水庫堤壩工程設計探討

孟可意 趙燁柳

摘 要：本文針對水庫堤壩開展了基礎研究，主要研究內容包含堤壩設計的形式，堤壩工程設計所需的主要參數，堤壩設計過程中注意的關鍵點，可視化技術在水庫設計中的應用，該研究有一定的理論和現實指導意義。

關鍵詞：水庫;堤壩;設計

1 堤壩設計形式

水庫堤壩的設計首先要根據大壩選址地的地質條件，筑壩材料，施工場地，導流，工程造價，受防護對象的重要程度等因素來綜合比較選定堤壩的結構形式。

根據結構和受力情況可以分為：重力式壩、支墩壩、拱壩和預應力壩;根據筑壩的材料又可以分為土壩、石壩、混凝土壩和橡膠壩等;根據堤壩的斷面可以分為梯形壩、斜坡面板壩等。

土石壩是當前堤壩建設中應用最廣泛的一種壩型，由其內部的防滲材料種類又可以分為均質壩、防滲體分區壩和非土料防滲體壩。在非人群密集的城鎮地區，多采用土石壩，它對壩址的地基條件要求較低，并且筑壩所需的土石等材料獲取方便，料場會選在壩址周邊，減少了運輸的人力和財力。其結構簡單，方便在原本基礎上進行維修和擴建。

巖基上的高壩建筑則多采用混凝土重力壩，它的結構簡單，耐久性好，施工便捷，便于機械化施工。但重力壩的體積大，水泥用料多，且在施工過程中不好把握能完全發揮出材料的強度。

2 堤壩工程設計所需主要參數

（1）壩高：水庫工程中擋水建筑物的高度，會對庫容、潰敗洪峰流量等產生影響。

（2）壩長：不同壩長會對河道河段斷面流速分布產生影響。

（3）坡度：坡面的垂直高度和水平距離比，是大壩穩定性的一個重要參數。

（4）抗剪強度：巖體抗剪強度是堤壩設計最基本的參數，是抗滑坡的指標。

（5）摩阻系數：不同筑壩材料與基坑側壁的摩阻系數不同，通過該系數進行基礎的抗浮計算。

（6）密實度：筑壩材料的固體物質體積占總體積的比例，它衡量了土體本身的一種物理狀態，這一參數主要用于土石壩。

（7）滲透系數：利用滲透系數要來確定土體的滲透性，用來評判堤壩的地基和壩體結構能否承受起保護的任務（其中，拱壩、重力壩不存在滲透系數，主要針對于土石壩這一形制）。

3 堤壩設計過程中的關鍵點

3.1堤壩的選址、壩型及材料選擇

首先要根據下發的任務要求書，確定受保護對象的重要性，選定壩址基本范圍。根據筑壩的要求以及實際情況，結合當地的地質條件、主要建筑物、導流、工期、造價、對環境的影響、淹沒影響以及工程效益等多方面因素進行壩址的進一步分析。接下來要針對工程的可實施性確立初步的壩線，并可以在多次的模型推演、計算中進行對壩線的輕微調整[1]。

在對當地情況進行具體分析后就要選擇建造的壩型，最先要考慮到地質條件和地形的影響，在設計時要廣泛收集結構方面的資料，以確保堤壩最后的安全穩定。要考慮到壩高、壩長以及坡度，對堤壩的自重和最大荷載有一個明確的認知。

3.2保護對象

堤壩工程的設計要先確定好它所處于的工程等級，不同的規模有著不同的標準。對于水庫防洪堤壩來講，它要先根據受保護城市或農村的范圍和重要性來確定防洪標準，再根據當地水文站所存有的降雨、徑流等相關資料來進行設計，并要提前做好汛期的應急措施。

3.3抗震防滲

地震時，堤壩可能會因為內部結構以及水體壓力作用，而導致變形甚至滑動，產生裂縫。堤壩一旦潰壩，它對保護地區產生的影響遠遠大于施工工程本身損失的后果，所以堤壩抗震設計尤為重要。可以采取人工加密，用人力、機器去強行夯實，以提升砂土的密實度[2]。

水庫堤壩的防滲主要有水平和垂直兩種形式。對于壩基滲漏一般采取上游用防滲墻攔截，帷幕灌漿堵住滲透處等辦法，下游則采用使用減壓井和排水溝等方式來減小壓力。

3.4造價

堤壩工程的造價是一個重要的經濟技術指標。在設計過程中不僅要考慮自然外界因素，如水文、地質等，還受到選址地的經濟水平、交通、市場等方面的影響。所以在設計中要進行一定的造價控制，要有限額意識，最好可以做到設計方案科學，造價合理，這樣才有可能被采納。

4 可視化技術在水庫中的應用

通過可視化技術可以生成堤壩選址處的三維立體模型，對該模型進行推演和分析可以確定出水庫淹沒邊界、庫水面積和水庫容量這三個重要指標。

在設計初期，只有確立出淹沒邊界，才能對農田、林地、村莊的破壞有一個較為確定的認知，為征地移民提供了科學的手段。

可視化技術可以反復的對三維水庫模型進行修改，可以對不同數據進行反復嘗試，以達到最優方案。同時這種技術可以直觀的看到地形剖面，綜合考慮各種地質因素，先模擬再規劃，使設計工作更加簡化。

參考文獻

[1]景峰.水利工程中水庫堤壩防滲施工技術和防治[J].居舍，2019（28）：52.

[2]Li Xinghao，Huang Jie，Filker Sabine，Stoeck Thorsten，Bi Yonghong，Yu Yuhe，Song Weibo.Spatio-temporal patterns of zooplankton in a main-stem dam affected tributary：a case study in the Xiangxi River of the Three Gorges Reservoir，China.[J].Science China.Life sciences，2019，62（8）.