黃歡

（江蘇企瑞工程設(shè)計咨詢有限公司，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)計的科學(xué)性和合理性提供保障。除了做好前期的設(shè)計方案之外，也要對現(xiàn)場情況進行了解和明確，包含水工設(shè)計和工程類型等等內(nèi)容具有很強的現(xiàn)實意義。

1 水工設(shè)計的價值分析

隨著時代的推移，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)計是十分重要的一個環(huán)節(jié)，設(shè)計效果的好壞直接決定了水工建筑的質(zhì)量。水工設(shè)計是一項系統(tǒng)且復(fù)雜的工作，需要設(shè)計人員詳細(xì)掌握建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)劃，同時對技術(shù)也有著十分嚴(yán)格的要求。想要科學(xué)、合理地進行水工設(shè)計，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)計工作。

2 水工設(shè)計中的要點內(nèi)容分析

在水工設(shè)計的過程中需要著重注意以下3 個方面的要點內(nèi)容：①關(guān)于水工設(shè)計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)計還是整體的設(shè)計都需要確保其能夠和項目之間保持相互之間的一致，同時也要對整體運行情況進行掌握，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)計針對性，在制定設(shè)計方案的過程中因為不同區(qū)域的自然情況有著一定的差異，所以需要結(jié)合實際情況來選擇合理的施工方案和布置對策，并在考慮設(shè)計條件時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)計前期的差異并不大，但會逐漸增加深度，可以說深度的設(shè)計會對整體的設(shè)計帶來重要的影響。

3 水工設(shè)計方案的制定步驟

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)計中需要充分考慮到關(guān)于經(jīng)濟方面的因素，在前期有必要進行科學(xué)的論證，對設(shè)計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)計方案中的建筑類型、水工布置以及場址情況等方面因素進行充分的了解，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)計方案為基礎(chǔ)，而具體的設(shè)計方案制定步驟則包括了以下4 個方面：①對方案進行擬定，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)來進行方案的擬定。②方案的設(shè)計，根據(jù)工程要求來分析建設(shè)條件和工程方案，同時也要充分考慮到經(jīng)濟方面的因素，從而實現(xiàn)對方案投資以及工期等方面內(nèi)容的估算和優(yōu)化。③對方案進行比較，通過對多方面因素的綜合考慮，來對方案進行多方面的對比，從而實現(xiàn)對方案優(yōu)缺點的總結(jié)。④對方案進行選擇，完成方案比較之后需要對其進行綜合性的分析，從而獲得最佳的方案。

4 水工設(shè)計方案對比的原則和重要性

4.1 原則分析

進行對比多個設(shè)計方案時，需要遵循實事求是的原則開展工作，從客觀層面上來詳細(xì)地分析對比各個方案內(nèi)容，包含各個方案中所擁有的缺點和有點，從而選擇出最為合理的方案內(nèi)容。對設(shè)計人員來說，也需要從客觀層面上來判斷其中的有利或者不利因素，同時在對比設(shè)計方案和分析方案的過程中不能受個人主觀因素影響。在具體對水工設(shè)計方案進行對比的過程中，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)缺點進行分析和總結(jié)[1]。對設(shè)計人員來說，必須秉持認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對各種水工設(shè)計方案進行反復(fù)分析和對比，切實保障水工設(shè)計方案的經(jīng)濟性、安全性，確保設(shè)計方案的內(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)計方案進行對比分析，在水工設(shè)計流程中是十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合水工項目具體的任務(wù)量進行設(shè)計，充分考慮項目周邊環(huán)境、地質(zhì)、建筑物等條件，同時制定多種水工設(shè)計方案，便于后期在眾多設(shè)計方案中對比挑選出最合理的方案。在具體設(shè)計、對比的過程中，設(shè)計人員還需要考慮造價預(yù)算、施工周期等各方面的因素，合理對不同方案的優(yōu)缺點進行比較，確保最后可以選擇出一種最科學(xué)、最合理的水工設(shè)計方案。

5 影響水工設(shè)計的因素分析

5.1 工程要求

在進行方案的設(shè)計過程中，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)模以及運行要求和經(jīng)濟、社會效益等等，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。在進行方案設(shè)計時，無論是工程布局還是施工中的技術(shù)處理，都需要結(jié)合具體的條件來進行開展。

5.2 工程投資

工程投資包含了工程中的一切費用，在不同的施工階段都會存在費用的消耗，如果不能夠在這個過程中做好管理和計劃，那么就可能會在各個階段中出現(xiàn)沒有必要的支出，所以需要對各個階段的開支進行嚴(yán)格控制，從而有效地控制成本，達(dá)到經(jīng)濟效益的有效提升。那么在水工方案設(shè)計時，對于該項因素進行考慮是非常必要的，并要對技術(shù)上的投資做好評價工作，另外也要做好前期的預(yù)算工作，從而獲得更大的收益?？梢哉f投資預(yù)算是對成本進行控制的有效措施，因此在水工設(shè)計方案前做好投資預(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，很可能是工程運行了多年以后才會顯現(xiàn)出來，有著很大的不確定性。所以在進行方案設(shè)計的過程中，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，在水工方案設(shè)計中，必須重視環(huán)境的了解，例如是否會對植物生長帶來負(fù)面影響以及是否會引發(fā)坍塌護、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)計方案。

6.1 壩型選擇

在選擇壩型的時候，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)境以及項目的未來效益等多方面因素，確?？梢栽O(shè)計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候，需要對不同壩型的應(yīng)用效果進行深入分析，在設(shè)計多種壩型選擇方案后進行對比分析，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)計人員必須保障所有設(shè)計方案都符合國家出臺的相關(guān)指標(biāo)，如洪峰流量、洪水總量等。同時在相關(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)計方案的標(biāo)準(zhǔn)存在一定差異[2]。設(shè)計人員需要充分考慮水工項目的規(guī)模、水庫容量等問題，保障水工項目與相關(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%，所以難以實現(xiàn)對壩體的有效保護，因此會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，這種壩型具有很強的抗水壓能力，也可以在泄水管的幫助下具有較強的溢流能力。

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)計人員在對空腹壩體進行設(shè)計的過程中，可以靈活對空腹的位置以及空腹空間大小進行調(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，主要是將流域上游段設(shè)計成斜坡的形狀，也可以對局部壩體形狀進行設(shè)計，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)濟學(xué)更強，在實際施工過程中可以節(jié)省大量成本。

7 水工方案設(shè)計需要注意的問題

7.1 滿足基本要求

一方面要能夠達(dá)到工程運行的標(biāo)準(zhǔn)，同時也要滿足工程規(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)計的過程中不可以采用生搬硬套的方式，從水工設(shè)計的角度上來看，無論是工程的布置和處理都應(yīng)該結(jié)合實際的情況來進行調(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有所差別。例如不同方案中的樞紐布置和壩型都會因為場址的影響而在投資上和工程量上產(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因為其所處的地形條件而產(chǎn)生變化。其次是同類項目，因為不同的地區(qū)經(jīng)濟水平和發(fā)展情況，那么在水工設(shè)計的過程中必然會有著不同的控制因素。例如一些地區(qū)的經(jīng)濟較為發(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，由于不同的區(qū)域有著不同的設(shè)計目標(biāo)，所采用的處理方法也會不同，例如，對于工程基礎(chǔ)的處理，需要對處理的目標(biāo)進行了解，例如加固或者防滲，如果是防滲則應(yīng)該對重點進行明確，是對防滲破壞進行防范還是對滲漏量進行控制。

7.3 具備足夠的設(shè)計依據(jù)

這里所說的設(shè)計依據(jù)具體是指設(shè)計中需要進行必要的論證，除了要對工程中所運用的相關(guān)措施進行論證，對其中的問題進行解決，例如對于調(diào)壓井進行設(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)，需要進行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置，通過模型試驗和計算來對尺寸進行檢驗，如果缺少了計算依據(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)計深度

在工程前期施工階段設(shè)計深度有所不同，深度會隨之加深，在這個過程中應(yīng)該嚴(yán)格遵循以下原則，首先要求設(shè)計滿足深度上的要求，其次要確保同一個階段中的各個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，進行深度的設(shè)計時需要重視控制投資，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)計實用性，通過工程處理來提升整體的耐久性和實用性。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，如果需要進行創(chuàng)新則需要做好前期的論證工作，同時也要考慮到環(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)計中各個專業(yè)之間的協(xié)調(diào)性?？偠灾谒し桨冈O(shè)計時，為了確保所選方案的最優(yōu)，應(yīng)該保持一個實事求是的工作態(tài)度，綜合全面地進行方案選擇，確保方案設(shè)計的合理性，為設(shè)計提供足夠的依據(jù)。

8 提升設(shè)計水平的路徑

8.1 規(guī)范前期勘察工作

為了確保設(shè)計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，對方案進行合理的設(shè)計，同時也包括了對材料和設(shè)備的選用，在方案中對于各個環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備內(nèi)容以及進度內(nèi)容進行明確，實現(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)境情況進行了解，并對獲取的數(shù)據(jù)進行認(rèn)真的審核，組織設(shè)計工作的開展應(yīng)該以相關(guān)的政策為依據(jù)，保證各項作業(yè)的順利進行，使得設(shè)計質(zhì)量獲得顯著的提升。例如在管線設(shè)計的過程中，需要對土地性質(zhì)和施工面筋進行了解，并通過合理的設(shè)計來避免發(fā)生脫落或者磨損的問題，實現(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)計方案有必要對相關(guān)的功能要求進行滿足，要求設(shè)計者能夠?qū)δ芤筮M行充分的了解，并結(jié)合現(xiàn)場情況和水文條件來進行準(zhǔn)確的分析和判斷，從而對工程的功效進行明確，從而在水工設(shè)計方案中能夠更好地突出重點內(nèi)容，使其更加適應(yīng)實際環(huán)境。另外，水工設(shè)計方案也要充分考慮到安全方面的問題，這一點需要在方案內(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)計的過程中，對所在地區(qū)的水文、氣候和地質(zhì)情況必須進行充分的了解，掌握準(zhǔn)確的信息，如果信息準(zhǔn)確度不足，那么必然會對水工設(shè)計方案的質(zhì)量帶來不利影響。在工程規(guī)劃設(shè)計時，要增加該區(qū)域的觀測點，并在設(shè)計中對氣象、水文等相關(guān)方面的信息進行仔細(xì)把關(guān)，進行多次的審核和考察，保證信息的真實可靠。

8.4 培養(yǎng)專業(yè)人員

水工設(shè)計過程中需要應(yīng)用到多個專業(yè)的知識，設(shè)計者在開展這項工作時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)計相比，當(dāng)前的設(shè)計工作要求設(shè)計者必須具備較為全面的知識體系，要具備足夠的設(shè)計意識和能力，所以需要重視對設(shè)計人員的培訓(xùn)教育，建立一支具備更強能力和水平的設(shè)計隊伍，對設(shè)計團隊進行充實和完善[5]。另外，也要對責(zé)任制度進行落實，并完善獎懲制度，以激發(fā)設(shè)計人員的工作熱情和積極性，確保工作得到規(guī)范性地開展?？偠灾ぴO(shè)計與社會民生息息相關(guān)，水工設(shè)計是否科學(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，以切實提升設(shè)計質(zhì)量，推動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，在水利水電工程項目中，水工設(shè)計方案的確定一般需要依靠對比、分析的方式實現(xiàn)，這對設(shè)計人員的專業(yè)性有著很高的要求，設(shè)計方案的選擇直接決定了水工項目的后續(xù)實施情況。在具體對比、選擇水工設(shè)計方案的過程中，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)秉持實事求是的原則，站在不同角度對不同設(shè)計方案的合理性進行研究，確保最終可以選擇出一種既經(jīng)濟又實用的水工設(shè)計方案。