平原水庫(kù)土壩護(hù)坡工程設(shè)計(jì)研究

王茂東

(海寧市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)所 314400)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，我國(guó)的水利工程項(xiàng)目建設(shè)也隨之發(fā)展，水庫(kù)工程是水利工程中的重要組成部分，平原地區(qū)的水庫(kù)又具有儲(chǔ)蓄水源、農(nóng)業(yè)灌溉、防止洪澇災(zāi)害以及發(fā)展平原養(yǎng)殖等多樣化的功能體系，同時(shí)又能防止水土流失，保護(hù)平原地區(qū)的水土資源。因此，良好的水利工程項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)一個(gè)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)和人民有著重要的作用和現(xiàn)實(shí)的意義。

水庫(kù)工程項(xiàng)目的建設(shè)中，由于地理位置和區(qū)域的不同，平原地區(qū)的水源與山區(qū)地區(qū)的水源有著較大的差別，而水庫(kù)工程項(xiàng)目中，水庫(kù)土壩護(hù)坡的問(wèn)題會(huì)直接影響工程項(xiàng)目效益和作用的發(fā)揮。根據(jù)實(shí)際的資源現(xiàn)實(shí)，平原地區(qū)尤其是工程建設(shè)石料缺乏的地區(qū)，由于建設(shè)所使用的砂石料的運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，致使工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中砂石材料的價(jià)格較高。如果將平原水庫(kù)土壩護(hù)坡工程設(shè)計(jì)為混凝土結(jié)構(gòu)的護(hù)坡或者塊石的護(hù)坡，投資金額會(huì)較大。因此，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，平原水庫(kù)常采用土壩護(hù)坡。

1 平原水庫(kù)土壩

平原水庫(kù)一般具有較大的水面，水庫(kù)中水深大約4m，水庫(kù)壩高大約為6m，在遇到5級(jí)風(fēng)后將在水庫(kù)形成較大的風(fēng)浪，對(duì)平原水庫(kù)的土護(hù)坡具有較大的沖擊和破壞力，因此平原水庫(kù)的護(hù)坡設(shè)計(jì)成為了水庫(kù)土壩護(hù)坡工程設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)。平原地區(qū)水庫(kù)的建設(shè)過(guò)程中，容易產(chǎn)生砂石缺少等問(wèn)題，往往使用土壩進(jìn)行攔截蓄水。水庫(kù)工程的土壩墻主要來(lái)自于平原水庫(kù)旁邊的土料堆砌，而后將土料通過(guò)機(jī)械碾壓，構(gòu)筑成為平原水庫(kù)的土壩墻，形成了水庫(kù)擋水的建筑物。而平原地區(qū)的土壩護(hù)坡原材料可就地獲取，因此水庫(kù)工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的成本較低，且施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。土壩的壩體由于建設(shè)材料具有柔性，同鋼筋混凝土相比較而言具有較低的地質(zhì)要求，與混凝土壩以及漿砌石壩等類型的剛性水庫(kù)壩相比更能夠有效適應(yīng)水庫(kù)地基的變形。

平原地形區(qū)域中的水庫(kù)土壩的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，更具有可靠的攔水性能，也便于水庫(kù)工程項(xiàng)目的加固和維修，以及水庫(kù)工程的加高和擴(kuò)建，并且能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的快速施工。由此，平原地區(qū)的水庫(kù)土壩結(jié)構(gòu)是當(dāng)前水利工程項(xiàng)目建設(shè)中經(jīng)常采用的一種土壩類型結(jié)構(gòu)，土壩的建設(shè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)可利用建設(shè)地區(qū)所擁有的土料、砂礫等成分構(gòu)成。這種土壩的建設(shè)材料和方式有著悠久的歷史，同時(shí)也隨著水庫(kù)工程項(xiàng)目的建設(shè)而不斷發(fā)展和進(jìn)步。這種水庫(kù)工程項(xiàng)目建設(shè)的優(yōu)勢(shì)在于能就地取材，有效節(jié)約了鋼筋和水泥石料的使用，降低了建設(shè)項(xiàng)目的投資成本。能因地制宜地進(jìn)行水庫(kù)工程項(xiàng)目的建設(shè)，適應(yīng)多種水庫(kù)壩基的工程地質(zhì)條件，土壩護(hù)坡的施工技術(shù)要求相對(duì)于其他類型的壩型而言較低。與此同時(shí)，土壩的防震性能也比其他結(jié)構(gòu)的壩體防震性能要優(yōu)異。

2 平原水庫(kù)土壩壩體結(jié)構(gòu)

在平原水庫(kù)土壩壩體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)水庫(kù)蓄水水位對(duì)土壩壩坡的影響程度而采用不同標(biāo)準(zhǔn)的工程項(xiàng)目施工體系。水庫(kù)土壩的壩殼一般可采用土石料，在土壩壩體的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)綜合考慮到建設(shè)施工材料中的土石料的質(zhì)量控制指標(biāo)以及填筑的標(biāo)準(zhǔn)，而土石壩的各個(gè)部分對(duì)土料有著不同程度的要求，一般可將土壩迎水坡劃分為死水區(qū)、水位變化區(qū)、水土流失區(qū)三個(gè)部分和區(qū)域段。由此，平原水庫(kù)護(hù)坡的設(shè)計(jì)也應(yīng)根據(jù)這三個(gè)區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，一般防滲體型式有:心墻、斜墻、斜墻加鋪蓋、心墻加截水墻、斜墻加截水墻等。

2.1 護(hù)坡

平原水庫(kù)的護(hù)坡設(shè)計(jì)應(yīng)建立在明確護(hù)坡結(jié)構(gòu)和構(gòu)成的基礎(chǔ)之上，護(hù)坡一般可分為上游和下游的護(hù)坡，上游的護(hù)坡能有效防止風(fēng)浪和冰凌對(duì)土壩的沖擊，護(hù)坡施工建設(shè)中所采取的材料一般為拋石、漿砌石、干砌石、混凝土、土石等。而下游的護(hù)坡主要為了防止雨水對(duì)護(hù)坡坡體的沖刷，護(hù)坡施工建設(shè)中所采取的材料主要為土石以及栽種植物。

2.2 壩面

除了水壩的漫堤之外，水庫(kù)壩面的排水最重要的破壞因素應(yīng)為雨水的侵蝕。水庫(kù)壩面的排水應(yīng)在壩坡設(shè)計(jì)縱向的排水溝，從而將壩面所聚集的水匯集攔截起來(lái)，一起排到下游區(qū)域中，一般可采用棱體排水、褥墊排水、綜合式排水、貼坡排水、網(wǎng)狀排水帶、排水管和豎式排水體等型式。

2.3 壩頂

土壩的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)注意壩頂要超過(guò)水庫(kù)水位一定的高度。由于土壩一般不允許壩頂過(guò)水。由此，超高高度的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)水庫(kù)的具體位置以及實(shí)際的施工建設(shè)條件進(jìn)行確定。一般上游的護(hù)坡可采用漿砌石或者混凝土進(jìn)行施工，從而有效保護(hù)水庫(kù)壩體的結(jié)構(gòu)較為完善和堅(jiān)固，同時(shí)也防止壩體滲水。壩頂?shù)膶挾纫矐?yīng)根據(jù)水庫(kù)工程土壩護(hù)坡實(shí)際施工狀況以及交通狀況進(jìn)行確定，在這個(gè)工序的施工過(guò)程中，應(yīng)注意到壩頂與上游混凝土以及土壩連接的處理，不能具有太大的角度，不能出現(xiàn)臺(tái)階或者倒坡等現(xiàn)象，護(hù)坡上下應(yīng)該均勻平順，有效防止壩體產(chǎn)生裂縫。實(shí)際施工中，在對(duì)岸坡的接頭處進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)注重將心墻或者斜墻局部擴(kuò)大到一定的范圍內(nèi)。

3 土壩護(hù)坡設(shè)計(jì)

根據(jù)水庫(kù)大壩護(hù)坡設(shè)計(jì)規(guī)范的施工要求，水庫(kù)土壩壩坡的設(shè)計(jì)應(yīng)具有一定的護(hù)坡面積，在水庫(kù)工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，護(hù)坡工程的造價(jià)一般占據(jù)整個(gè)工程項(xiàng)目總體造價(jià)的10%。在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)采用堅(jiān)固且經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，水庫(kù)上游的壩面護(hù)坡應(yīng)從壩頂起護(hù)到最低水位以下一定距離的壩基內(nèi)緣溝內(nèi)。這樣的水庫(kù)土壩護(hù)坡的設(shè)計(jì)才能有效保證水庫(kù)工程項(xiàng)目建設(shè)的安全性和穩(wěn)定性，提高水庫(kù)護(hù)坡的維修效率。水庫(kù)上游的護(hù)坡一般可采用堆石、干砌石或漿砌石、混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。而下游的水庫(kù)壩面護(hù)坡設(shè)計(jì)應(yīng)從壩頂護(hù)至排水棱體或護(hù)至壩腳，實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)綜合考慮時(shí)間、流水的因素和力量，長(zhǎng)期的風(fēng)浪沖刷將導(dǎo)致土壩護(hù)坡的老化破損，而相應(yīng)的設(shè)計(jì)一般可采用碎石、圍堰棄土和草皮結(jié)構(gòu)。

4 壩基的防滲設(shè)計(jì)

在水庫(kù)工程項(xiàng)目中，滲水現(xiàn)象中的管涌和流土最為常見(jiàn)，通過(guò)對(duì)水力學(xué)法進(jìn)行滲流分析，從而明確了水庫(kù)工程滲透變形的形式以及發(fā)生的過(guò)程和對(duì)水庫(kù)工程所造成的實(shí)際影響等。首先，應(yīng)進(jìn)行土基的設(shè)計(jì)施工，清除掉腐植土層，使用機(jī)械將表土壓實(shí)。為了有效延長(zhǎng)滲透的途徑，加強(qiáng)相應(yīng)的鏈接，可沿著土壩的防滲體與土基接觸面設(shè)置若干個(gè)小齒槽，而后在齒槽內(nèi)回填防滲料。其次，應(yīng)處理地基，若是水庫(kù)底下砂礫層不厚，一般應(yīng)開(kāi)挖截水槽，截?cái)嗌暗[層，回填防滲料并壓實(shí)。通常要開(kāi)挖截?cái)嗖扇∷交蛘叽怪钡姆罎B措施，從而能起到有效延長(zhǎng)滲徑，有效降低滲透護(hù)坡的目的。與其他類型的壩體相比，土壩容易產(chǎn)生滲水的現(xiàn)象，由此，壩體工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可能發(fā)生管涌的地區(qū)，應(yīng)設(shè)計(jì)反濾層工序，從而防止在下游產(chǎn)生流土，同時(shí)應(yīng)設(shè)置蓋重，以加強(qiáng)土料抗?jié)B防變形的能力。

1 周建，李君，劉斌，李天科．平原水庫(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)影響因子分析［J］．水利建設(shè)與管理，2007(3)．

2 白露，楊恒，刁匯文．魯北平原水庫(kù)存在的問(wèn)題與對(duì)策［J］．山東水利，2010(5)．

3 孫寧寧，張瑩慧，馬海松．惠民縣平原水庫(kù)建設(shè)初探［J］．山東水利，2009(Z2)．

4 王有平．淺談新疆平原水庫(kù)建設(shè)存在的問(wèn)題及對(duì)策［J］．水利建設(shè)與管理，2009(6)．