng)目具體的任務(wù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分考慮項(xiàng)目周邊環(huán)境、地質(zhì)、建筑物等條件，同時(shí)制定多種水工設(shè)計(jì)方案，便于后期在眾多設(shè)計(jì)方案中對比挑選出最合理的方案。在具體設(shè)計(jì)、對比的過程中，設(shè)計(jì)人員還需要考慮造價(jià)預(yù)算、施工周期等各方面的因素，合理對不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，確保最后可以選擇出一種最科學(xué)、最合理的水工設(shè)計(jì)方案。

5 影響水工設(shè)計(jì)的因素分析

5.1 工程要求

在進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)過程中，需要重視各方面的因素和內(nèi)容，例如工程的任務(wù)和規(guī)模以及運(yùn)行要求和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益等等，除了要確保技術(shù)上具備足夠的可行性之外，也要確保足夠的安全性和穩(wěn)定性，要滿足各方的綜合效益。在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，無論是工程布局還是施工中的技術(shù)處理，都需要結(jié)合具體的條件來進(jìn)行開展。

5.2 工程投資

工程投資包含了工程中的一切費(fèi)用，在不同的施工階段都會(huì)存在費(fèi)用的消耗，如果不能夠在這個(gè)過程中做好管理和計(jì)劃，那么就可能會(huì)在各個(gè)階段中出現(xiàn)沒有必要的支出，所以需要對各個(gè)階段的開支進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而有效地控制成本，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的有效提升。那么在水工方案設(shè)計(jì)時(shí)，對于該項(xiàng)因素進(jìn)行考慮是非常必要的，并要對技術(shù)上的投資做好評價(jià)工作，另外也要做好前期的預(yù)算工作，從而獲得更大的收益。可以說投資預(yù)算是對成本進(jìn)行控制的有效措施，因此在水工設(shè)計(jì)方案前做好投資預(yù)算是非常必要的。

5.3 工程環(huán)境

環(huán)境對于水利水電工程做帶來的影響并不一定是立竿見影的，很可能是工程運(yùn)行了多年以后才會(huì)顯現(xiàn)出來，有著很大的不確定性。所以在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的過程中，涉及的內(nèi)容應(yīng)該包含了庫區(qū)內(nèi)容和下游等方面的環(huán)境評測，在投資論證的過程中也應(yīng)該對環(huán)境評估給予足夠的重視。具體來看，對于環(huán)境進(jìn)行的評估工作所包含的內(nèi)容如下；①關(guān)于施工地區(qū)的環(huán)境情況評估。②在施工過程中對周邊環(huán)境所帶來的影響。③根據(jù)實(shí)際環(huán)境的影響而制定的應(yīng)對措施。隨著科技的發(fā)展，無論是論證還是預(yù)測的技術(shù)都更加先進(jìn)，在水工方案設(shè)計(jì)中，必須重視環(huán)境的了解，例如是否會(huì)對植物生長帶來負(fù)面影響以及是否會(huì)引發(fā)坍塌護(hù)、地震或者泥沙淤積的情況等等，通過研究得出結(jié)論并采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。

6 水利水電工程水工設(shè)計(jì)方案

在此次研究中，本文主要以重力壩作為主要研究對象，并在此基礎(chǔ)上列舉相應(yīng)的水工設(shè)計(jì)方案。

6.1 壩型選擇

在選擇壩型的時(shí)候，需要結(jié)合重力壩的壩型以及輪轂布局，充分考慮輪轂周邊施工條件、自然環(huán)境以及項(xiàng)目的未來效益等多方面因素，確?？梢栽O(shè)計(jì)出一種有助于長久發(fā)展的水利樞紐。在面對不同壩址的時(shí)候，需要對不同壩型的應(yīng)用效果進(jìn)行深入分析，在設(shè)計(jì)多種壩型選擇方案后進(jìn)行對比分析，最終選擇一種最適合特定壩址的壩型。

6.2 參考指標(biāo)

在選擇壩址的過程中，設(shè)計(jì)人員必須保障所有設(shè)計(jì)方案都符合國家出臺(tái)的相關(guān)指標(biāo)，如洪峰流量、洪水總量等。同時(shí)在相關(guān)技術(shù)指標(biāo)中還包括了劃分工程等級，所以在工程等級不同的情況下所采用的衡量設(shè)計(jì)方案的標(biāo)準(zhǔn)存在一定差異[2]。設(shè)計(jì)人員需要充分考慮水工項(xiàng)目的規(guī)模、水庫容量等問題，保障水工項(xiàng)目與相關(guān)指標(biāo)的功能相符，其中包括了對洪澇干旱等災(zāi)害的防治、日常發(fā)電需求、農(nóng)業(yè)灌溉需求等要素。

6.3 重力壩的設(shè)計(jì)和選擇

6.3.1 寬縫重力壩

通常情況下，重力壩沿水地區(qū)的水平縫隙都比較狹窄，而為了保障橫縫可以擁有足夠大的縫隙空間，一般需要對上下游地段的寬縫采取閉合處理措施，在這樣的情況下就可以保證壩體軸向連續(xù)體具有較強(qiáng)的保水能力。壩段之間的寬度一般在壩段總寬度的15%～35%，所以難以實(shí)現(xiàn)對壩體的有效保護(hù)，因此會(huì)有一些安全隱患存在。

6.3.2 大頭壩型

大頭壩型主要是將大體積橋墩當(dāng)成設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可以看成是薄壁板壩型與寬縫壩型的一種融合結(jié)構(gòu)，從整體結(jié)構(gòu)來看與寬縫重力壩比較相似。大頭壩型是典型的由多個(gè)橋墩連接組成的重力壩，一般設(shè)置在流域上游，壩體頭部形態(tài)多樣，有圓形、多邊形等。在目前的重力壩設(shè)計(jì)方案中，多邊形大頭壩體是比較常見的一種壩型，它的橋墩可以分為單墩和雙墩，這種壩型具有很強(qiáng)的抗水壓能力，也可以在泄水管的幫助下具有較強(qiáng)的溢流能力。

6.3.3 空腹壩型

在許多大型水利工程中，空腹壩型是主要采用的一種重力壩結(jié)構(gòu)，它可以在底部壩軸部位鉆一個(gè)大孔，在基巖表面空間開發(fā)一大塊空腹低段，這種方式可以有效降低壩底承受的壓力，并且還可以降低壩體對混凝土的用量需求。設(shè)計(jì)人員在對空腹壩體進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，可以靈活對空腹的位置以及空腹空間大小進(jìn)行調(diào)節(jié)[3]。但是空腹壩型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，對鋼筋的需求量非常大，所以在實(shí)際建設(shè)的過程中往往要消耗更多資金，和其他壩型相比空腹壩型的施工難度更大。

6.3.4 斜坡折線壩型

這種壩型的設(shè)計(jì)，主要是將流域上游段設(shè)計(jì)成斜坡的形狀，也可以對局部壩體形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過在壩體內(nèi)部設(shè)置空腹空間的方式，可以有效提升壩體的穩(wěn)定性，并增強(qiáng)壩體的抗水壓能力，與其他壩型相比，斜坡折線壩型的經(jīng)濟(jì)學(xué)更強(qiáng)，在實(shí)際施工過程中可以節(jié)省大量成本。

7 水工方案設(shè)計(jì)需要注意的問題

7.1 滿足基本要求

一方面要能夠達(dá)到工程運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也要滿足工程規(guī)模，以達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用目標(biāo)。另一方面要能夠符合安全要求，并在技術(shù)上能夠具備足夠的安全性。

7.2 具備足夠的針對性

所謂針對性，具體是指在設(shè)計(jì)的過程中不可以采用生搬硬套的方式，從水工設(shè)計(jì)的角度上來看，無論是工程的布置和處理都應(yīng)該結(jié)合實(shí)際的情況來進(jìn)行調(diào)整。首先是不同的場址和地形條件，那么工程的布置和形式必然會(huì)有所差別。例如不同方案中的樞紐布置和壩型都會(huì)因?yàn)閳鲋返挠绊懚谕顿Y上和工程量上產(chǎn)生一定的區(qū)別。再例如輸水渠道，無論是斷面尺寸還是渠道類型都會(huì)因?yàn)槠渌幍牡匦螚l件而產(chǎn)生變化。其次是同類項(xiàng)目，因?yàn)椴煌牡貐^(qū)經(jīng)濟(jì)水平和發(fā)展情況，那么在水工設(shè)計(jì)的過程中必然會(huì)有著不同的控制因素。例如一些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，那么為了確保工程安全以及降低其對環(huán)境造成的影響，那么首先要考慮的就是工程的投資。同時(shí)，由于不同的區(qū)域有著不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)，所采用的處理方法也會(huì)不同，例如，對于工程基礎(chǔ)的處理，需要對處理的目標(biāo)進(jìn)行了解，例如加固或者防滲，如果是防滲則應(yīng)該對重點(diǎn)進(jìn)行明確，是對防滲破壞進(jìn)行防范還是對滲漏量進(jìn)行控制。

7.3 具備足夠的設(shè)計(jì)依據(jù)

這里所說的設(shè)計(jì)依據(jù)具體是指設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行必要的論證，除了要對工程中所運(yùn)用的相關(guān)措施進(jìn)行論證，對其中的問題進(jìn)行解決，例如對于調(diào)壓井進(jìn)行設(shè)置的過程中，要論證這樣設(shè)置的理由。其次是涉及尺寸方面的相關(guān)依據(jù)，為了確保具備足夠充分的依據(jù)，需要進(jìn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置，通過模型試驗(yàn)和計(jì)算來對尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)，如果缺少了計(jì)算依據(jù)則應(yīng)該通過類比或者借鑒的方式來達(dá)到預(yù)期的效果。

7.4 設(shè)計(jì)深度

在工程前期施工階段設(shè)計(jì)深度有所不同，深度會(huì)隨之加深，在這個(gè)過程中應(yīng)該嚴(yán)格遵循以下原則，首先要求設(shè)計(jì)滿足深度上的要求，其次要確保同一個(gè)階段中的各個(gè)方案保持同樣的深度，方案的可信程度也同樣與深度有著密切的關(guān)聯(lián)，深度越深則可信度越高，從水庫樞紐的角度上來看，進(jìn)行深度的設(shè)計(jì)時(shí)需要重視控制投資，不管是研究可行性還是初始階段的設(shè)計(jì)工作都應(yīng)該先明確方案，且不肯影響到方案的選擇。

7.5 其他需要注意的問題

首先要保證足夠的設(shè)計(jì)實(shí)用性，通過工程處理來提升整體的耐久性和實(shí)用性。其次要利用難度小的技術(shù)或者成熟度較高的技術(shù)，以降低工程風(fēng)險(xiǎn)，如果需要進(jìn)行創(chuàng)新則需要做好前期的論證工作，同時(shí)也要考慮到環(huán)保方面的要求，盡可能的降低工程對環(huán)境帶來的負(fù)面影響。最后是確保設(shè)計(jì)中各個(gè)專業(yè)之間的協(xié)調(diào)性?？偠灾谒し桨冈O(shè)計(jì)時(shí)，為了確保所選方案的最優(yōu)，應(yīng)該保持一個(gè)實(shí)事求是的工作態(tài)度，綜合全面地進(jìn)行方案選擇，確保方案設(shè)計(jì)的合理性，為設(shè)計(jì)提供足夠的依據(jù)。

8 提升設(shè)計(jì)水平的路徑

8.1 規(guī)范前期勘察工作

為了確保設(shè)計(jì)方案具備足夠的合理性，應(yīng)該在前期階段做好勘察作業(yè)，從而獲得有效的數(shù)據(jù)信息，以此為基礎(chǔ)來為設(shè)計(jì)工作的開展帶來充分的參考依據(jù)。在前期的勘察作業(yè)過程中，需要對工程開展的具體情況進(jìn)行調(diào)查了解，例如工程的作用和功能等等，在具體的設(shè)計(jì)工作中，需要做好前期的現(xiàn)場勘查工作，從而全方位的去了解工程情況，并嚴(yán)格遵循相關(guān)的政策，對方案進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，同時(shí)也包括了對材料和設(shè)備的選用，在方案中對于各個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備內(nèi)容以及進(jìn)度內(nèi)容進(jìn)行明確，實(shí)現(xiàn)對施工工藝和方案的優(yōu)化。在工程開始之前，應(yīng)該做好目標(biāo)區(qū)域的勘察作業(yè)，對其所處的環(huán)境情況進(jìn)行了解，并對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真的審核，組織設(shè)計(jì)工作的開展應(yīng)該以相關(guān)的政策為依據(jù)，保證各項(xiàng)作業(yè)的順利進(jìn)行，使得設(shè)計(jì)質(zhì)量獲得顯著的提升。例如在管線設(shè)計(jì)的過程中，需要對土地性質(zhì)和施工面筋進(jìn)行了解，并通過合理的設(shè)計(jì)來避免發(fā)生脫落或者磨損的問題，實(shí)現(xiàn)對管道應(yīng)用壽命的延長，從而獲得更大的效益[4]。

8.2 滿足功能要求

水工設(shè)計(jì)方案有必要對相關(guān)的功能要求進(jìn)行滿足，要求設(shè)計(jì)者能夠?qū)δ芤筮M(jìn)行充分的了解，并結(jié)合現(xiàn)場情況和水文條件來進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和判斷，從而對工程的功效進(jìn)行明確，從而在水工設(shè)計(jì)方案中能夠更好地突出重點(diǎn)內(nèi)容，使其更加適應(yīng)實(shí)際環(huán)境。另外，水工設(shè)計(jì)方案也要充分考慮到安全方面的問題，這一點(diǎn)需要在方案內(nèi)容中得到充分體現(xiàn)，不管是施工階段還是竣工后都應(yīng)該全面考慮安全因素，做好安全防護(hù)工作，將其作為方案篩選的重要指標(biāo)。

8.3 完善監(jiān)測內(nèi)容

在水工設(shè)計(jì)的過程中，對所在地區(qū)的水文、氣候和地質(zhì)情況必須進(jìn)行充分的了解，掌握準(zhǔn)確的信息，如果信息準(zhǔn)確度不足，那么必然會(huì)對水工設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量帶來不利影響。在工程規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要增加該區(qū)域的觀測點(diǎn)，并在設(shè)計(jì)中對氣象、水文等相關(guān)方面的信息進(jìn)行仔細(xì)把關(guān)，進(jìn)行多次的審核和考察，保證信息的真實(shí)可靠。

8.4 培養(yǎng)專業(yè)人員

水工設(shè)計(jì)過程中需要應(yīng)用到多個(gè)專業(yè)的知識(shí)，設(shè)計(jì)者在開展這項(xiàng)工作時(shí)需要綜合考慮多方面的因素，包括材料和環(huán)境因素等等，與傳統(tǒng)的水工設(shè)計(jì)相比，當(dāng)前的設(shè)計(jì)工作要求設(shè)計(jì)者必須具備較為全面的知識(shí)體系，要具備足夠的設(shè)計(jì)意識(shí)和能力，所以需要重視對設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)教育，建立一支具備更強(qiáng)能力和水平的設(shè)計(jì)隊(duì)伍，對設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行充實(shí)和完善[5]。另外，也要對責(zé)任制度進(jìn)行落實(shí)，并完善獎(jiǎng)懲制度，以激發(fā)設(shè)計(jì)人員的工作熱情和積極性，確保工作得到規(guī)范性地開展。總而言之，水工設(shè)計(jì)與社會(huì)民生息息相關(guān)，水工設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理直接影響到工程的質(zhì)量和效益，所以需要做好前期準(zhǔn)備工作，以切實(shí)提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，推動(dòng)我國水利水電工程建設(shè)的良好發(fā)展。

9 結(jié)語

綜上所述，在水利水電工程項(xiàng)目中，水工設(shè)計(jì)方案的確定一般需要依靠對比、分析的方式實(shí)現(xiàn)，這對設(shè)計(jì)人員的專業(yè)性有著很高的要求，設(shè)計(jì)方案的選擇直接決定了水工項(xiàng)目的后續(xù)實(shí)施情況。在具體對比、選擇水工設(shè)計(jì)方案的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)秉持實(shí)事求是的原則，站在不同角度對不同設(shè)計(jì)方案的合理性進(jìn)行研究，確保最終可以選擇出一種既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的水工設(shè)計(jì)方案。