孫靜

摘? ? 要：土石壩樞紐的設(shè)計(jì)作為整個(gè)工程建設(shè)與使用的前期指導(dǎo)性工作，在土石壩工程中具有重要作用。由于土石壩樞紐所涉及的建筑和工程環(huán)節(jié)較多，需要我們?cè)谠O(shè)計(jì)階段就對(duì)各方面要素進(jìn)行全面考慮，并結(jié)合實(shí)際情況，最終確定出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。本文對(duì)土石壩樞紐做了簡單介紹，并對(duì)土石壩樞紐設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備、土石壩的組成和布置以及土石壩的剖面和構(gòu)造進(jìn)行了簡要分析。

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

1? 土石壩概述

土石壩是水利樞紐工程中的重要部分，多是由土料、石料或混合料經(jīng)過一定的施工方式堆筑而成，而由于使用的都是常見的土、石材料，在施工時(shí)可以直接就地取材，減少了大量的運(yùn)輸環(huán)節(jié)和時(shí)間成本，是一項(xiàng)十分實(shí)用的水利工程壩型。相較于其他壩型，土石壩還具有結(jié)構(gòu)簡單、地基要求較低、較好的地形適應(yīng)性、施工技術(shù)簡單以及對(duì)機(jī)械設(shè)備要求較低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在一些條件較差的地區(qū)應(yīng)用較多。但同時(shí)，土石壩也具有許多缺陷，如壩身無法溢流、施工導(dǎo)流較為復(fù)雜、粘性土料易受氣候等自然條件影響等，這就需要我們?cè)诰唧w的施工設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)這些問題予以更多的考慮，以找出有效的解決策略。

現(xiàn)階段我國的水利工程樞紐仍多建造于偏遠(yuǎn)山區(qū)地區(qū)，且這些壩址的地質(zhì)條件都較為復(fù)雜，土石壩的建造和功能的發(fā)揮受到諸多影響，水庫安全工作的重要性不斷凸顯，這就使土石壩的優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性不斷提升。

2? 土石壩樞紐設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作

2.1? 基本資料的采集

土石壩樞紐設(shè)計(jì)是水利工程具體施工的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)的針對(duì)性、科學(xué)性與合理性直接關(guān)系著水利樞紐整體工程的質(zhì)量、后期造價(jià)以及樞紐功能的發(fā)揮。因此，我們必須要充分做好與設(shè)計(jì)有關(guān)的一切工作，而前期資料收集也正是其中之一。土石壩設(shè)計(jì)前期資料的收集能夠幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)建造當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)、氣象、水紋以及植被等情況有一個(gè)全方位掌握，從而為后期設(shè)計(jì)方案的制定與調(diào)整提供基礎(chǔ)的理論依據(jù)，以確保最終設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，進(jìn)而保障水利樞紐工程的質(zhì)量。

2.2? 軸線選擇

軸線的確定在土石壩設(shè)計(jì)中是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，要考慮的因素同樣很多。在選擇軸線時(shí)，首先需要結(jié)合壩址當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)等環(huán)境因素以及施工的具體條件，再根據(jù)水利樞紐的布置、水庫淹沒程度和經(jīng)濟(jì)條件等情況進(jìn)行綜合研判，最終確定出最為合適的軸線。軸線選擇的具體要求有以下幾方面：（1）地形條件。在地形條件不錯(cuò)的情況下，要盡量選擇軸線較短的位置，有利于泄水建筑物的建造，同時(shí)要根據(jù)施工要求來確定壩岸兩端的厚度，從而最大程度保證施工安全。（2）地質(zhì)條件。土石壩建設(shè)區(qū)域應(yīng)該具有較小的透水性，而整塊的巖石或堅(jiān)實(shí)底層都能滿足這方面要求，因此軸線選擇也需要考慮這一點(diǎn)。（3）建筑材料和樞紐布置。軸線的選擇還應(yīng)考慮到土石壩樞紐的施工過程。而施工就涉及建筑材料，因此建筑材料的供應(yīng)與運(yùn)輸也是軸線選擇的考慮因素。此外，軸線選擇要能方便泄洪洞、發(fā)電站等設(shè)施的建筑施工，保證樞紐中各建筑物布置合理，互不干擾且同時(shí)進(jìn)行。

3? 土石壩樞紐組成及布置

3.1? 土石壩樞紐的組成

任何一個(gè)土石壩樞紐工程都是由眾多建筑物組成的。如泄洪洞等泄洪建筑、發(fā)電飲水建筑、排沙建筑、水電建筑、工業(yè)用水飲水建筑、灌溉飲水建筑物、開關(guān)站、施工導(dǎo)流建筑及泄水建筑等都是土石壩樞紐中的重要部分。

3.2? 樞紐布置原則

由于土石壩樞紐工程是集多種功能與一體，各項(xiàng)建筑各司其職，協(xié)調(diào)配合最終實(shí)現(xiàn)防洪和供水供電等多項(xiàng)目標(biāo)的項(xiàng)目，所以所涉及的建筑較多，其中任何一個(gè)建筑不能順利完成，都會(huì)影響到整個(gè)土石壩工程的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，土石壩樞紐在設(shè)計(jì)中要充分布置好每個(gè)建筑，不僅要確保各建筑施工能夠同時(shí)進(jìn)行，互不干擾，以盡量加快施工進(jìn)度，還要充分考慮到施工中的安全性。此外，還應(yīng)以經(jīng)濟(jì)最優(yōu)為原則，在保證樞紐質(zhì)量和功能正常的情況下，合理分配整體經(jīng)濟(jì)，以最大限度的降低成本，節(jié)省資金。而對(duì)于土石壩的設(shè)計(jì)，相關(guān)人員則應(yīng)該根據(jù)上述原則設(shè)計(jì)出多套方案，在對(duì)這些方案進(jìn)行對(duì)比分析，最后優(yōu)中選優(yōu)。同時(shí)，還需要考慮到以下兩點(diǎn)原則。

（1）泄洪建筑的設(shè)計(jì)是水利樞紐工程的重要一環(huán)，在設(shè)計(jì)過程中要對(duì)其形式進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，不僅要考慮到具體的使用要求，還應(yīng)對(duì)主要泄洪建筑盡量采用敞式溢洪道設(shè)計(jì)，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行對(duì)比研究，以敲定最優(yōu)方案。（2）作為水利樞紐，土石壩中的泄水引水建筑首當(dāng)其沖面臨著水流的沖擊，這就要求設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能提升泄水引水建筑的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，保證建筑物進(jìn)口附近岸坡能夠有效抵擋水流而不被沖毀。而對(duì)于含沙量高的河流，則需要建設(shè)排沙建筑并做好防淤措施。

4? 土石壩的剖面和構(gòu)造

4.1? 土石壩基本尺寸

土石壩的基本尺寸是設(shè)計(jì)過程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容 主要涉及到壩坡、壩頂高程和壩頂寬度三個(gè)項(xiàng)目。

壩坡的尺寸需要根據(jù)壩的級(jí)別、壩型、壩高以及壩體和壩基材料、施工條件和荷載等要素來確定。土質(zhì)防滲體土石壩和瀝青混凝土心墻和面板壩可參照已有經(jīng)驗(yàn)或方法對(duì)壩坡進(jìn)行擬定，再經(jīng)穩(wěn)定計(jì)算確定。一般情況下土石壩壩坡會(huì)在1：2～1：4之間。上下游邊坡馬道的設(shè)置也會(huì)根據(jù)壩面排水、道路、觀測和壩基穩(wěn)定等情況而有所不同，不過寬度通常都在1.5m～2.0m之間。

壩頂高程需要在正常運(yùn)用與非常運(yùn)用的凈水位上加一個(gè)超高y來算出。當(dāng)壩頂設(shè)防浪墻時(shí)，壩頂超高可改為防浪墻頂?shù)囊?，但此時(shí)處于正常運(yùn)用條件下，所以壩頂需高出靜水位0.5m。而在非常運(yùn)用條件下，壩頂則不應(yīng)低于靜水位。

壩頂寬度需要根據(jù)構(gòu)造、抗震、施工以及運(yùn)行等各因素來確定。除非有特殊要求，一般情況下高壩可采用10m～15m的壩頂最小寬度，中低壩可采用5m～10m的壩頂最小寬度。此外壩的級(jí)別越高，選值越大，反之選值越小。

4.2? 壩的防滲體

土石壩的防滲體多采用土質(zhì)防滲體。在圖紙防滲體斷面尺寸的設(shè)計(jì)上需要結(jié)合防滲體所用土料的滲透比降與抗裂性等質(zhì)量因素以及防滲土料的數(shù)量、壩基的性質(zhì)與相關(guān)處理方法、防滲土料與壩殼材料價(jià)格比值、施工難易度等各方面情況來綜合考慮分析后再最終確定。土質(zhì)防滲體斷面的滲透比降、滲透流量和下游浸潤線也要滿足一定的樞紐建設(shè)要求。例如，如果在8度、9度地震烈度的地區(qū)建設(shè)土石壩，防滲體就需要自上而下逐漸加厚，并保證頂部水平寬度大于3m，底部斜墻厚度大于水頭的1/5，心墻厚度大于水頭的1/4。

5? 結(jié)束語

綜上所述，水利工程土石壩樞紐的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)龐雜的工作，不但涉及到土石壩主體的設(shè)計(jì)，還涉及到個(gè)配套建筑物的設(shè)計(jì)，既需要結(jié)合壩址當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，也需要考慮到后期的施工過程、經(jīng)濟(jì)效益以及安全性。因此，我們需要充分掌握土石壩設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié)與影響因素，并不斷地加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)工作的研究與實(shí)踐，以確保土石壩的設(shè)計(jì)更具科學(xué)性與合理性，能夠更好的保證土石壩樞紐質(zhì)量與用途發(fā)揮。

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