水利工程與我們的生活息息相關(guān)，是人們正常用水的保障。在社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，隨著人們用水量的增加，水利工程建設(shè)規(guī)模擴(kuò)大。土石壩作為水利工程的重要組成部分之一，其設(shè)計(jì)科學(xué)合理性直接影響水利工程的建設(shè)。因此，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)土石水庫(kù)之前，必須對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境進(jìn)行調(diào)查分析，實(shí)現(xiàn)理想的設(shè)計(jì)效果[1]。

1水利工程土石水庫(kù)介紹

1.1土石水庫(kù)概念

土石水庫(kù)是指采用當(dāng)?shù)厥�材、混合材料和土材，用特殊技術(shù)堆積的擋水庫(kù)。土石壩施工采用的施工技能與其他技能相比，具有較好的經(jīng)濟(jì)性能和應(yīng)用性能，因此廣泛應(yīng)用于水利工程。在實(shí)際施工中，由于對(duì)土石壩施工使用材料沒(méi)有明確要求，部分施工隊(duì)伍使用當(dāng)?shù)夭牧�，進(jìn)而有效降低施工成本，提高水利工程經(jīng)濟(jì)價(jià)值。就拿云南省文山地區(qū)來(lái)講，目前已建成的土石壩較多，均采用當(dāng)?shù)夭牧线M(jìn)行筑壩，多數(shù)土石壩壩型為粘土心墻堆石壩，少部分為粘土心墻風(fēng)化料壩和混凝土面板堆石壩。另外，土石壩的施工程序簡(jiǎn)單，只要使用簡(jiǎn)單的機(jī)械設(shè)備就能迅速完成施工。施工結(jié)束后，檢查周?chē)�土壤的密度，發(fā)生松動(dòng)時(shí)滾動(dòng)，確保土壤的密度，提高土石水庫(kù)的穩(wěn)定性。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，施工技術(shù)、觀念不斷更新，土石壩施工技術(shù)進(jìn)一步提高。

1.2土石水庫(kù)的優(yōu)勢(shì)和設(shè)計(jì)類(lèi)型

土石水庫(kù)是水利工程的水庫(kù)體，土石水庫(kù)工程有很多優(yōu)勢(shì):①工程材料簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，施工成本低②采用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)理念，保障水庫(kù)體性能好，壽命長(zhǎng)③水利工程施工技術(shù)不斷創(chuàng)新，進(jìn)一步提高土石水庫(kù)工程水平。在設(shè)計(jì)土石水庫(kù)之前，首先根據(jù)施工材料、方法和水庫(kù)高度進(jìn)行分類(lèi)，高度在30m以下的是低水庫(kù)，30~70m的是中水庫(kù)，超過(guò)70m的是高水庫(kù)。其施工方式主要有滾土石水庫(kù)和水力沖填土石水庫(kù)[2]，常用的是滾土石水庫(kù)。

2水利工程土石壩樞紐設(shè)計(jì)問(wèn)題

2.1影響水庫(kù)坡度質(zhì)量

在水利工程中，土石壩起著非常重要的作用。在土石水庫(kù)施工過(guò)程中，如果不注意施工細(xì)節(jié)，土石水庫(kù)框架出現(xiàn)問(wèn)題，水庫(kù)坡度穩(wěn)定性不足，出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。在長(zhǎng)時(shí)間的環(huán)境下，土石水庫(kù)倒塌的現(xiàn)象不僅會(huì)破壞當(dāng)?shù)氐墓┧�系統(tǒng)，還會(huì)威脅下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。另外，土石水庫(kù)失去穩(wěn)定性后，會(huì)影響排水和浸水功能，影響地下水位，嚴(yán)重破壞水利工程結(jié)構(gòu)。土石壩出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)立即解決，防止土石壩結(jié)構(gòu)問(wèn)題影響水利工程結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)期不處理，破壞非常嚴(yán)重，必須重視土石水庫(kù)的穩(wěn)定性。

2.2影響土石水庫(kù)穩(wěn)定性因素

(1)人為因素。①土石水庫(kù)發(fā)生不穩(wěn)定情況，施工人員未及時(shí)處理，土石水庫(kù)穩(wěn)定性多次破壞②土石水庫(kù)施工結(jié)束后，施工人員未定期進(jìn)行維護(hù)，土石水庫(kù)存在潛在安全隱患。土石壩出了問(wèn)題，也解決不了。為了維持土石水庫(kù)的穩(wěn)定性，可以在周?chē)�建設(shè)相關(guān)工程，提高水庫(kù)坡口的穩(wěn)定性，例如開(kāi)設(shè)礦山，建設(shè)道路等，或者增加排水量，增加土石水庫(kù)的重量[3]。(2)自然因素。①土石壩周?chē)�環(huán)境因素，包括風(fēng)力，水流速度，地質(zhì)災(zāi)害及各種自然因素作用；②施工使用的材料穩(wěn)定性較差，進(jìn)而破壞土石壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在時(shí)間使用過(guò)程中穩(wěn)定性受到破壞。在自然環(huán)境影響因素下，進(jìn)一步破壞土石水庫(kù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在一定程度上軟化，引起水庫(kù)滑坡。

3水利工程土石壩樞紐設(shè)計(jì)前的工作要點(diǎn)

3.1環(huán)境調(diào)查

在水利工程土石壩設(shè)計(jì)中，需要考慮的因素很多，如當(dāng)?shù)厮�文氣象、地形地質(zhì)、工程任務(wù)和規(guī)模等，設(shè)計(jì)前首先進(jìn)行環(huán)境調(diào)查。水利工程與人們的日常生活密切相關(guān)，必須確保土石水庫(kù)的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，調(diào)查人員必須具較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)能力。在調(diào)查過(guò)程中采用先進(jìn)的調(diào)查技術(shù)，確保調(diào)查資料有助于后期設(shè)計(jì)和施工。管理者根據(jù)調(diào)查員的資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果設(shè)計(jì)施工方案，制作設(shè)計(jì)圖紙。繪畫(huà)過(guò)程中通常采用1:1000或1:500，具體繪畫(huà)要求取決于設(shè)計(jì)和施工情況。建設(shè)小型水利工程，繪制土石壩繪制比例為1:2000或1:1000，中型水利工程，繪制比例為1:10000或1:5000。此外，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境繪制周?chē)�的地形、地板和石頭分布等[4]。

3.2土石壩軸線是設(shè)計(jì)重點(diǎn)

土石壩軸線是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，軸線是土石壩的垂直投影。在土石壩設(shè)計(jì)中，首先要明確軸線的位置，才能有效地開(kāi)展下一個(gè)設(shè)計(jì)工作。確定軸線不僅能確定設(shè)計(jì)方案和方式，還能有效保障水庫(kù)的穩(wěn)定性。因此確定軸線過(guò)程中需要考慮因素較多，其中包括地形地質(zhì)條件，水文氣象條件，水庫(kù)供水條件，樞紐布置，施工條件，庫(kù)區(qū)淹沒(méi)及滲漏情況，工程占地，工程經(jīng)濟(jì)等。所選土石壩軸線應(yīng)符合施工方案，避免選擇不當(dāng)軸線，破壞周?chē)�環(huán)境，發(fā)生嚴(yán)重安全事故。另外，由于施工地質(zhì)條件有很大差異，為了確保土石水庫(kù)的穩(wěn)定性，必須選擇透水性小的基礎(chǔ)。水利施工材料有限，為了減少資源短缺，選擇的軸線必須具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，確保施工材料充足。

4水利工程土石壩樞紐設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1合理配置土石壩樞紐

在進(jìn)行水利工程土石壩樞紐設(shè)計(jì)理人員詳細(xì)調(diào)查工地，了解當(dāng)?shù)厮�文地質(zhì)條件等，收集相關(guān)參數(shù)，報(bào)告和圖紙?jiān)趯?duì)當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行深入研究形成完整設(shè)計(jì)方案后，應(yīng)再對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減小安全隱患發(fā)生。在土石壩建設(shè)過(guò)程中，施工人員嚴(yán)格按照施工圖設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，管理人員做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督管理，確保施工高效進(jìn)行[5]。由于水利工程土石壩樞紐功能較多，樞紐建筑物組成結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，常見(jiàn)樞紐建筑物包括擋水建筑物，泄水建筑物及輸水建筑物等，為實(shí)現(xiàn)土石壩樞紐全部功能，必須充分考慮影響施工因素，進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計(jì)施工方案。確保施工項(xiàng)目之間互不干擾，在投入使用后各系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)效益，在保證土石壩施工質(zhì)量的情況下，盡量減少資金投入，有效提高經(jīng)濟(jì)效益。

4.2土石壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

不斷優(yōu)化土石壩結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高穩(wěn)定性。土石水庫(kù)建設(shè)位置不同，水流沖擊強(qiáng)度不同，建設(shè)土石水庫(kù)結(jié)構(gòu)也不同。在方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)當(dāng)?shù)厮�流的�?shí)際情況，設(shè)計(jì)施工方案。另外，結(jié)合施工參數(shù)，計(jì)算土石水庫(kù)的負(fù)荷壓力，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)施工方案。防止建設(shè)的土石壩質(zhì)量低下，進(jìn)而影響水利工程建設(shè)進(jìn)度。根據(jù)水利工程施工需求，進(jìn)一步確定土石壩建設(shè)的尺寸，使用材料及壩高等。土石壩邊坡建設(shè)應(yīng)考慮實(shí)際排水量、建設(shè)穩(wěn)定性和后期維護(hù)等。土石壩的高度應(yīng)根據(jù)日常水位高度和最高水位高度設(shè)置，以免數(shù)量過(guò)大影響土石壩，破壞其穩(wěn)定性。此外，在施工過(guò)程中應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害，優(yōu)化土石壩結(jié)構(gòu)，降低地質(zhì)災(zāi)害破壞土石壩功能。

4.3防漏排水設(shè)計(jì)

（1）在土石壩施工中，雖然使用的施工材料為當(dāng)?shù)厥�料，混合料或土料，但是在選擇前應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工特點(diǎn)，選擇合適的施工材料，選擇的材料避免使用易液化的土質(zhì)。（2）防滲設(shè)計(jì)是土石壩施工重點(diǎn)。如果施工中土石壩之間有較大的空隙，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)防滲性能。設(shè)計(jì)前，應(yīng)根據(jù)土石壩軸線設(shè)計(jì)防滲墻，有效提高防滲功能。(3)實(shí)現(xiàn)土石壩堵塞下排功能。在土石壩設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須采取相應(yīng)措施，實(shí)現(xiàn)土石壩防滲排水功能。施工中采用先進(jìn)方式鋪設(shè)，有效避免水流滲透。壩心墻是土石壩穩(wěn)定的關(guān)鍵，為了進(jìn)一步加強(qiáng)土石壩，必須選擇排水性好的過(guò)濾材料填充在壩心墻兩側(cè)。同時(shí)，在下游水庫(kù)腳位置設(shè)置棱體排水系統(tǒng)，有效降低土石水庫(kù)水位。(4)充分結(jié)合排水滲水功能。為了實(shí)現(xiàn)土石壩的排水功能，必須充分結(jié)合滲水功能。只有排水功能與滲水功能相結(jié)合，才能最大限度地發(fā)揮土石坡能。排走土石坡內(nèi)大量水流，降低滲水壓力，進(jìn)而降低浸潤(rùn)線。（5）合理設(shè)計(jì)。合理的設(shè)計(jì)方案可以進(jìn)一步加強(qiáng)土石壩的排水功能，確保水流沖刷不會(huì)造成土石壩的大面積損害，確保水利工程的正常運(yùn)行。

4.4水庫(kù)坡防滑加固

(1)設(shè)計(jì)前，先了解當(dāng)?shù)睾哟埠偷刭|(zhì)狀況，然后實(shí)地調(diào)查當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)，了解地基結(jié)構(gòu)和施工材料質(zhì)量，最后結(jié)合施工地質(zhì)狀況、當(dāng)?shù)厮畮?kù)材料狀況等，計(jì)算施工成本支出，設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益好的設(shè)計(jì)方案。(2)選擇合適的水庫(kù)類(lèi)型。由于施工情況不同，施工水庫(kù)類(lèi)型不同，其中土石水庫(kù)常用的代表水庫(kù)類(lèi)型有混凝土(或?yàn)r青混凝土)面板水庫(kù)、粘土(或?yàn)r青)心墻水庫(kù)、粘土心墻(或斜墻)風(fēng)化水庫(kù)、均質(zhì)土水庫(kù)等[6]。選擇水庫(kù)型應(yīng)結(jié)合地形地質(zhì)條件，充分考慮當(dāng)?shù)厮畮?kù)材料、當(dāng)?shù)厮�文氣象狀況、樞紐配置、施工技術(shù)、抗震性、溫度、滲水性、自重等。根據(jù)當(dāng)?shù)靥卣�，最終確定建設(shè)適合當(dāng)?shù)厮畮?kù)型。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，土石壩樞紐設(shè)計(jì)是水利工程的重點(diǎn)。土石壩建設(shè)使用材料簡(jiǎn)單，施工技術(shù)簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于水利工程建設(shè)。但在實(shí)際施工中，由于設(shè)計(jì)考慮因素較多，土石壩無(wú)法充分發(fā)揮功能，影響水利工程的正常運(yùn)行。因此，在設(shè)計(jì)之前，要充分考慮當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，確保設(shè)計(jì)合理，施工也能順利進(jìn)行。

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