水利工程土石坝枢纽设计的要点思考

成斌

【摘要】水利工程是我国第三产业的重要组成部分。尤其是近年来，随着国民经济的快速发展，对水利工程的建设需求量也在不断增加。所以如何提高水利工程建设的技术水平，也就成了我们必须面对的一个重要课题。在水利工程建设当中，土石坝的枢纽设计有着至关重要的地位。它直接决定着水利工程的质量和可靠性。所以我们有必要对土石坝枢纽设计的要点进行深入思考，制定出合理完善的设计方案。

【关键词】水利工程；土石坝枢纽设计；要点思考

作为我国第三产业重要组成部分的水利工程，历来在我国的工业体系中占据着举足轻重的地位。近年来，随着国民经济的进一步发展，对水利工程的建设也提出了更大的需求。我们应当努力提高水利工程的技术含量，使之更好地服务于国民。土石坝枢纽设计是水利工程建设的重点工作，对于整个水利工程土石坝施工工程的质量有着非常关键的影响。我们应深入分析土石坝枢纽设计的要点，积极展开思考。

一、水利工程的土石坝之概念和优势

在水利工程中土石坝枢纽是重要的坝体表现，利用自身的技术特点，不断促进水利工程稳定发展。对于水利工程的建设来说，土石坝之概念和优势主要体现在以下几个方面：

（一）土石坝之概念

土石坝是指由土、石料等当地材料建成的坝，是历史最为悠久的一种坝型。在水利工程的建设中，我们通过抛填、碾压、灌注等步骤，采用各种施工设备，把土、石料等原材料进行分区分层填筑，然后碾压，达到设计标准，形成挡水结构。土石坝式世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。

近年来，随着现代化的施工技术在水利工程中的全面应用，土石坝的施工早已摆脱了水文和天气等方面的影响，在应用技术上早已实现了科学性、合理性和经济性，为我国水利工程的发展中发挥着重要的作用。

（二）土石坝在水利工程中的优势

1.材料简单、成本低且挡水效果好

可以就地、就近取材，节省大量水泥、木材和钢材，减少工地的外线运输量。由于土石坝设计和施工技术的发展，放宽了对筑坝材料的要求，几乎任何土石料均可筑坝。这种优势是其他坝型所难以企及的。

2.工程性能好适应性强

能适应各种不同的地形、地质和气候条件。任何不良的坝址坝基，经处理后均可筑坝。特别是气候恶劣、工程地质条件复杂和高烈度地震区的情况下，土石坝实际上市唯一可取的坝型。

3.施工高效安全可靠性强

目前，大容量、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加速了进度，降低了造价，促进了高土石坝建设的发展。

由于岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了大坝分析计算水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。

高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等土石坝配套工程设计和施工技术的综合发展，对加速土石坝的建设和推广也起到了重要的促进作用。

二、土石坝设计的前期准备环节

（一）采集工程建设的基本资料

在正式进行土石坝的设计时，我们首先要采集工程建设的基本资料。它涵盖了土石坝施工所在地的地形、地质、水文、气象等相关资料。通过这些资料，我们才能取得开展土石坝设计工作的相关理论依据，从而有效地确认土石坝设计方向，提升施工的质量，尽可能地压缩施工成本。所以，对土石坝工程建设基本资料的采集是必须值得重视的。一开始我们要收集和整理相关的地形资料，它对于水利工程建设的整体结构与施工项目有着直接的影响。采集地形资料通常体现为绘制地形图的形式。在这个环节中，我们必须要首先实地勘察土石坝所在位置的地形状况，运用最合理的比例开展绘制。通常来讲地形图的比例为1∶1000 或1∶500。我们要根据实际的施工需求，来因地制宜地选择合适的比例。通常对于土石坝库区的地形图并无特殊的需求。

（二）对土石坝的轴线进行确定

在土石坝枢纽设计的环节中，对轴线的确定也是至关重要的一个方面。在轴线的选择上有着多方面的参考因素，比如土石坝所在区域的地质、地形、水文条件等环境因素，以及水利工程施工规模、施工布局、水库具体施工条件等其他因素。对轴线的选择，首先要充分满足施工需求，便于施工操作，所以我们要尽可能地将轴线安排在河谷较窄、方便建造泄水建筑物之处。土石坝岸两端的厚度不可影响到施工的安全。此外对于地质条件来说，其地基必须安排在透水性较小的地方。比如完整的岩石，坚韧的岩层等。另外就是，在确定土石坝轴线时，还要确保水利工程土石坝枢纽在施工时有充足的建筑材料供应。最后，还要确保土石坝的施工能同水利工程土石坝枢纽所需的泄洪洞、发电站等保持同步，互相不造成影响。

（三）土石坝枢纽的设计要点

（1）具有足够的断面维持坝坡稳定。土石坝的边坡和坝基稳定是大坝安全的基本保证。

（2）设置良好的防渗和排水设施以控制渗流。土石坝挡水后，在坝体内形成渗流，饱和区内土石料承受上浮力，减轻了抵抗滑动的有效重量；浸水后的土石料的抗剪强度指标有所减小；渗流力可对坝坡形成不利作用。设置防渗和排水设施可以控制渗流范围、改变渗流方向、减小渗流的出逸比降以增加坝坡、坝基和河岸的抗滑和抗渗稳定。防渗设施还有利于减小坝体和坝基渗漏量。

（3）根据现场条件选择良好筑坝土石料的种类、坝的结构形式以及各种土石料在坝体内的配置。还应根据土石料的物理力学性质选择好坝体各部分的填筑压实指标，达到技术经济上的合理性。

（4）泄水建筑物具有足夠的泄流能力，坝顶在洪水位以上要有足够的安全超高，以防洪水漫顶，造成大坝失事。

（5）采取适当的构造措施，使坝运用可靠和耐久。在库水位变动区内，上游坝坡应有坚固的护坡，防止风浪冲击和掏刷。下游坝坡应能防止雨水的冲刷破坏作用。保护坝体内粘性土料，防止夏季日晒，冬季冻胀破坏形成裂缝。对压缩性较大的土料应采取工程措施减少沉降变形和不均匀沉降，避免裂缝形成和发展。

（四）合理布置土石坝枢纽的要点

我们要意识到，各种不同功能的建筑物共同搭建起了水利工程土石坝枢纽。所以在土石坝的设计环节，我们必须对这些建筑物进行科学布置，才能够让土石坝枢纽的价值得到最大程度的发挥。首先，我们必须确保建筑物运行中的安全性，还要确保不同的建筑物能同时进行施工而互不影响。

此外，我们还要在完善管理方案方面下功夫，使施工周期尽可能得到缩短。此外还要尽可能地做到整个水利工程土石坝枢纽建筑物的施工资金合理分配。在不影响施工效果的前提下，尽可能地减少施工成本。

其次，还要设计好泄洪建筑物。它是土石坝枢纽最为关键的的环节之一。在设计的过程中，我们要充分分析所在地的水文环境，采取最佳的形式，泄洪道应尽量采用开敞式，保证足够的超泄能力。要充分考虑水流的冲击作用，设计好适宜消能設施，保证泄水建筑物的稳定。如果河流中的泥沙含量较大，那么还要设置适宜具有排沙功能的建筑物，保证枢纽运行的长久性。

最后还要充分结合当地的地貌来进行土石坝的布置工作。高山区、丘陵区、平原河道区是土石坝枢纽的三种地貌。不同的地貌也应采取不同的设计方案。所以我们在布置土石坝枢纽的时候，要参照各区域的特征来安排布置方案。关于不同区域的土石坝布置方案见表2：

（五）土石坝剖面和构造的设计要点

土石坝的基本剖面根据坝高和坝的等级，坝型和筑坝材料特性，坝基情况以及施工、运行条件等参照现有工程的实践经验进行初步拟定，然后通过渗流和稳定分析检验，最终确定合理的剖面性状。

土石坝坝顶高程根据正常运行和非常运行时的静水位加相应的超高予以确定；坝顶宽度根据运行、施工、构造、交通和人防等方面的要求综合研究后确定。土石坝坝坡对坝体稳定以及工程量的大小均起重要作用，坝坡根据不同的坝型及坝体填筑材料的性质进行确定，工程上游坝坡坡度在1：1.4～1：4.0之间选择，下游坝坡坡度在1：1.5～1.3.0之间选择，土石坝下游沿高程每隔10～30m设置一条马道，用于拦截雨水防止坝面冲刷，同时也可兼做交通、检修、观测之用。

总而言之，我们在进行水利工程土石坝枢纽设计时，要充分做好一系列的准备工作。包括对基本资料的采集及对土石坝轴线的确定。一旦这些准备工作全部就绪，就要对施工方案就行合理的布置，设计好土石坝剖面和构造，让施工方案更加科学合理。

三、结束语

近年来，随着国民经济的快速发展，对水利枢纽工程的建设需求量也越来越大，需要根据具体情况，发展和选择适宜形式的土石坝，所以对于土石坝枢纽设计也提出了更多的要求。为了有效地提高土石坝枢纽设计的效果，我们需要将设计工作建立在科学论证的基础上，确保设计方案能够符合科学性。

参考文献：

[1]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，2015，4（15）：78-79.

[2]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，2016，12（10）：67-68.