水利工程土石坝设计要点分析

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【摘要】土石坝是挡水坝中的一种，是水利工程重点设计项目，其设计合理性直接影响土石坝稳定性、排水性、防渗性及护坡功能。因此在水利工程土石坝枢纽设计过程中，必须根据当时地质条件和施工环境进行设计，确保设计方案符合水利工程施工要求。

【关键词】水利工程；土石坝；枢纽设计；要点

前言

水利工程与我们生活密切相关，是人们正常用水的保障。在社会不断发展过程中，随着人们用水量不断增加，水利工程建设规模不断扩大。土石坝作为水利工程重要组成部分之一，其设计科学合理性直接影响水利工程建设。因此设计人员在进行土石坝设计前，必须对当地环境进行调查分析，进而实现理想化设计效果[1]。

1水利工程土石坝介绍

1.1土石坝概念

土石坝是指采用当地石料、混合料或土料，经过特殊工艺堆砌而成的挡水坝。在土石坝施工中采用的施工技能相较于其他技能，具有较好经济性能及应用性能，因此在水利工程中应用较为广泛。在实际施工中，由于对土石坝施工使用材料没有明确要求，部分施工队伍使用当地材料，进而有效降低施工成本，提高水利工程经济价值。就拿云南省文山地区来讲，目前已建成的土石坝较多，均采用当地材料进行筑坝，多数土石坝坝型为粘土心墙堆石坝，少部分为粘土心墙风化料坝和混凝土面板堆石坝。此外，土石坝施工步骤简单，只需借助简单的机械设备就能快速完成施工。在施工结束后，检查周围土壤密实度，出现松散情况应进行碾压，确保土壤紧密度，进而提高土石坝的稳定性。随着现代科技不断发展，施工技术、观念不断更新，进一步提升土石坝施工技术。

1.2土石坝优势及设计类型

土石坝是水利工程的一种坝体，在土石坝施工中具有优势众多：①施工使用材料简单，并且价格低廉，减少施工成本支出；②采用科学合理的设计理念，保障坝体性能良好，使用寿命较长；③水利工程施工技术不断创新，进一步提高土石坝施工水平。在土石坝设计前，首先根据施工使用材料、方法及坝高进行分类，高度低于30m的为低坝，30~70m的为中坝，超过70m的为高坝。其施工方式主要有两种：一种是碾压土石坝、另一种是水力冲填土石坝[2]，常用的是碾压土石坝。

2水利工程土石坝枢纽设计问题

2.1影响坝坡质量

在水利工程中，土石坝具有十分重要的作用。如果在土石坝施工过程中，未注意施工细节，导致土石坝框架出现问题，或坝坡稳定性不够，出现失衡现象，将会造成严重后果。在长时间环境作用下，甚至出现土石坝坍塌现象，不仅会破坏当地供水系统，还将威胁下游居民生命财产安全。此外，土石坝失去稳定性后，将影响其排水及渗水功能，进而影响地下水水位，严重破坏了水利工程结构。一旦土石坝出现问题，应及时解决，防止因土石坝结构问题影响水利工程结构。如果长时间不处理，造成的破坏十分严重，因此必须高度重视土石坝稳定性。

2.2影响土石坝稳定性因素

（1）人为因素。①在土石坝出现不稳定情况，施工人员未及时处理，导致土石坝稳定性一再遭到破坏；②在土石坝施工结束后，施工人员未定期做好维护工作，导致土石坝存在潜在安全隐患。如果土石坝出现问题，也不能得到较好解决。为维持土石坝稳定性，可在其周围建设相关工程提高坝坡稳定性，比如开设矿点、修建道路等；或是采用增加排水量，增加土石坝重量[3]。（2）自然因素。①土石坝周围环境因素，包括风力、水流速度、地质灾害及各种自然因素作用；②施工使用的材料稳定性较差，进而破坏土石坝内部结构，在时间使用过程中稳定性受到破坏。在自然环境影响因素下，进一步破坏土石坝内部结构，造成不同程度软化，进而引发坝坡滑坡。

3水利工程土石坝枢纽设计前工作要点

3.1环境调研

在水利工程土石坝设计中，需要考虑的因素较多，比如当地水文气象、地形地质、工程任务和规模等，所以在设计前首先做环境调研工作。由于水利工程与人们日常生活有紧密联系，必须确保土石坝设计与施工的质量，故调研人员必须具备较强专业能力。在调研过程中采用先进的调研技术，确保调研资料有助于后期设计与施工。管理人员根据调研人员资料及实地勘察结果设计施工方案，并绘制设计图纸。在绘制过程中通常采用比例是1：1000或1：500，具体绘制要求根据设计与施工情况而定。建设小型水利工程，绘制的土石坝绘制比例是1：2000或1：1000，中型水利工程，绘制比例是1：10000或1：5000。此外，还应根据实际施工环境，绘制周围地势、地层及石块分布等[4]。

3.2土石坝轴线是设计重点

土石坝轴线是设计重点，轴线是土石坝的垂直投影。在土石坝设计中首先明确轴线位置，才能有效开展接下来的设计工作。确定轴线不仅能确定设计方案及方式，还能有效保障坝体稳定性。因此确定轴线过程中需要考虑因素较多，其中包括地形地质条件、水文气象条件、水库供水条件、枢纽布置、施工条件、库区淹没及渗漏情况、工程占地、工程经济等。选取的土石坝轴线必须满足施工方案，避免选取不合适的轴线，破坏周围环境，造成严重安全事故发生。此外，由于施工地质条件存在较大差异，为确保土石坝稳定性，应选择透水性较小的地基。水利施工材料有限，为降低资源短缺现象出现，选取的轴线必须具有较好经济效益，确保施工材料充足。

4水利工程土石坝枢纽设计中的要点

4.1合理布置土石坝枢纽

在进行水利工程土石坝枢纽设计前，管理人员先对工程现场进行详细勘察，了解当地水文地质条件等，并收集相关参数，并将参数真实反映到报告及图纸上。在对当地情况进行深入研究形成完整设计方案后，应再对工程现场进行勘察，不断优化设计方案，提高设计质量，减小安全隐患发生。在土石坝建设过程中，施工人员严格按照施工图设计方案进行施工，管理人员做好现场监督管理，确保施工高效进行[5]。由于水利工程土石坝枢纽功能较多，枢纽建筑物组成结构也较为复杂，常见枢纽建筑物包括挡水建筑物、泄水建筑物及输水建筑物等，为实现土石坝枢纽全部功能，必须充分考虑影响施工因素，进行科学合理设计施工方案。确保施工项目之间互不干扰，在投入使用后各系统高效运转。在设计过程中还应充分考虑设计方案经济效益，在保障土石坝施工质量情况下，尽量降低资金投入量，进而有效提高经济效益。

4.2土石坝构造设计

不断优化土石坝构造，进一步提高稳定性。土石坝建造的位置不一样，所受水流冲击强度不一样，建造的土石坝构造也不一样。在方案设计过程中，根据当地水流实际情况，设计施工方案。此外还应结合施工参数，计算土石坝承载压力，进一步优化设计施工方案。防止建设的土石坝质量低下，进而影响水利工程建设进度。根据水利工程施工需求，进一步确定土石坝建设的尺寸、使用材料及坝高等。在建设土石坝边坡过程中应考虑实际排水量、建设稳定性及后期维护等。土石坝高度应根据日常水位高度及最高水位高度进行设置，避免数量过大冲击土石坝，破坏其稳定性。并且在施工过程中应充分考虑当地地质灾害，进而优化土石坝结构，降低地质灾害破坏土石坝功能。

4.3防漏排水设计

（1）在土石坝施工中，虽然使用的施工材料为当地石料、混合料或土料，但是在选择前应根据实际施工特点，选择合适的施工材料，选择的材料避免使用易液化的土质。（2）防渗设计是土石坝施工重点。如果在施工中土石坝之间存在较大空隙，不能实现防渗高性能。在设计前，应根据土石坝轴线设计防渗墙，进而有效提高防渗功能。（3）实现土石坝上堵下排功能。在土石坝设计过程中，必须采取相应措施，实现土石坝防渗排水功能。在施工中采用先进的方式进行铺设，有效避免水流渗透。大坝心墙是土石坝稳定关键，为进一步加固土石坝，需选择排水性良好的反滤材料填筑于大坝心墙两侧。同时，在下游坝脚位置设置棱体排水系统，进而有效降低土石坝水位。（4）充分结合排水渗水功能。为实现土石坝排水功能，必须充分结合渗水功能。只有排水功能和渗水功能相结合，才能最大限度发挥土石坡功能。排走土石坡内大量水流，降低渗水压力，进而降低浸润线。（5）合理设计。合理的设计方案，能进一步加强土石坝排水功能，确保水流冲刷不会造成土石坝大面积损害，进而确保水利工程正常运转。

4.4坝坡防滑和加固

（1）在进行设计前，首先了解当地河床及地质情况，其次对当地地质进行实地勘察，了解地基结构和施工使用材料质量，最后结合施工地质情况、当地筑坝材料情况等，计算施工成本支出，进而设计出较好经济效益的设计方案。（2）选择合适的坝型。由于施工情况不一样，施工的坝型种类不一样，其中土石坝常用的代表坝型种类有：混凝土（或沥青混凝土）面板堆石坝、粘土（或沥青）心墙堆石坝、粘土心墙（或斜墙）风化料坝、均质土坝等[6]。在选择坝型上应结合地形地质条件、当地筑坝材料、当地水文气象情况、枢纽布置、施工工艺、抗震性、温度、渗水性、自重等进行充分考虑。再根据当地特点，最终确定建设适合当地的坝型。

5结语

综上所述，土石坝枢纽设计是水利工程重点。由于土石坝建设使用材料易得，施工工艺简单，在水利工程建设中广泛使用。但是在实际施工中，由于设计考虑因素较多，导致土石坝不能充分发挥功能，进而影响水利工程正常运行。因此在设计前，应充分考虑当地环境，确保设计合理，施工也能顺利进行。

参考文献

[1]龚红梅.水利工程土石坝枢纽设计中的要点探讨[J].建材与装饰，2019（11）：298-299.

[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，2018（20）：173-174.

[3]温锁利.水利工程土石坝枢纽设计中的要点分析[J].农民致富之友，2016（23）：140.

[4]龙杰.水利工程土石坝枢纽设计中的要点分析[J].科技创新与应用，2016（5）：198.

[5]王明，叶孝民.水利工程土石坝枢纽设计中的要点分析[J].江西建材，2015，94（7）：115.

[6]刘新春.水利工程中土石坝施工初探[J].黑龙江科技信息，2015（16）：262.

作者：赵永宾 单位：文山壮族苗族自治州水利水电勘察设计院