水利工程土石壩樞紐設計的要點思考

成斌

【摘要】水利工程是我國第三產業的重要組成部分。尤其是近年來，隨著國民經濟的快速發展，對水利工程的建設需求量也在不斷增加。所以如何提高水利工程建設的技術水平，也就成了我們必須面對的一個重要課題。在水利工程建設當中，土石壩的樞紐設計有著至關重要的地位。它直接決定著水利工程的質量和可靠性。所以我們有必要對土石壩樞紐設計的要點進行深入思考，制定出合理完善的設計方案。

【關鍵詞】水利工程；土石壩樞紐設計；要點思考

作為我國第三產業重要組成部分的水利工程，歷來在我國的工業體系中占據著舉足輕重的地位。近年來，隨著國民經濟的進一步發展，對水利工程的建設也提出了更大的需求。我們應當努力提高水利工程的技術含量，使之更好地服務于國民。土石壩樞紐設計是水利工程建設的重點工作，對于整個水利工程土石壩施工工程的質量有著非常關鍵的影響。我們應深入分析土石壩樞紐設計的要點，積極展開思考。

一、水利工程的土石壩之概念和優勢

在水利工程中土石壩樞紐是重要的壩體表現，利用自身的技術特點，不斷促進水利工程穩定發展。對于水利工程的建設來說，土石壩之概念和優勢主要體現在以下幾個方面：

（一）土石壩之概念

土石壩是指由土、石料等當地材料建成的壩，是歷史最為悠久的一種壩型。在水利工程的建設中，我們通過拋填、碾壓、灌注等步驟，采用各種施工設備，把土、石料等原材料進行分區分層填筑，然后碾壓，達到設計標準，形成擋水結構。土石壩式世界壩工建設中應用最為廣泛和發展最快的一種壩型。

近年來，隨著現代化的施工技術在水利工程中的全面應用，土石壩的施工早已擺脫了水文和天氣等方面的影響，在應用技術上早已實現了科學性、合理性和經濟性，為我國水利工程的發展中發揮著重要的作用。

（二）土石壩在水利工程中的優勢

1.材料簡單、成本低且擋水效果好

可以就地、就近取材，節省大量水泥、木材和鋼材，減少工地的外線運輸量。由于土石壩設計和施工技術的發展，放寬了對筑壩材料的要求，幾乎任何土石料均可筑壩。這種優勢是其他壩型所難以企及的。

2.工程性能好適應性強

能適應各種不同的地形、地質和氣候條件。任何不良的壩址壩基，經處理后均可筑壩。特別是氣候惡劣、工程地質條件復雜和高烈度地震區的情況下，土石壩實際上市唯一可取的壩型。

3.施工高效安全可靠性強

目前，大容量、多功能、高效率施工機械的發展，提高了土石壩的施工質量，加速了進度，降低了造價，促進了高土石壩建設的發展。

由于巖土力學理論、試驗手段和計算技術的發展，提高了大壩分析計算水平，加快了設計進度，進一步保障了大壩設計的安全可靠性。

高邊坡、地下工程結構、高速水流消能防沖等土石壩配套工程設計和施工技術的綜合發展，對加速土石壩的建設和推廣也起到了重要的促進作用。

二、土石壩設計的前期準備環節

（一）采集工程建設的基本資料

在正式進行土石壩的設計時，我們首先要采集工程建設的基本資料。它涵蓋了土石壩施工所在地的地形、地質、水文、氣象等相關資料。通過這些資料，我們才能取得開展土石壩設計工作的相關理論依據，從而有效地確認土石壩設計方向，提升施工的質量，盡可能地壓縮施工成本。所以，對土石壩工程建設基本資料的采集是必須值得重視的。一開始我們要收集和整理相關的地形資料，它對于水利工程建設的整體結構與施工項目有著直接的影響。采集地形資料通常體現為繪制地形圖的形式。在這個環節中，我們必須要首先實地勘察土石壩所在位置的地形狀況，運用最合理的比例開展繪制。通常來講地形圖的比例為1∶1000 或1∶500。我們要根據實際的施工需求，來因地制宜地選擇合適的比例。通常對于土石壩庫區的地形圖并無特殊的需求。

（二）對土石壩的軸線進行確定

在土石壩樞紐設計的環節中，對軸線的確定也是至關重要的一個方面。在軸線的選擇上有著多方面的參考因素，比如土石壩所在區域的地質、地形、水文條件等環境因素，以及水利工程施工規模、施工布局、水庫具體施工條件等其他因素。對軸線的選擇，首先要充分滿足施工需求，便于施工操作，所以我們要盡可能地將軸線安排在河谷較窄、方便建造泄水建筑物之處。土石壩岸兩端的厚度不可影響到施工的安全。此外對于地質條件來說，其地基必須安排在透水性較小的地方。比如完整的巖石，堅韌的巖層等。另外就是，在確定土石壩軸線時，還要確保水利工程土石壩樞紐在施工時有充足的建筑材料供應。最后，還要確保土石壩的施工能同水利工程土石壩樞紐所需的泄洪洞、發電站等保持同步，互相不造成影響。

（三）土石壩樞紐的設計要點

（1）具有足夠的斷面維持壩坡穩定。土石壩的邊坡和壩基穩定是大壩安全的基本保證。

（2）設置良好的防滲和排水設施以控制滲流。土石壩擋水后，在壩體內形成滲流，飽和區內土石料承受上浮力，減輕了抵抗滑動的有效重量；浸水后的土石料的抗剪強度指標有所減小；滲流力可對壩坡形成不利作用。設置防滲和排水設施可以控制滲流范圍、改變滲流方向、減小滲流的出逸比降以增加壩坡、壩基和河岸的抗滑和抗滲穩定。防滲設施還有利于減小壩體和壩基滲漏量。

（3）根據現場條件選擇良好筑壩土石料的種類、壩的結構形式以及各種土石料在壩體內的配置。還應根據土石料的物理力學性質選擇好壩體各部分的填筑壓實指標，達到技術經濟上的合理性。

（4）泄水建筑物具有足夠的泄流能力，壩頂在洪水位以上要有足夠的安全超高，以防洪水漫頂，造成大壩失事。

（5）采取適當的構造措施，使壩運用可靠和耐久。在庫水位變動區內，上游壩坡應有堅固的護坡，防止風浪沖擊和掏刷。下游壩坡應能防止雨水的沖刷破壞作用。保護壩體內粘性土料，防止夏季日曬，冬季凍脹破壞形成裂縫。對壓縮性較大的土料應采取工程措施減少沉降變形和不均勻沉降，避免裂縫形成和發展。

（四）合理布置土石壩樞紐的要點

我們要意識到，各種不同功能的建筑物共同搭建起了水利工程土石壩樞紐。所以在土石壩的設計環節，我們必須對這些建筑物進行科學布置，才能夠讓土石壩樞紐的價值得到最大程度的發揮。首先，我們必須確保建筑物運行中的安全性，還要確保不同的建筑物能同時進行施工而互不影響。

此外，我們還要在完善管理方案方面下功夫，使施工周期盡可能得到縮短。此外還要盡可能地做到整個水利工程土石壩樞紐建筑物的施工資金合理分配。在不影響施工效果的前提下，盡可能地減少施工成本。

其次，還要設計好泄洪建筑物。它是土石壩樞紐最為關鍵的的環節之一。在設計的過程中，我們要充分分析所在地的水文環境，采取最佳的形式，泄洪道應盡量采用開敞式，保證足夠的超泄能力。要充分考慮水流的沖擊作用，設計好適宜消能設施，保證泄水建筑物的穩定。如果河流中的泥沙含量較大，那么還要設置適宜具有排沙功能的建筑物，保證樞紐運行的長久性。

最后還要充分結合當地的地貌來進行土石壩的布置工作。高山區、丘陵區、平原河道區是土石壩樞紐的三種地貌。不同的地貌也應采取不同的設計方案。所以我們在布置土石壩樞紐的時候，要參照各區域的特征來安排布置方案。關于不同區域的土石壩布置方案見表2：

（五）土石壩剖面和構造的設計要點

土石壩的基本剖面根據壩高和壩的等級，壩型和筑壩材料特性，壩基情況以及施工、運行條件等參照現有工程的實踐經驗進行初步擬定，然后通過滲流和穩定分析檢驗，最終確定合理的剖面性狀。

土石壩壩頂高程根據正常運行和非常運行時的靜水位加相應的超高予以確定；壩頂寬度根據運行、施工、構造、交通和人防等方面的要求綜合研究后確定。土石壩壩坡對壩體穩定以及工程量的大小均起重要作用，壩坡根據不同的壩型及壩體填筑材料的性質進行確定，工程上游壩坡坡度在1：1.4～1：4.0之間選擇，下游壩坡坡度在1：1.5～1.3.0之間選擇，土石壩下游沿高程每隔10～30m設置一條馬道，用于攔截雨水防止壩面沖刷，同時也可兼做交通、檢修、觀測之用。

總而言之，我們在進行水利工程土石壩樞紐設計時，要充分做好一系列的準備工作。包括對基本資料的采集及對土石壩軸線的確定。一旦這些準備工作全部就緒，就要對施工方案就行合理的布置，設計好土石壩剖面和構造，讓施工方案更加科學合理。

三、結束語

近年來，隨著國民經濟的快速發展，對水利樞紐工程的建設需求量也越來越大，需要根據具體情況，發展和選擇適宜形式的土石壩，所以對于土石壩樞紐設計也提出了更多的要求。為了有效地提高土石壩樞紐設計的效果，我們需要將設計工作建立在科學論證的基礎上，確保設計方案能夠符合科學性。

參考文獻：

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