水庫大壩工程技術方案比選

辛鵬

（黑龍江省農墾牡丹江管理局興凱湖灌區管理站，黑龍江 密山158325）

隨著我國國民經濟的迅猛發展，在水利基礎設施建設方面也有了巨大的進步，相應的投資進一步增加，由此使得我國水利事業實現了突飛猛進的發展。由于水利工程的增多，對于水庫大壩工程技術方案等相關內容要進行嚴格的比選，選擇更優質的技術方案，把方案比選的相關基礎理論在實際的設計過程中有效應用，通過科學合理的方法針對實際工作進行驗證。

1 工程概況

在本文中所列舉的工程案例，其水庫控制流域面積為261.62km2，該水庫大壩工程的核心作用是農業灌溉，與此同時，也進一步兼顧防洪和生態用水等相關功能。該水庫的樞紐有幾個核心部分有機組成，分別是主副壩、泄洪閘、引水工程等相關建筑物。在該工程的技術方案比選過程中，要結合其具體的功用和地形條件，氣候特征等相關因素來著重考量。

2 技術方案比選的影響因素

2.1 施工取材

要針對相關材料進行有效分析，主要是指在項目的建設期內，對于所需原材料能否便于取材進行著重考量，同時也要考慮到相關材料的成本，材料是否滿足防洪抗汛的基本要求，對于相關材料要嚴格要求，在項目設計過程中要綜合性的考慮各類元素。

2.2 天氣及季節因素

要考慮到施工過程中，隨著季節的變化，例如，混凝土工程也要對其做好相對應的養護和保養，整個水庫大壩工程受到天氣和季節因素的直接影響，有很多不可抗力，所以在選材以及設計的過程中，要在最大程度上有效降低天氣季節等因素的制約。

2.3 施工技術

施工技術因素，對于整體工程施工的質量，工期長短，資金開支等相關情況有著十分關鍵的影響，因為技術有不同的要求，需要的工種也有著很大差異，技術有越高的要求，所涉及的工序就會越復雜，與之相對應的質量要求就會越高，在這樣的情況下，就會使施工工期進一步延長。例如，凍漲、洪水沖刷使得水庫大壩工程出現倒塌，凍裂等問題，使得整個工程的性能和質量大打折扣。

3 該工程壩址區氣象地質條件分析

3.1 氣象條件分析

在本文中所列舉的水庫大壩工程案例所在區域是溫帶半干旱大陸性氣候，在一年內有十分明顯的季風環流，而且隨著季節的變化，有著互相交替的規律，而且十分明顯。在春秋兩季，往往十分干燥多風，在夏季特別炎熱且多雨，冬季十分寒冷，少有下雪天氣。該地區一年四季的氣溫變化特別大，綜合多年的氣溫進行計算，平均氣溫為7.6℃。平均降雨量368.1mm；多年平均蒸發量2004.8mm。該地區所呈現出的平均凍土厚度為1.2m。無霜日數171d。

3.2 地質條件分析

本文中所列舉的水庫大壩工程，整個區域呈現出不對稱的“U”型河谷狀，寬度范圍158～220m，坡降1.9‰。壩址所在的河床寬度大約在158m，海拔高程為1000.45m，壩基的組成部分包括特別深厚的第4 系地層，其地下水的埋深大約在0.5m，從屬性來看是比較典型的空隙潛水。從相關的探坑資料來看，地層的水平方向分布相對來說比較穩定，有著比較良好的連續性，從根本上來講屬于中等透水。

4 針對本水庫大壩工程技術方案的比選分析

從本水庫大壩工程的相關影響因素和條件進行分析，針對工程技術方案展開相對應的比選，對于大壩有限元靜動力展開分析，所涉及的計算應用軟件為三維有限元靜動力通用程序TOSSD3。為了進一步優選出最理想的大壩工程技術方案，本文著重分析和探究三種類型的技術方案，分別是：

方案1：有針對性的徹底清除右岸坍滑堆積體，針對大壩的所用原材料而言，不用開挖渣料。

方案2：徹底的清除坍滑堆積體，把其中一部分的開挖渣料當做整個大壩工程的3C 區的填筑料。

方案3：針對右岸坍滑堆積體進行些許的清除，只是把表面約兩米的地方清除掉。本文有針對性的比較和分析這三種方案，然后進一步分析對壩體應力變形的具體影響情況，特別是對面板應力變形特點以及周邊縫和垂直縫變形所構成的影響。

4.1 計算參數

4.1.1 混凝土面板

防滲面板采取的是C25 混凝土，有針對性的結合彈性模型來進行考慮，并且進一步結合SL5057-2009《混凝土結構設計規范》的相關內容，計算出相對應的彈性模量、泊松比和密度數值分別為E=28.0GPa，μ=0.167，ρ=2.45g/cm3。軸心抗壓、抗拉強度設計值分別為11.9MPa、-1.27MPa。

4.1.2 筑壩壩料和坍滑堆積體

靜力本構模型對于相關參數進行計算，都是有效利用靜力三軸CD 來試驗確定。針對動力本構模型計算參數，主堆石料3B 和右岸坍滑堆積體利用動力三軸試驗來進行明確，然后通過類比來進一步明確其他材料的具體參數和指標。

4.2 靜動力及壩坡穩定的分析

有針對性的結合大壩凈動力以及坡度的穩定計算結果來進行分析，具體而言，主要體現在以下幾個方面：

（1）針對方案一而言，其竣工期、蓄水期所呈現出的壩體及面板應力應變并不是十分明顯，周邊縫和垂直縫并沒有大的變形，相對來講，壩坡抗滑有著更好的穩定性，能夠滿足相對應的設計要求和工程需要，可以看出是最理想的方案。

（2）方案2 所呈現出的問題主要體現在：如果蓄水期間出現地震，下游壩坡抗滑所呈現出的安全性，穩定性和相關系數都不符合規范要求，有可能出現失穩的問題。與此同時，該方案所呈現出的滲透系數在10-6cm/s 數量級，在試用過程中所呈現出的超靜孔壓相對來說比較小，而在運行期間所出現的次固結變形相對來說明顯增大，對于整體工程的防汛體系和安全性造成嚴重影響；③在3B 主堆石料與3C 次堆石料的接觸部位比較典型的拱效應，運行的時候，拱效應進一步釋放，這對于整體工程都會造成很大程度的流變變形反應。

（3）方案3 出現的問題主要體現在：①竣工期和蓄水期壩體最大沉降超過既定的標準，使變形程度過大；②施工期其主固結變形大體上完畢，在具體的運行過程中，會出現某種程度的次固結變形，也就是通常所稱之為的流變變形，在這樣的情況下，對于整體防滲體系的安全性，穩定性都會造成嚴重影響。③震后面板局部部位拉應力比C25 混凝土的抗拉強度要有十分明顯的提升，因此極有可能導致其拉裂。

通過整體的分析和探究，進行水庫大壩工程技術的方案比選工作，為了使大壩整體的安全性和效益性顯著提升，要有效采用方案1，也就是說，全面徹底的挖除右岸坍滑堆積體，開挖料不能當做壩料。

從上文的分析和探究中，我們能夠充分看出，為了進一步有效明確該工程的水庫大壩工程技術方案的具體情況，要著重做好技術方案的比選工作，結合各類因素，采用先進的軟件計算模型等等，有效獲得方案1 這樣的和實際情況更為接近的方案。同時進一步結合其他的技術、經濟指標等等，采取相對應的施工技術，以此在更大程度上提升整體工程的質量和性能。