如何全方位思考堤壩的設計方式和選取方案

賈志強

【摘 要】本文在簡單介紹堤壩工程設計相關情況的基礎上，從多個方面對如何做好設計工作進行了分析，以便為實際工作的有效開展提供參考和借鑒。

【關鍵詞】堤壩；工程設計；相關問題

【Abstract】In this paper， a brief introduction dam engineering design， based on the relevant circumstances， in many ways on how to do the design work is analyzed in order to provide reference for the effective implementation of the actual work.

【Key words】Dam；Engineering design；Related issues

1. 引言

臨水而居在古今中外都是人們選擇居住環(huán)境的主要原則，但同時水火無情，與水有關的各種天災人禍都會造成嚴重的生命財產(chǎn)損失。改革開放后，我國國民經(jīng)濟得到了飛速的發(fā)展，尤其是臨近水道的城市，更是因為航運之便而在短時間內(nèi)迅速崛起，人口的涌入一方面加速了城市建設，另一方面也對水利工程的設計者和建設者提出了更高的要求，這點在城區(qū)段河道堤壩治理工作中表現(xiàn)的尤為突出。對于堤壩工程的設計者而言，不僅要考慮項目自身使用功能的有效實現(xiàn)，還要兼顧河道規(guī)劃與占地問題，任務較以往更為繁重，所以在這樣的時代背景下，對堤壩工程設計相關問題進行討論，就具有了較高的理論和實踐意義。

2. 堤壩工程的常見形式

（1）項目所在位置是堤壩結(jié)構(gòu)形式選擇的主要依據(jù)，同時還會兼顧施工所在地附近的材料供應問題，最終確定的結(jié)構(gòu)形式可以說是在全面考慮地質(zhì)條件、所在位置、風浪特性、建材供應、運管要求、項目造價、景觀建設等諸多因素后的結(jié)果，以便滿足技術和經(jīng)濟兩方面的需求。

（2）根據(jù)建材的不同，堤壩可分為石堤、土堤、鋼筋混凝土防洪墻、混凝土堤、混合材料堤等多種類型；根據(jù)其斷面形式的不同，可分為直墻式、斜坡式、復合式等類型。

（3）一般來說，在非城鎮(zhèn)地區(qū)如湖積平原、沖擊平原等地會采用均質(zhì)黏土壩；在石材豐富、洪水迅速消長、河床比降大的地區(qū)，多會采用砌石防沖結(jié)構(gòu)的卵石堤或土堤；在平原城鎮(zhèn)等人口密集地區(qū)，多會在兼顧土地占用、材料供應等問題的基礎上，采用直墻式堤，另外，也可能根據(jù)景觀建設等要求另外選擇結(jié)構(gòu)形式。

（4）斜坡式結(jié)構(gòu)一般用于護岸工程中，但是在山區(qū)城鎮(zhèn)，則會因岸坡抗淘刷、抗沖能力不足、穩(wěn)定性較差等因素選擇擋墻式結(jié)構(gòu)。在加固已建成土堤的過程中，除采用土料填筑外，也可以通過防浪墻的設置來滿足增高的需求。

3. 堤線的設置與選擇

（1）堤線的設置與選擇直接影響著工程建設的合理性及使用功能能否得到充分發(fā)揮，并在很大程度上決定著項目的總投資。因此在開展此項工作時，設計人員應在全面了解地貌、地形、地質(zhì)條件、地勢、防洪要求的基礎上，結(jié)合擬建建筑的施工條件、結(jié)構(gòu)形式、所在位置以及河流的歷史演變等問題，分析下伏地層的地質(zhì)情況，在經(jīng)過經(jīng)濟與技術可行性討論后方可最終確定。

（2）堤壩的位置應注意避開沉積、淤灘、崩岸、泛灘等區(qū)域，雖然這些區(qū)域相對較高，但以往是河道過水部分，下伏層多由卵礫層、淤泥構(gòu)成，擁有較強的透水性能，穩(wěn)定性較差。這樣就會在很大程度上增加開挖、壓填、防滲處理的工作量與工作時間，技術與經(jīng)濟可行性不足。

（3）大多數(shù)河堤都毗鄰居民區(qū)，堤線的改變較為困難，所以設計人員除合理選擇堤型外，還要兼顧土地占用等問題，并為防洪留有余地。一般來說，應在堅持就地取材、因地制宜原則的基礎上，結(jié)合項目所在地的實際情況，選擇經(jīng)濟和技術可行性最高的堤型。另外，也可以通過沉箱式、擋墻式、加筋土等工程技術措施使堤線的布置與堤型的選擇更具靈活性。

（4）除上文所述內(nèi)容外，設計人員還應詳細翻閱當?shù)氐臍v史資料，調(diào)查、搜集、整理歷年來的洪災記載，盡可能避免將堤壩設置在歷史泛濫區(qū)或穿越以往的河道，從而降低堤基施工量和施工難度，減低項目投資。

4. 堤壩設計工作中的荷載組合

（1）荷載分為基本荷載與特殊荷載兩種類型，其中，基本荷載主要包括堤壩自重、風浪壓力、凈水壓力、揚壓力以及其它可能會出現(xiàn)的荷載。特殊荷載主要包括地震及其它不太可能出現(xiàn)的荷載。

（2）在土堤的設計工作中，若穩(wěn)定計算考慮的是正常狀態(tài)，則應包括設計洪水位下的不穩(wěn)定、穩(wěn)定滲流期背水坡堤坡兩方面內(nèi)容；若穩(wěn)定計算考慮的是正常狀態(tài)，則應包括施工過程中背、臨水側(cè)堤坡兩方面內(nèi)容；在防洪設計中，正常情況主要考慮基本荷載，特殊情況需要考慮基本與特殊荷載的組合問題。

5. 堤壩工程設計的常用參數(shù)

首先是壓縮系數(shù)與模量。這兩個參數(shù)不僅用于計算，還可以作為評價地層壓縮性的指標。其次是抗剪強度。抗剪強度衡量的是土堤在投入使用后是否會出現(xiàn)滑坡、滑動問題，是堤壩工程設計中的一項重要指標。第三是允許比降。該指標衡量的是地磁滲透穩(wěn)定性是否符合設計標準和規(guī)范的要求。最后是滲透系數(shù)。在加固、擬建等堤壩工程的設計工作中，掌握堤基、堤身的滲透系數(shù)是計算滲流的前提條件。

6. 堤基的處理方式

6.1 在絕大多數(shù)情況下，堤基以及所使用的填筑材料的滲透系數(shù)都直接決定著是否可以實現(xiàn)穩(wěn)定滲流，當然，孔隙率這一指標也會對穩(wěn)定滲流產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)達西定律，滲流出現(xiàn)的可能性會隨著滲透系數(shù)的增高而提升。由此可知，使用砂土、砂壤土構(gòu)建的堤壩較采用壤土、粘土構(gòu)建的堤壩更容易形成穩(wěn)定滲流。建在河邊的大多數(shù)防洪堤堤基部分都是由沉積土構(gòu)成，地層多為卵礫石層和砂層，土層多為卵礫、砂、淤泥、粘土構(gòu)成。

6.2 下面，我們就對上述堤基的防滲處理工作進行討論：若堤基不透水層處于較深的位置，而透水層的厚度又超過了標準和規(guī)范中的要求，那么在臨水側(cè)為穩(wěn)定灘地的情況下，設計人員可采用水平防滲的處理辦法；若灘地無法滿足水平防滲的鋪筑要求，則可換用粘性土截水槽或地下截水墻的方式加以解決。

6.3 若為由砂卵礫、粘性土構(gòu)成淺層透水堤基，則可通過適當?shù)拇怪狈罎B措施截滲。此類堤基的結(jié)構(gòu)由上到下依次為：厚粘性土層、強透水層與相對不透水層，可能出現(xiàn)的破壞問題主要包括以下兩類：

（1）堤內(nèi)存在著潛伏地下水，地面附近的粘土層遭到破壞，管涌和沸砂是破壞問題發(fā)生的兩種主要表現(xiàn)形式。一般來說，破壞會發(fā)生在溝渠、耕植土深挖等區(qū)域，對于此類問題，設計人員可采用填塘固基的處理辦法。

（2）擁有粘性土改變以及類型為承壓水的地下水。由于河床深度較高，且與堤基強透水層相通，所以在水位抬高的時候，壓力也會隨之增加，在沖決粘性土頂板后形成激涌、地表塌陷和沸砂。

6.4 對于深層透水堤基，設計人員可通過采取減壓井、排水減壓溝、堤后壓載的方法加以處理，使堤基滲出口的滲透坡降滿足設計標準和規(guī)范的要求。若弱透水層較厚，則應盡可能采用堤后減壓的方法；若較薄，宜采用減壓井或減壓溝的方法。

7. 結(jié)語

在堤壩工程的設計工作中，任何一個因素出現(xiàn)紕漏都會對整個設計成果造成影響，所以設計人員除了要不斷提高自身的專業(yè)能力外，還要在實踐中學會如何全方位思考堤壩的設計方式，以便最終形成技術性、經(jīng)濟性兼顧的方案，為下游地區(qū)人民群眾的生命財產(chǎn)安全提供更多的保障。

參考文獻

[1] 鄭國強.水利工程中堤壩防滲施工技術[J].中小企業(yè)管理與科技，2012，（6）：129～130.

[2] 鐘福祥.論述堤壩工程對我國水利事業(yè)的重要性及設計的重點[J].大科技：科技天地，2011，（21）：305～306.

[3] 包禮海.淺議堤壩灌漿防滲加固技術[J].中國高新技術企業(yè)，2009，（22）：141～142.

[4] 趙均水.城市防洪堤壩景觀設計探討--以臺州三門溪北公園濱水景觀設計為例[J].絲綢之路，2010，（10）；76～77

[文章編號]1619-2737（2015）06-20-637