淺談水利工程設計

【摘要】水利工程設計工作是保證水利工程可以順利進行的基礎，也是保證水利可以獲得更多的經濟效益的保證。水利工程設計決定著水利工程的成本，如果對設計方案進行優化，并在實際的施工過程中根據其實際情況進行改正，就能節省水利工程的整體建設成本。水利工程設計能夠節約工程成本的同時，也能抓好工程質量。

【關鍵詞】水利工程；工程環境；壩體設計

水利工程設計要考慮的因素有防洪、灌溉、排澇、發電、水資源的調配供給等，類型不同，規模不一，功能各異，卻整合在一個系統內，按照調度使用的要求，發揮著抗旱、排澇、泄洪、灌溉等多種功能，體現出它的科學性、多樣性、先進性和實效性，為社會經濟的發展作出貢獻。

1、察布查爾錫伯自治縣地理環境及地質條件

1.1 地理環境

察布查爾縣位于伊犁河南岸和中天山西端的阿拉喀爾山脈北麓。 地理坐標為東經80°31′～ 81°43′，北緯81°43′～43°57′，北面隔伊犁河與伊寧市、霍城縣相望，東面與鞏留縣接壤，南部以阿拉喀爾山脈與昭蘇、特克斯縣相鄰，西與哈薩克斯坦接壤。東西長約96 km ，南北寬約72km ，面積為4430.24 km 2 ，占伊犁地區總面積8 %. 屬大陸性溫帶的干旱氣候，熱量豐富，光照充足，四季分明，夏季炎熱 ，冬季寒冷、降水少、空氣干燥、蒸發旺盛，溫度年日變化大，適宜以農為主，農林牧結合。

根據察縣氣象站多年實際觀測資料統計：該地區多年平均氣溫7.9℃，歷年極端最高氣溫39.5℃，極端最低氣溫-43.2℃，多年平均降水量205.8mm。最大凍土深108cm，最大積雪深65cm，多年平均風速為2.5m/s，盛吹西風，最大風速28.0m/s，多年平均蒸發量為1614.8mm，多年平均日照時數2810.8h。

1.2 地質條件

1.2.1 地形地貌

工程區位于烏孫山山前傾斜沖洪積平原，區內地形較平坦，受地表徑流切割，南北向梳妝沖溝發育，自東向西發育有烏爾坦溝等14條較大沖溝，溝深3～10m，溝寬8～120m?？傮w地形南高北低、東高西低，地形坡度1/50～1/30。烏孫山山前帶海拔800～1500m，為黃土丘陵低山區，由更新世中期沉積及晚期沖洪積礫石、含土礫石、粉質黏土組成。

1.2.2 水文地質條件

工程區地下水埋深由南向北隨地面高程的降低而逐漸變淺，其埋深在3-200m。沖洪積平原主要接受黃土丘陵區地下水側向補給，地下水流向為由南向北。

地下水（基巖裂隙水）水質良好，水質礦化度一般小于0.5g/L。

1.2.3 工程地質條件

上更新統沖洪積層（aplQ3）在工程區廣泛分布，巖性有沖洪積粉質壤土和沖洪積砂卵礫石，是構成各類建筑物基礎的主要地層，除1號灌區一泵站基礎座落于沖洪積粉質壤土層外，其他泵站和干管基礎均為沖洪積砂卵礫石，地層結構密實，物理力學指標能夠滿足各建筑物對地基的要求。

2、某水庫壩體設計

2.1 工程概況

某水庫工程由大壩、放水隧洞和溢洪洞組成，是一座以灌溉為主， 兼顧城鎮供水、防洪、發電、旅游的綜合性山區水庫。水庫總庫容 1436×104m3 ， 壩型為混凝土面板堆石壩， 最大壩高 63.85m， 壩頂長175m， 壩頂寬 6.0m， 上下游邊坡皆為 1︰1.4。壩體填筑分墊層區、過渡區、堆石區三個區域。墊層區設計水平寬度為3m；在周邊縫下游設墊層小區，頂寬0.6m；過渡區設于墊層料下游，水平寬 3m 。堆石區及過渡區填筑料采用爆破料，為凝灰巖和輝石閃長巖；墊層料采用河床砂礫料。

2.2 壩體填筑設計實施與優化

2.2.1 對壩體分區的優化

初步設計壩體填筑從大的方面分兩個區：墊層區（Ⅱ區）和堆石區（Ⅲ區） ， 堆石區又分為過渡區（ⅢA區） ， 主堆石區（ⅢB區）和下游堆石區（ⅢC區）。在實際施工中，存在以下問題：① 根據實際地質條件，主堆石區和次堆石區的爆破料都在同一料場開采，壩料性質相近；②壩體施工場面狹窄，縱、橫坡面上主次堆石區臨時施工道路難以布置，運料交通不暢；③ 次堆石區比主堆石區的填筑料和壓實指標都要求低，容易造成相鄰兩個區域存在不均勻沉降。兩個區域的不同要求反而增加施工難度， 給施工的安全控制、質量控制和進度控制帶來隱患。經論證，決定取消次堆石區，除墊層區外，壩體按統一規格壩料填筑，用統一壓實標準碾壓。

2.2.2 碾壓參數的優化

現碾壓試驗爆破料采用進占法鋪料，堆石料每層鋪料厚度為 80cm、100cm、120cm，碾壓6遍、8遍、10遍；過渡料每層鋪料厚度為80cm，碾壓6遍、8遍、10遍、11遍、12遍。墊層料每層鋪料厚度為40cm，碾壓2遍、4遍、6遍、8遍；墊層小區料每層鋪料厚度為 20cm ，采用 2t振動平板夯振動碾壓4遍、6遍、8遍、10遍。通過現場碾壓試驗得出堆石料孔隙率、 墊層料相對密度、小于0.075m m、小于5mm顆粒含量均滿足設計的結論，并取得各區的碾壓參數。實際施工時，采用碾壓試驗所得到的各區最適宜碾壓指標，檢測壓實值經常在臨界值左右浮動，通過實際填筑碾壓，將各區碾壓指標作了調整，并要求各區灑水碾壓，其中將過渡區每層鋪料厚度調整為40cm，主要是因為墊層區、過渡區相鄰且皆為3m寬，正好為3個碾跡， 統一鋪料碾壓，便于施工質量控制。采用上述碾壓指標后，再沒有出現壓實值在臨界值左右浮動的現象。經過一段時間施工，又發現灑水碾壓的灑水量難以控制，且隨著壩體填筑高度不斷增加，取水成本不斷加大，還耽誤工期，根據不灑水實際填筑碾壓結果，將各區碾壓遍數再一次作了調整。經過不斷的調整， 使施工基本符合設計要求。

2.2.3 大壩基礎處理

原設計將河床覆蓋層清除 50cm后， 壩體直接坐落在砂礫石層上。實際在壩基范圍內開挖探槽發現在 8～9m深的覆蓋層中， 表層 2m是砂卵礫石層， 中間3～4m 是淤泥質粉土， 呈黑色、灰黑色 ，局部最小厚度 2.0m，最大厚度 5.0m，淤泥質粉土厚度沿壩軸線方向變化很大，沿垂直壩軸線方向，受基巖頂面起伏影響，厚度變化較大， 淤泥質粉土層占到壩基覆蓋層厚度的一半， 具有高含水、高含有機質、高壓縮、低抗沖刷能力等特性，不可直接作為壩體天然壩基。為確保大壩安全，將河床以下的淤泥及砂礫石層全部清除，大壩基礎直接坐落在基巖上。

2.2.4 增加過渡料填筑區

河床段淤泥層及砂礫石清除后，古河床處形成寬 20m 左右、深 7～8m的開挖面，開挖邊坡接近90°， 施工面較小不便于施工。如果采用壩體堆石料填筑， 在溝槽兩側壩料與巖面接觸處不容易碾壓密實，為保證填筑質量，使溝槽內填筑的壩料有較高的密實度， 要求基槽用過渡料填筑。同樣， 要求在壩體與兩岸山體接觸面水平寬 3m范圍內， 也用過渡料填筑 。

2.2.5 大壩后坡增設馬道

根據大壩自動化觀測需要， 在大壩后壩坡1008.08m和1028.8m 高程設觀測房、觀測墩，一方面考慮到觀測房建基面的需要，另一方面為方便今后大壩運行管理中后壩坡巡查， 在大壩下游坡1008.8m 和 1028.8m高程增設兩級馬道。

3、結語

隨著水利工程建設技術的發展，應注重在水利工程設計工作中， 提高技術和強化管理。將最新的設計技術和設計理念大膽、科學地運用到水利工程的設計工作中，水利工程的設計工作中結合本區工程水利條件，在設計的時候要能夠克服出現的問題，保證水利工程設計工作順利完成。

參考文獻：

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[3]吳正厚.水利工程設計的現狀及發展前景[J].河南科技.2011（08）.