土石坝枢纽布置原则浅析

杜 嵩 管 健

（黑龙江省水利工程建设局，黑龙江 哈尔滨 150081）

土石坝枢纽布置是对水利水电枢纽的主要建筑物的布置，如挡水建筑物（大坝）、引水建筑物、泄水建筑物、发电厂房系统以及航运系统等建筑物相互间的位置优化选择，是工程设计的关键。它受工程地形、地质条件、水文气象、水工工况、施工条件等多方面因素的制约，最终满足运行安全、方便、经济、合理、技术行进等条件。枢纽布置既具有高度的技术性，又须根据前人的经验加以巧妙的处理，尤其是在高山峡谷地区，建筑物往往十分集中，因此选择多种方案，进行深入的技术、经济比较，选出最优方案是十分必要的。

1 枢纽布置的基本原则

1.1 安全要求

一般土石坝枢纽布置要求以大坝为主体，以泄洪建筑物为中心，特别是土石坝不允许坝顶溢流。因此，如何确保大坝防洪安全是土石坝布置的首要原则。在某种程度上可以这样说，选定土石坝的坝址、坝段、坝轴线，主要是选定合适的溢洪道或泄洪建筑的位置，并兼顾其它，然后进行优化。重视泄洪建筑的原则，主要是由土石坝不允许过水的特点所决定的。

1.2 地形要求

在高山峡谷地区修建土石坝枢纽和布置溢洪道以及泄洪洞、发电引水建筑物的进出口等水工建筑物时，都可能遇到高边坡问题，这不仅增加了施工的难度，加大了工程量，而且要为长期安全运行增加处理工作量。因此，要求在枢纽布置时，尽量减少高边坡开挖。

1.3 地质要求

尽量避开顺坡向的缓倾角、夹泥层等构造发育的工程地质条件。不良的工程地质条件，对各种泄洪建筑物、引水建筑物、厂房、开挖边坡的稳定性是很不利的，往往要增加很多的工程处理措施才能保证建筑物的安全。所以在进行枢纽布置时，要十分注意考虑这些不良的工程地质条件。

地质条件是建坝筑库的基础，是衡量坝址优劣的重要条件之一。在某种程度上决定着兴建枢纽的难易。在选择坝址、坝型阶段，应摸清各比较方案的区域、库区和建筑物区的地质情况。坚硬、完整，无构造缺陷的岩基是理想的坝基。天然地基总会存在这样或那样的地质缺陷 ，可通过妥善的地基处理措施使其达到筑坝的要求。但是尤其重要的一是不能疏漏重大地质问题，二是对重大地质问题要有正确的定性判断，以便决定坝址的取舍或定出防推论性处理的方案，或在坝型选择和枢纽布置上设法适应坝址的地质条件。

一般来说，拱坝对两岸坝基的地质条件要求较高，重力坝或支墩坝次之，土石坝要求较低坝要求较高，低坝要求较低。

1.4 建筑材料

坝址附近应有数量足够、质量能符合要求的筑坝材料，应便于开采、运输，且施工期间料场不会被淹没。

1.5 施工要求

要有良好的施工条件，使枢纽各个建筑物之间的施工干扰最小。枢纽布置时，要充分注意到为施工创造良好的条件，包括减少或避免同时多层施工作业，便于开挖、出渣与砼浇筑，土石坝填筑等，这不仅为安全施工打下了基础，也有利于缩短工期，降低造价。

1.6 其他要求

对于土石坝，围堰应布置成为坝体的一部分。必须使枢纽建筑物运行可靠、方便、灵活，特别是泄洪建筑物，当没有其他型式的泄洪孔口时，能灵活地控制与调节泄量。

1.7 综合效益及环境影响

对不同坝址要综合考虑防洪、灌溉、发电、通电、通航、过水、城市和工业用水、渔业及旅游等各部门的经济效益，还应考虑上游淹没损失以及蓄水枢纽对上、下游环境的各方面影响。兴建蓄水枢纽将形成水库，使大片原来的陆地和河流型水域变成洧泊型水库，改变了地区自然景观，对自然生态和社会经济产生多方面的环境影响。其有利影响是发展了水电、灌溉、供水、养殖、旅游等水利事业和解除了洪涝灾害，改善了气候条件等。但是，也会缎带人类带来诸如淹没损失、浸没损失、土壤盐碱化或沼泽化、水库淤积、为区坍荣誉称号或滑坡，使水温、水质及卫生条件恶化，生态平衡受到破坏以及造成下游冲刷、河床演变等待不利影响。虽然水库对环境的不利影响与水库带给人类的社会和经济效益相比，一般来说居次要地位，但处理不当也可能造成严重的损失和危害，故在进行水利规划和坝址选择时，必须对环境影响问题进行认真研究，并作为方案比选的因素之一加以考虑。

2 坝址及坝轴线选择的基本原则

土石坝坝址与坝轴线的选择对枢纽布置至关重要。坝址和坝轴线选定后，枢纽的各种建筑物布置也大体上确定，只是相互位置可以全面发展化。坝址及坝轴线选择主要根据地形、地质、枢纽布置以及施工条件等，选择几种可能的方案，通过技术经济比较决定。

2.1 良好的工程地质与水文地质条件是选择坝址和坝轴线的必要条件

土石坝对坝址工程地质条件的要求较宽，可以建在各种地基上，只要求满足抗滑稳定、渗透稳定、变形等要求，有的地基可以经过一定的处理，使其满足以上基本要求。对本设计中的岩石地基有其具体要求如下：

土石坝的防渗体如有条件直接修建在完整、均一的岩石地基上，往往是安全的，基础处理也较简单。岩层最好具有水平或近近似水平面或倾向上游，当岩层产状为高倾角时，其走向以垂直河流流向为宜，当岩层走向为顺河向时，可能造成施工开挖边坡的稳定和水库蓄水时边坡的稳定问题。一是要有足够的岩石强度；二是岩石地基要具有完整性与均匀性；三是应该避免选择沿基础软弱夹层整体滑动的坝址；四是岩石要有足够的抗水性；五是岩石要有一定的抗渗梯度。

2.2 地形条件

合适的地形条件对溢洪道的布置十分重要，对于坝体的工程量多少，施工的难易也影响显著。平原、丘陵地区，河谷常较开阔，施工布置比较容易，可选择较短的坝轴线。而高山峡谷地区，往往不一定是坝轴线短为最优，还要考虑施工问题和溢洪道的位置选择。

2.3 土石坝的坝轴线必须远离上游库区的滑坡体

库区如有巨大滑坡体，其产生的较大涌浪对水工建筑物的破坏已早为人知，在选择土石坝坝轴线时，必须查清为区不稳定的山体，尽量远避，对于重要的工程，尚应用模型试验加以论证，如涌浪不高，可以用加高坝顶或置防浪墙的措施来解决。

2.4 在选择坝址与坝轴线时必须充分考虑泄洪建筑物的位置

泄洪建筑物的布置是土石坝安全与否的关键，因此必须修建在合适的地形与良好的地质条件的地区。由于泄洪时往往会引起下游河岸冲刷，厂房尾声水淤积等问题，因此在选择坝址及坝线时，应估计到下游水流衔接条件的难易，冲刷坑范围内断层的分布与形状等。

2.5 应慎重考虑枢纽建筑物的综合布置

在进行坝址、坝轴线选择时，除了大坝、泄洪建筑物外，尚应充分考虑到枢纽其它建筑物如发电厂房，航运建筑物及施工围堰、导流建筑物的布置，尤其是发电厂房，往往是水利水电枢纽的主要建筑物，必须予以充分重视。

2.6 要有足够的筑坝材料

坝址附近要有足够数量的土、砂、石料、砾石土(包括风化料)等筑坝材料，并具备开采的条件。

2.7 坝址及坝轴线的选择要综合施工总体布置进行

施工总体布置包括施工作业，交通运输道路，生活区等，对工程的施工十分关键，在选择坝址时，应结合施工总体布置进行。土石坝坝轴线的布置一般布置成直线，有时根据地形、地质条件，可用折线或凸向上游亦或凹向下游，在转折处应布置曲线的连接段。

[1]王世夏.水工设计的理论和方法.中国水利水电出版社，2000.

[2]陈祖煜.土质边坡稳定分析.水利水电出版社，2003.

[3]宾光楣.堤防工程设计规范.中国计划出版社，2006.