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谈水利工程土石坝枢纽设计要点

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【摘要】对水利工程中土石坝枢纽基本内容、施工特点以及种类进行概述,并围绕其设计过程中的重要环节展开具体分析,旨在为水利建设提供参考资料。

【关键词】土石坝枢纽设计;水利工程;坝体建设

1引言

水利工程一直是我国发展农业的重要保障,随着城镇化建设的不断加快,水利工程的规模也在进一步扩大,国家、社会和社会民众对其质量的要求也在不断地提高,其不仅在农业中发挥着重要作用,在发电、城市供水方面也扮演着重要角色。目前,水利工程建设中土石坝枢纽主要是以坝体的形式存在,特别是在中小型水库建设的过程中更是占据着十分重要的角色,但在设计的过程中受到了诸多条件的限制,同时,随着工程施工技术的不断发展,设计施工人员需要做好土石坝设计,有效延长水利工程的使用年限[1]。

2水利工程中土石坝枢纽概述

在水利工程中,土石坝的应用最为广泛,其也是我国水利工程建设中坝体施工的主要形式。土石坝枢纽在建设的过程中需要使用砂石和黏土,这些工程用料取材方便,资源十分丰富,可以有效降低工程成本。随着科技的不断进步,土石坝枢纽的设计和施工理念也在不断地创新,从我国目前水利建设的现状来看,土石坝施工需要克服地理和水域等条件的限制,所以在选择施工技术时,应该进行科学合理的规划。

3水利工程土石坝施工的特点以及相关的种类

土石坝工程的特点有很多,主要有以下几点:(1)在施工过程中,用料取材十分方便,同时成本也较为低廉;(2)坝体稳定性较好,使用年限也较长;(3)随着施工技术的不断创新,土石坝的施工方式也在发生着变化,这样,有利于土石坝能够充分发挥其作用。在进行设计土石坝的过程中,设计人员需要充分了解工程的种类和主要作用,根据各种条件来确定施工方式、工程材料和坝高。土石坝分为高、中、低坝。按照设计标准,高度在70m以上的为高坝、25~70m的为中坝,低于25m的为低坝。施工方法主要有水力充填土石坝和碾压土石坝。在设计土石坝的过程中,对比例的要求较为宽松,小型水库的比例大多数采用1:1000和1:2000。

4水利工程中土石坝枢纽设计的重要节点

4.1土石坝轴线的确定

在进行土石坝设计的过程中,轴线设计对于整个水利工程的建设有直接影响,与此同时,对水利工程的稳定性也有很大的影响。在确定土石坝枢纽轴线的过程中,需要综合考虑各种影响因素,例如,地理条件以及水文情况、河流的走向、河流的宽窄等。由于不同地区的水文地质条件的不同,河流的自然条件也会有所变化,这就需要设计人员深入了解该地区的水文地质条件并且进行分析,减少外界因素对水利工程的影响[2]。在进行土石坝轴线设计的过程中需要综合考虑各种因素,在保证施工的前提条件下,要选择合适的工程施工位置和河谷的位置。在地质条件允许的情况下,首先要考虑透水性较差的位置,如坚硬的石层或者土层等。在进行土坝轴线设计的过程中,需要考虑枢纽工程的施工用料是否获取容易,这将会影响施工的效率。

4.2枢纽设计

在枢纽设计的过程中,需要满足如下前提条件:(1)首先是选址方面,要优先选择适合进行枢纽工程施工的地理位置,例如,有些水库的轴线较短,河谷的宽度就要适当地缩短;(2)枢纽设计要保证应力紧凑,能够将枢纽的功能全部发挥出来,这样,在投入使用后能够方便进行管理;(3)坝轴线两侧的岸坡需要满足一定条件,坝肩位置的坡度尽量放缓;(4)在进行水利工程施工过程中,地质条件对其有直接影响,需要设计人员充分考虑当地的地理状况;(5)在进行选址的过程中,需要选择建筑物较少的位置,因为周边建筑物对水利工程的影响较大;(6)在进行设计的过程中需要充分考虑库区的水位,这对水利工程有着直接的影响;(7)在设计开始之前,需要对水利建设进行科学合理的规划,在进行规划的过程中需要保证与河流的规划相匹配;(8)在进行坝体定位的过程中还要保证具有足够多的施工条件,这些条件能够保证水利工程能够进行二次改造。根据上述条件综合考虑各方面的影响因素,在保证满足尽可能多的条件后再进行坝体的定位,但在建设小型水利工程过程中,土石坝的基础面积较大,受力较小,所以需要提高地基的设计施工要求。

4.3坝顶宽度的设计

坝顶的宽度选择需要考虑坝顶的设施以及使用的实际需求,通常情况下选择5~10m。高坝可以根据实际情况进行加宽。如果需要在坝顶建设公路,要根据公路的条件来选择斜墙坝或者是心墙坝,同时,还要满足墙顶端和反滤层的相关要求。例如,设计高度为90m的土石坝,该坝属于高坝,同时还要在坝顶建设一条公路,因此,要将坝顶的宽度加宽至12m。

4.4坝坡的设计

在设计土石坝的过程中,坝坡的设计需要考虑以下几种因素:筑坝材料、最大负荷、地基、坝体高度和坝体类型等,上述条件对整个坝体的稳定性以及质量有直接的影响。(1)石料处于饱和状态时,抗剪能力会随着水位的下降而下降,这样一来很容易造成上游坝体的不稳定,因此,设计人员在进行设计的过程中需要注意上游坝坡的坡度一定要大于下游的坝坡;(2)从受力的角度上看,为了能够使坝体承受足够多的负荷,在进行设计时要按照一定的梯度放缓。

4.5防渗工程的设计

土石坝防渗体的类型有黏土斜墙和心墙、沥青混凝土斜墙和心墙、土工膜等,如图1所示。土工膜主要由柔性防渗材料组成,该防渗体一方面防渗效果较好,另一方面结构简单、取材方便,有效节约了施工成本[3]。斜墙主要是由混凝土、石料和砂构成,通过一系列的处理能够实现较好的防渗特性。土质防渗体需要自上而下地增加厚度,顶部的宽度能够保证机械化施工,通常情况下>3m。当水利工程所处地区冬季温度较低时,应该充分考虑土石坝的相关技术参数,这样,可以保证防渗体不会因为结冰而出现损坏情况。

4.6排水设计

土石坝的渗水系数较低,但不可避免地会出现渗水现象,这就需要在水利工程的下游设置排水设施,主要是将水排除坝体,降低空隙的压力,避免出现坝体的崩塌。排水设施须具有较强的排水能力。同时还要减小堵塞的可能,这样可以保证坝体不会因为渗透而导致破坏,还能使后期维护容易操作。通常情况下,采用棱体的排水方式,如图2所示,内坡≤1∶1.2,外坡≤1∶1.7。

5结语

综上所述,在整个水利工程中,土石块坝体的建设尤为重要,由于受到多种因素的限制,施工质量和效率较低,所以,在土石坝的设计过程中需要收集详细的资料,对土石坝设计要进行合理规划,只有这样,才能保证土石坝质量的提升。

【参考文献】

【1】王瑞恭.论水利工程土石坝的施工技术及发展趋势[J].工程建设与设计,2019(11):177-178.

【2】王震宇.水利工程土石坝枢纽设计中的要点分析[J].工程建设与设计(下半月刊),2018(10):165-166.

【3】施瑞庭.水利工程土石坝枢纽设计中的要点初探[J].中国标准化,2019(10):83-84.

作者:龚刚 单位:中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司

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