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。在社會發(fā)展過程中，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)計科學(xué)合理性直接影響水利工程的建設(shè)。因此，設(shè)計者在設(shè)計土石水庫之前，必須對當(dāng)?shù)丨h(huán)境進(jìn)行調(diào)查分析，實現(xiàn)理想的設(shè)計效果[1]。

1水利工程土石水庫介紹

1.1土石水庫概念

土石水庫是指采用當(dāng)?shù)厥�材、混合材料和土材，用特殊技術(shù)堆積的擋水庫。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。在實際施工中，由于對土石壩施工使用材料沒有明確要求，部分施工隊伍使用當(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)價值。就拿云南省文山地區(qū)來講，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單，只要使用簡單的機(jī)械設(shè)備就能迅速完成施工。施工結(jié)束后，檢查周圍土壤的密度，發(fā)生松動時滾動，確保土壤的密度，提高土石水庫的穩(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土石水庫的優(yōu)勢和設(shè)計類型

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

2水利工程土石壩樞紐設(shè)計問題

2.1影響水庫坡度質(zhì)量

在水利工程中，土石壩起著非常重要的作用。在土石水庫施工過程中，如果不注意施工細(xì)節(jié)，土石水庫框架出現(xiàn)問題，水庫坡度穩(wěn)定性不足，出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，會產(chǎn)生嚴(yán)重后果。在長時間的環(huán)境下，土石水庫倒塌的現(xiàn)象不僅會破壞當(dāng)?shù)氐墓┧�系統(tǒng)，還會威脅下游居民的生命財產(chǎn)安全。另外，土石水庫失去穩(wěn)定性后，會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)問題時，應(yīng)立即解決，防止土石壩結(jié)構(gòu)問題影響水利工程結(jié)構(gòu)。長期不處理，破壞非常嚴(yán)重，必須重視土石水庫的穩(wěn)定性。

2.2影響土石水庫穩(wěn)定性因素

(1)人為因素。①土石水庫發(fā)生不穩(wěn)定情況，施工人員未及時處理，土石水庫穩(wěn)定性多次破壞②土石水庫施工結(jié)束后，施工人員未定期進(jìn)行維護(hù)，土石水庫存在潛在安全隱患。土石壩出了問題，也解決不了。為了維持土石水庫的穩(wěn)定性，可以在周圍建設(shè)相關(guān)工程，提高水庫坡口的穩(wěn)定性，例如開設(shè)礦山，建設(shè)道路等，或者增加排水量，增加土石水庫的重量[3]。(2)自然因素。①土石壩周圍環(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)，在時間使用過程中穩(wěn)定性受到破壞。在自然環(huán)境影響因素下，進(jìn)一步破壞土石水庫內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在一定程度上軟化，引起水庫滑坡。

3水利工程土石壩樞紐設(shè)計前的工作要點(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)，必須確保土石水庫的設(shè)計和施工質(zhì)量，調(diào)查人員必須具較強(qiáng)的專業(yè)能力。在調(diào)查過程中采用先進(jìn)的調(diào)查技術(shù)，確保調(diào)查資料有助于后期設(shè)計和施工。管理者根據(jù)調(diào)查員的資料和現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果設(shè)計施工方案，制作設(shè)計圖紙。繪畫過程中通常采用1:1000或1:500，具體繪畫要求取決于設(shè)計和施工情況。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)實際施工環(huán)境繪制周圍的地形、地板和石頭分布等[4]。

3.2土石壩軸線是設(shè)計重點(diǎn)

土石壩軸線是設(shè)計重點(diǎn)，軸線是土石壩的垂直投影。在土石壩設(shè)計中，首先要明確軸線的位置，才能有效地開展下一個設(shè)計工作。確定軸線不僅能確定設(shè)計方案和方式，還能有效保障水庫的穩(wěn)定性。因此確定軸線過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，水庫供水條件，樞紐布置，施工條件，庫區(qū)淹沒及滲漏情況，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，破壞周圍環(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)，報告和圖紙在對當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行深入研究形成完整設(shè)計方案后，應(yīng)再對工程現(xiàn)場進(jìn)行勘察，不斷優(yōu)化設(shè)計方案，提高設(shè)計質(zhì)量，減小安全隱患發(fā)生。在土石壩建設(shè)過程中，施工人員嚴(yán)格按照施工圖設(shè)計方案進(jìn)行施工，管理人員做好現(xiàn)場監(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)計施工方案。確保施工項目之間互不干擾，在投入使用后各系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。在設(shè)計過程中，還應(yīng)充分考慮設(shè)計方案的經(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

不斷優(yōu)化土石壩結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高穩(wěn)定性。土石水庫建設(shè)位置不同，水流沖擊強(qiáng)度不同，建設(shè)土石水庫結(jié)構(gòu)也不同。在方案設(shè)計過程中，根據(jù)當(dāng)?shù)厮�流的實際情況，設(shè)計施工方案。另外，結(jié)合施工參數(shù)，計算土石水庫的負(fù)荷壓力，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計施工方案。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)量過大影響土石壩，破壞其穩(wěn)定性。此外，在施工過程中應(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

（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，則無法實現(xiàn)防滲性能。設(shè)計前，應(yīng)根據(jù)土石壩軸線設(shè)計防滲墻，有效提高防滲功能。(3)實現(xiàn)土石壩堵塞下排功能。在土石壩設(shè)計過程中，必須采取相應(yīng)措施，實現(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濾材料填充在壩心墻兩側(cè)。同時，在下游水庫腳位置設(shè)置棱體排水系統(tǒng)，有效降低土石水庫水位。(4)充分結(jié)合排水滲水功能。為了實現(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)而降低浸潤線。（5）合理設(shè)計。合理的設(shè)計方案可以進(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水庫坡防滑加固

(1)設(shè)計前，先了解當(dāng)?shù)睾哟埠偷刭|(zhì)狀況，然后實地調(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)厮畮觳牧蠣顩r等，計算施工成本支出，設(shè)計經(jīng)濟(jì)效益好的設(shè)計方案。(2)選擇合適的水庫類型。由于施工情況不同，施工水庫類型不同，其中土石水庫常用的代表水庫類型有混凝土(或瀝青混凝土)面板水庫、粘土(或瀝青)心墻水庫、粘土心墻(或斜墻)風(fēng)化水庫、均質(zhì)土水庫等[6]。選擇水庫型應(yīng)結(jié)合地形地質(zhì)條件，充分考慮當(dāng)?shù)厮畮觳牧稀��?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)靥卣鳎�最終確定建設(shè)適合當(dāng)?shù)厮畮煨汀?/p>

5結(jié)語

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

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