土石壩樞紐布置原則淺析

杜 嵩 管 健

（黑龍江省水利工程建設(shè)局，黑龍江 哈爾濱 150081）

土石壩樞紐布置是對(duì)水利水電樞紐的主要建筑物的布置，如擋水建筑物（大壩）、引水建筑物、泄水建筑物、發(fā)電廠房系統(tǒng)以及航運(yùn)系統(tǒng)等建筑物相互間的位置優(yōu)化選擇，是工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。它受工程地形、地質(zhì)條件、水文氣象、水工工況、施工條件等多方面因素的制約，最終滿足運(yùn)行安全、方便、經(jīng)濟(jì)、合理、技術(shù)行進(jìn)等條件。樞紐布置既具有高度的技術(shù)性，又須根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)加以巧妙的處理，尤其是在高山峽谷地區(qū)，建筑物往往十分集中，因此選擇多種方案，進(jìn)行深入的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，選出最優(yōu)方案是十分必要的。

1 樞紐布置的基本原則

1.1 安全要求

一般土石壩樞紐布置要求以大壩為主體，以泄洪建筑物為中心，特別是土石壩不允許壩頂溢流。因此，如何確保大壩防洪安全是土石壩布置的首要原則。在某種程度上可以這樣說，選定土石壩的壩址、壩段、壩軸線，主要是選定合適的溢洪道或泄洪建筑的位置，并兼顧其它，然后進(jìn)行優(yōu)化。重視泄洪建筑的原則，主要是由土石壩不允許過水的特點(diǎn)所決定的。

1.2 地形要求

在高山峽谷地區(qū)修建土石壩樞紐和布置溢洪道以及泄洪洞、發(fā)電引水建筑物的進(jìn)出口等水工建筑物時(shí)，都可能遇到高邊坡問題，這不僅增加了施工的難度，加大了工程量，而且要為長(zhǎng)期安全運(yùn)行增加處理工作量。因此，要求在樞紐布置時(shí)，盡量減少高邊坡開挖。

1.3 地質(zhì)要求

盡量避開順坡向的緩傾角、夾泥層等構(gòu)造發(fā)育的工程地質(zhì)條件。不良的工程地質(zhì)條件，對(duì)各種泄洪建筑物、引水建筑物、廠房、開挖邊坡的穩(wěn)定性是很不利的，往往要增加很多的工程處理措施才能保證建筑物的安全。所以在進(jìn)行樞紐布置時(shí)，要十分注意考慮這些不良的工程地質(zhì)條件。

地質(zhì)條件是建壩筑庫的基礎(chǔ)，是衡量壩址優(yōu)劣的重要條件之一。在某種程度上決定著興建樞紐的難易。在選擇壩址、壩型階段，應(yīng)摸清各比較方案的區(qū)域、庫區(qū)和建筑物區(qū)的地質(zhì)情況。堅(jiān)硬、完整，無構(gòu)造缺陷的巖基是理想的壩基。天然地基總會(huì)存在這樣或那樣的地質(zhì)缺陷 ，可通過妥善的地基處理措施使其達(dá)到筑壩的要求。但是尤其重要的一是不能疏漏重大地質(zhì)問題，二是對(duì)重大地質(zhì)問題要有正確的定性判斷，以便決定壩址的取舍或定出防推論性處理的方案，或在壩型選擇和樞紐布置上設(shè)法適應(yīng)壩址的地質(zhì)條件。

一般來說，拱壩對(duì)兩岸壩基的地質(zhì)條件要求較高，重力壩或支墩壩次之，土石壩要求較低壩要求較高，低壩要求較低。

1.4 建筑材料

壩址附近應(yīng)有數(shù)量足夠、質(zhì)量能符合要求的筑壩材料，應(yīng)便于開采、運(yùn)輸，且施工期間料場(chǎng)不會(huì)被淹沒。

1.5 施工要求

要有良好的施工條件，使樞紐各個(gè)建筑物之間的施工干擾最小。樞紐布置時(shí)，要充分注意到為施工創(chuàng)造良好的條件，包括減少或避免同時(shí)多層施工作業(yè)，便于開挖、出渣與砼澆筑，土石壩填筑等，這不僅為安全施工打下了基礎(chǔ)，也有利于縮短工期，降低造價(jià)。

1.6 其他要求

對(duì)于土石壩，圍堰應(yīng)布置成為壩體的一部分。必須使樞紐建筑物運(yùn)行可靠、方便、靈活，特別是泄洪建筑物，當(dāng)沒有其他型式的泄洪孔口時(shí)，能靈活地控制與調(diào)節(jié)泄量。

1.7 綜合效益及環(huán)境影響

對(duì)不同壩址要綜合考慮防洪、灌溉、發(fā)電、通電、通航、過水、城市和工業(yè)用水、漁業(yè)及旅游等各部門的經(jīng)濟(jì)效益，還應(yīng)考慮上游淹沒損失以及蓄水樞紐對(duì)上、下游環(huán)境的各方面影響。興建蓄水樞紐將形成水庫，使大片原來的陸地和河流型水域變成洧泊型水庫，改變了地區(qū)自然景觀，對(duì)自然生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生多方面的環(huán)境影響。其有利影響是發(fā)展了水電、灌溉、供水、養(yǎng)殖、旅游等水利事業(yè)和解除了洪澇災(zāi)害，改善了氣候條件等。但是，也會(huì)緞帶人類帶來諸如淹沒損失、浸沒損失、土壤鹽堿化或沼澤化、水庫淤積、為區(qū)坍榮譽(yù)稱號(hào)或滑坡，使水溫、水質(zhì)及衛(wèi)生條件惡化，生態(tài)平衡受到破壞以及造成下游沖刷、河床演變等待不利影響。雖然水庫對(duì)環(huán)境的不利影響與水庫帶給人類的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益相比，一般來說居次要地位，但處理不當(dāng)也可能造成嚴(yán)重的損失和危害，故在進(jìn)行水利規(guī)劃和壩址選擇時(shí)，必須對(duì)環(huán)境影響問題進(jìn)行認(rèn)真研究，并作為方案比選的因素之一加以考慮。

2 壩址及壩軸線選擇的基本原則

土石壩壩址與壩軸線的選擇對(duì)樞紐布置至關(guān)重要。壩址和壩軸線選定后，樞紐的各種建筑物布置也大體上確定，只是相互位置可以全面發(fā)展化。壩址及壩軸線選擇主要根據(jù)地形、地質(zhì)、樞紐布置以及施工條件等，選擇幾種可能的方案，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較決定。

2.1 良好的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件是選擇壩址和壩軸線的必要條件

土石壩對(duì)壩址工程地質(zhì)條件的要求較寬，可以建在各種地基上，只要求滿足抗滑穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定、變形等要求，有的地基可以經(jīng)過一定的處理，使其滿足以上基本要求。對(duì)本設(shè)計(jì)中的巖石地基有其具體要求如下：

土石壩的防滲體如有條件直接修建在完整、均一的巖石地基上，往往是安全的，基礎(chǔ)處理也較簡(jiǎn)單。巖層最好具有水平或近近似水平面或傾向上游，當(dāng)巖層產(chǎn)狀為高傾角時(shí)，其走向以垂直河流流向?yàn)橐耍?dāng)巖層走向?yàn)轫樅酉驎r(shí)，可能造成施工開挖邊坡的穩(wěn)定和水庫蓄水時(shí)邊坡的穩(wěn)定問題。一是要有足夠的巖石強(qiáng)度；二是巖石地基要具有完整性與均勻性；三是應(yīng)該避免選擇沿基礎(chǔ)軟弱夾層整體滑動(dòng)的壩址；四是巖石要有足夠的抗水性；五是巖石要有一定的抗?jié)B梯度。

2.2 地形條件

合適的地形條件對(duì)溢洪道的布置十分重要，對(duì)于壩體的工程量多少，施工的難易也影響顯著。平原、丘陵地區(qū)，河谷常較開闊，施工布置比較容易，可選擇較短的壩軸線。而高山峽谷地區(qū)，往往不一定是壩軸線短為最優(yōu)，還要考慮施工問題和溢洪道的位置選擇。

2.3 土石壩的壩軸線必須遠(yuǎn)離上游庫區(qū)的滑坡體

庫區(qū)如有巨大滑坡體，其產(chǎn)生的較大涌浪對(duì)水工建筑物的破壞已早為人知，在選擇土石壩壩軸線時(shí)，必須查清為區(qū)不穩(wěn)定的山體，盡量遠(yuǎn)避，對(duì)于重要的工程，尚應(yīng)用模型試驗(yàn)加以論證，如涌浪不高，可以用加高壩頂或置防浪墻的措施來解決。

2.4 在選擇壩址與壩軸線時(shí)必須充分考慮泄洪建筑物的位置

泄洪建筑物的布置是土石壩安全與否的關(guān)鍵，因此必須修建在合適的地形與良好的地質(zhì)條件的地區(qū)。由于泄洪時(shí)往往會(huì)引起下游河岸沖刷，廠房尾聲水淤積等問題，因此在選擇壩址及壩線時(shí)，應(yīng)估計(jì)到下游水流銜接條件的難易，沖刷坑范圍內(nèi)斷層的分布與形狀等。

2.5 應(yīng)慎重考慮樞紐建筑物的綜合布置

在進(jìn)行壩址、壩軸線選擇時(shí)，除了大壩、泄洪建筑物外，尚應(yīng)充分考慮到樞紐其它建筑物如發(fā)電廠房，航運(yùn)建筑物及施工圍堰、導(dǎo)流建筑物的布置，尤其是發(fā)電廠房，往往是水利水電樞紐的主要建筑物，必須予以充分重視。

2.6 要有足夠的筑壩材料

壩址附近要有足夠數(shù)量的土、砂、石料、礫石土(包括風(fēng)化料)等筑壩材料，并具備開采的條件。

2.7 壩址及壩軸線的選擇要綜合施工總體布置進(jìn)行

施工總體布置包括施工作業(yè)，交通運(yùn)輸?shù)缆罚顓^(qū)等，對(duì)工程的施工十分關(guān)鍵，在選擇壩址時(shí)，應(yīng)結(jié)合施工總體布置進(jìn)行。土石壩壩軸線的布置一般布置成直線，有時(shí)根據(jù)地形、地質(zhì)條件，可用折線或凸向上游亦或凹向下游，在轉(zhuǎn)折處應(yīng)布置曲線的連接段。

[1]王世夏.水工設(shè)計(jì)的理論和方法.中國(guó)水利水電出版社，2000.

[2]陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析.水利水電出版社，2003.

[3]賓光楣.堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范.中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.