鄭穎

重慶市水利電力建筑勘測設(shè)計研究院有限公司 重慶 401121

隨著人類對大壩建設(shè)認(rèn)識的加深，人類不再滿足于單一的、務(wù)實(shí)的、傳統(tǒng)的思維方式，人們正在從新的角度重新思考大壩建設(shè)帶來的許多問題。國家逐漸注意到大壩對生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響，呼吁大壩工程可持續(xù)發(fā)展的聲音越來越多。人們的注意力逐漸集中在水壩對環(huán)境的影響上，隨著人類文明的發(fā)展，水利水壩工程也取得了巨大發(fā)展。人類文明的過程基本上依附于水資源，水資源促進(jìn)了人類文明，人類文明反過來在現(xiàn)代工程的道路上促進(jìn)了水利工程的發(fā)展[1]。大壩是在原始河流的生態(tài)環(huán)境變化的基礎(chǔ)上建造的，其建設(shè)會影響到河流及其周圍的環(huán)境，做好水壩的生態(tài)設(shè)計至關(guān)重要。

1 水壩工程存在的風(fēng)險

1.1 地基風(fēng)險

預(yù)防風(fēng)險的關(guān)鍵是適當(dāng)?shù)陌踩O(jiān)控，對監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行及時、定期的分析和比較，如果在某些指標(biāo)中發(fā)現(xiàn)任何異常，則需要對其進(jìn)行維護(hù)并及時進(jìn)行處理，否則會有風(fēng)險。大壩安全監(jiān)控基于數(shù)據(jù)整理分析和風(fēng)險分析研究，需要檢查和審查大壩的實(shí)際滲壓場，以了解建筑物和地基的穩(wěn)定性、應(yīng)力、滲漏、滲壓和沉降等，用于監(jiān)控設(shè)施和測量的管網(wǎng)。如果壩體和壩基中出現(xiàn)裂縫、滲水或異常浸潤線等情況，則壩基的估計泄漏量將增加，測得的泄漏量將超過標(biāo)準(zhǔn)，水將流到壩的下游。如果事先做了正確準(zhǔn)備，請根據(jù)預(yù)警計劃對危險進(jìn)行科學(xué)的處理。

1.2 洪水風(fēng)險

當(dāng)大壩泄洪時，有多股水流或?qū)哟伯a(chǎn)生沖擊，在空中產(chǎn)生沖擊，或發(fā)生漩渦狀的沖刷和沖刷回流，威脅到了大壩區(qū)域和下游，可以對下游沖刷形成各種深度，在這方面，各方都需要高度重視。工程實(shí)踐要求使用堅硬的河床墊層或其他有效的耗能設(shè)施，通過分析和計算各種洪水的發(fā)展，獲取淹沒區(qū)域內(nèi)主要部分和區(qū)域的淹沒圖、水位、流向和深度風(fēng)險圖，包括釋放各種量級的泄洪時噴流造成的淹沒，這樣可以修改和優(yōu)化樞紐布置的原始設(shè)計[2]。洪水使該地區(qū)的水流方向和流態(tài)難以識別，從而使進(jìn)一步調(diào)查變得困難。通過模擬洪水演變進(jìn)度計算，可以獲得區(qū)域大壩水位和水流勢態(tài)的相關(guān)剖面圖、平面圖和風(fēng)險圖，以供將來的城市規(guī)劃參考。

2 水壩工程生態(tài)設(shè)計

濾壩設(shè)計追求沿軸線的平滑，變化的斷面連接平滑。壩體方向與原河道流向一致，折線和急彎是不合適的。濾壩將原庫區(qū)分為水道和生態(tài)湖區(qū)兩部分，控制壩址選擇，使河道達(dá)到五十年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，河道寬度在140米以上。樹立親水理念，營造人與自然和諧相處的水環(huán)境。經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化和布局，濾壩被選定在水庫中心以東，大壩軸線與水庫右岸基本平行，并在濾壩兩端安裝排水管。

2.1 壩基處理

某水壩項(xiàng)目的基礎(chǔ)主要是淤泥層，其主要物理性質(zhì)是大量的細(xì)顆粒和大量的深灰色有機(jī)腐殖質(zhì)，其自然水分含量為40%至70%，另外一些超過70%并且孔隙率為1.0，機(jī)械性能是低強(qiáng)度、高可壓縮性和低滲透性。由于粉砂土的承載力低，可壓縮性高，滲透性低，因此難以滿足地基的設(shè)計要求，因此需要進(jìn)行處理。由于開挖的淤泥量大，施工不便，因此采用兩層雙向土工格柵和填料處理壩基。雙向土工格柵具有較高的抗拉強(qiáng)度，較高的摩擦系數(shù)，優(yōu)異的抗蠕變性，較低的變形率和牢固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[3]。通過在土壩底部鋪設(shè)土工格柵和砂卵石以形成加固墊層，可以保持基礎(chǔ)的完整性和連續(xù)性，抑制淺層基礎(chǔ)的軟土地基的側(cè)向變形，并消除位移和應(yīng)力場。軟基礎(chǔ)的淺層部分已得到改善，可以改善應(yīng)力分布，提高基礎(chǔ)的承載能力和穩(wěn)定性，并針對不均勻沉降進(jìn)行調(diào)整。具體方法是首先在底部放置一層雙向土工格柵，并用0.5米厚的沙子和卵石填充，然后再鋪一層雙向土工格柵。某生態(tài)水壩設(shè)計圖如圖1所示。

圖1 某生態(tài)水壩設(shè)計圖

2.2 大壩設(shè)計

考慮到當(dāng)前地形和水庫區(qū)域的水流方向，水壩軸線被設(shè)計為沿水流方向彎曲，水壩主體考慮行人和景觀將水庫區(qū)域分開。壩體和格柵填料均由沙子制成，卵石的相對密度為0.65或更高，密實(shí)度為0.90或更高[4]。當(dāng)河水通過水壩進(jìn)入湖泊區(qū)域時，由水壩的沙子和卵石填充物形成的過濾介質(zhì)會阻塞水中的懸浮物，分解并減少水中的有機(jī)物，其他污染物的含量降低了大壩后面水的濁度和水的顏色。

2.3 壩頂路面設(shè)計

生態(tài)大壩的外殼充滿了大石頭，這是一種完全滲透或高度滲透的填料。對于相對不透水的壩基，可采用心墻壩來防止壩體滲透。心墻可以是粘土心墻、復(fù)合土工膜心墻和瀝青混凝土心墻。斜墻也可用于防止?jié)B透，對于斜墻，可采用粘土斜墻和復(fù)合隔音斜墻壩[5]。對于透水壩基，宜采用復(fù)合隔音斜墻和水平墊層，以防止?jié)B透。如果壩址上下游有粘性土材料，出于經(jīng)濟(jì)考慮，可優(yōu)先使用粘土芯土防滲體。但是，由于土壤防滲材料的粒徑遠(yuǎn)小于堆石的孔隙，因此在接觸區(qū)容易發(fā)生防滲材料的滲透變形，需要設(shè)置有效反過濾的墊層。

大壩表面的寬度為3.6米，泥巖路面的厚度為30厘米，泥巖路面的材料為粘土、礫石和碎石塊，道路兩側(cè)固定有矩形水池，種植了兩排灌木。泥石路面和大壩頂部需要在大壩上部的沉降基本完成后進(jìn)行綠化[6]。某水壩一側(cè)生態(tài)設(shè)計如圖2所示。

圖2 某水壩一側(cè)生態(tài)設(shè)計

路面施工過程應(yīng)在壩體沉降后進(jìn)行，當(dāng)過濾壩的上游部分實(shí)際運(yùn)行時，會受到水流的沖刷，這會導(dǎo)致壩腳被水沖刷，從而導(dǎo)致沖刷坑問題和地基不均勻沉降。為了確保過濾壩的安全可靠運(yùn)行，兩排圓形石籠護(hù)坡腳對于上游壩頭端樁號在0+000和0+140之間以及上壩腳的位置有效，應(yīng)設(shè)置在河邊。石籠的直徑應(yīng)為502毫米。石籠中應(yīng)填充滿適當(dāng)?shù)乃樾?，石籠必須用鐵絲完全連接，內(nèi)部的石籠和土工格柵必須用鐵絲連接。當(dāng)河水穿過濾水壩并進(jìn)入湖泊區(qū)域時，濾水壩本身中的沙子和礫石填充物可以形成更多的過濾介質(zhì)，并有效地過濾懸浮物質(zhì)。在運(yùn)行過程中，壩體形成一個微生物膜，該膜吸附有機(jī)物并分解水中有機(jī)物和其他污染物，從而降低了壩體過濾后水的濁度，并保證了正常的水質(zhì)指標(biāo)，可以有效改善水景觀以滿足需求。

2.4 大壩邊坡設(shè)計

大壩的建筑材料是沙子和卵石，沙子和鵝卵石之間的摩擦角為42度。在自然堆積物中，沙子和卵石的陡度小于1:1.5。根據(jù)工程特點(diǎn)，坡比為1:2.5，采用聯(lián)鎖混凝土砌塊邊坡防護(hù)，每平方米300g土工布過濾，土工布和聯(lián)鎖磚之間有10c米礫石層，聯(lián)鎖磚和泥土路面在頂部通過混凝土壓力連接，土工格柵在大壩上，從基礎(chǔ)層向外延伸。用沙子和小卵石包裹起來，形成大壩的坡腳，然后用砂漿和石料打底。將聯(lián)鎖的混凝土砌塊連接到土工格柵包裹的沙子和礫石斜坡的坡腳，防止大壩斜坡上的混凝土砌塊由于重力而滑落。

聯(lián)鎖混凝土砌塊的厚度和質(zhì)量應(yīng)設(shè)置為100毫米和13.62千克，開孔率應(yīng)設(shè)置為25%，抗壓強(qiáng)度應(yīng)超過27.5米Pa。聯(lián)鎖混凝土砌塊的邊坡防護(hù)和泥石路的位置均由C20混凝土澆筑料連接，大壩底部應(yīng)采用土工格柵，并應(yīng)延伸沙子和卵石以形成壩腳，包裹的長度在主河道一側(cè)應(yīng)為1米，高度應(yīng)在0.5米之內(nèi)。米7.5砂漿砌筑基礎(chǔ)在促進(jìn)聯(lián)鎖混凝土砌塊的邊坡防護(hù)中的應(yīng)用可以有效地與包裹在土工格柵中的砂礫和碎石坡腳相連接。另外，需要防止大壩斜坡上的混凝土塊在重力作用下不會滑落。在填充壩腳土工格柵并包裹沙子和卵石坡腳的過程中，坡腳的外邊緣應(yīng)稍高一些，并從外到內(nèi)形成恒定角度，以避免出現(xiàn)基座沿著網(wǎng)格滑動等現(xiàn)象。此外，應(yīng)在坡腳外緣沿壩腳打一排松樹樁，以確保水壩腳的整體穩(wěn)定性。用鐵絲和一根木棍將土工格柵綁在斜坡腳的位置，主要目的是確保它構(gòu)成一個完全連接的整體。樁的距離為0.5米，深度為1.5米，使網(wǎng)格頂部與坡腳平行，樁的直徑設(shè)置為10厘米，樁的長度設(shè)置為2米。

2.5 大壩的上游和下游連接

為了減少沖刷對大壩與壩兩側(cè)的碼頭之間的接觸面所造成的損害，將核心墻插入大壩上游和下游水頭處的碼頭中，并且將兩側(cè)的墻牢固地連接至碼頭。具體方法是沿軸心用砂漿砌塊砌筑心墻，同時開挖齒槽，將心墻插入岸壁的齒槽中，并在兩側(cè)打成兩排木樁。

3 結(jié)語

綜上所述，生態(tài)慮水壩可以對河道水體進(jìn)行凈化，并且具有較好的截污能力，可以緩減上游污染物對下游河道水體的污染，可以更好地用于有效改善河流的水環(huán)境。在實(shí)施項(xiàng)目之前，需要測試部分水過濾項(xiàng)目。主要目的是充分理解河水被沙子和小卵石過濾后的基本水質(zhì)狀況。同時，需要加強(qiáng)濾水區(qū)的總體規(guī)劃，以利于項(xiàng)目的正常建設(shè)。具有生態(tài)滲透性的水壩對農(nóng)業(yè)面源的阻斷能力極強(qiáng)，在雨季可作為調(diào)節(jié)池塘的水庫，并為隨后的人工濕地提供出色的抗沖擊性。