水利水电工程水工设计方案的分析与研究

李劲飞

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐830000）

1 引言

为了确保工程项目的规范性和科学性，应当根据工程施工现场展开勘测工作，并且以此为基础选择合适且合理的设计方案进行工程规划，明确水工项目的内部结构布局，确保工程的可行性和科学性。

2 水工设计方案对比的原则与重要性

2.1 水利水电工程水工设计方案对比的原则

在进行方案设计与对比期间应当按照实事求是的原则进行，应当以客观的角度对不同设计方案进行有效的对比与分析，判断并评估方案之间的差距与优缺点。应当采用优秀且能节约成本的设计方案，设计者也应当以客观和科学的角度来判断方案的有利因素和负面因素，不可因个人喜好对方案产生偏见[1]。在对比方案期间，设计人员应当采用统一规定的指标进行比较，要充分分析并总结出每个设计方案当中所存在的优点和弊端。另外，设计人员也应当秉承着认真负责的原则反复对方案进行对比，要确保方案的技术性、经济性和安全性能够符合设计方案相关标准，有效减少成本。

2.2 水利水电工程水工设计方案对比的重要性

设计方案的对比是设计方案流程当中至关重要的一部分。设计人员需要根据不同的工程任务量来进行对比，在对比期间需要充分参考环境、建筑物、地质、周边地形等相关重要因素，制订多种方案，以便设计人员和工程师，能够综合多种因素对不同设计方案进行深度的对比分析[2]。此外，还要充分参考经济预算、施工预算时限、施工现场影像等多种因素，总结不同方案的优点与弊端并进行综合比较，最终明确方案的选择。

3 水利水电工程水工设计方案

为了使本次研究更加具有参考意义，本文以重力坝作为研究对象并列举设计方案。

3.1 坝型选择

在进行坝址选择期间，应当根据重力坝的轮毂布局和坝型，结合轮毂周边地理环境和施工条件，同时还需要考虑未来效益和投资指标等问题，从而设计可长久发展的水利枢纽。根据不同的坝址需要采用合适的坝型，因此，面对不同的坝址需要设计具有针对性的枢纽方案，从而进行方案比较与选择。

3.2 参考指标

在坝址选择期间，需要确保每个方案都能符合国家规定的洪水总量、洪峰流量和导流标准等多种指标。另外，我国相关的技术指标还包括工程等级的划分，需要根据不同工程级别的需求来作为衡量设计方案的标准，应当充分参考到水利工程的规模和水库容量问题，并且能够确保水利工程具备符合相关指标的功能，其中主要包括水力发电、治理干涝、灌溉农田和防洪能力。

3.3 重力坝的设计与选择

现阶段水利工程的重力坝主要由混凝土组成，通常建筑于上游地段并且用来控制并稳定承重能力，坝体内部结构设计一定空间的空腔，能够有效节省材料。目前工程中常见的坝型如下：

1）宽缝坝型。一般情况下，重力坝沿水地区的缝隙空间都非常狭窄，为了确保横缝能够拥有足够空间的缝隙，需要将上下游地段的宽缝进行闭合处理，确保坝体的轴向连续体能够起到良好的保水效果。但因坝段之间的宽度通常处于坝段总体宽度的15%～35%，无法有效保护坝体，存在着较低的安全隐患。

2）空腹坝型。空腹坝型是大多数大型水利工程所采用的主要重力坝结构，其能够在底部的坝轴位置打钻出大孔，在基岩表面空间打造出一大片的空腹地段，能够有效减少坝底的压力，同时还能减少大坝的混凝土成分与体积。灵活利用空腹结构设计能够调节空腹的位置与空间大小，同时还能提升大坝的抗压能力。但该坝型因内部结构复杂，对钢筋的需求量远远高于其他坝型。因此，在设计难度和施工难度方面都相对较高，需要耗费大量资金。

3）大头坝型。该坝型主要以大体积的桥墩作为主要设计结构，是宽缝坝型与薄壁板坝型融合的一种坝型结构，在结构方面与宽缝坝型非常相似。大头坝型是由相互连接的桥墩所组成，主要设置在上游段，头部类型包含多边形、圆形和直线型。多边形大头坝体是目前重力坝设计方案当中较为常见的大头坝型，桥墩主要分为双墩和单墩，该坝型还可以利用泄水管来提升溢流能力和抗水压能力。

4）斜坡折线坝型。该坝型能够将坝体上游段设计成斜坡或局部斜坡的形式，在坝体内部添加空腔空间，从而提升坝体的平稳性和抗水压能力，并且能够节省成本。

在选择期间，方案对比人员应当充分参考施工环境、重力坝的泄洪能力、稳定性、抗压性和材料等多种因素，利用定量分析的方法对多种坝型进行科学有效的综合比较，确保能够选择符合工程需求和工程实际施工情况的坝型，同时还需要确保坝型的经济实惠。

3.4 水利枢纽布置

应当按照水利枢纽的需求判断水利枢纽的内部结构，然后充分参考到地理环境和地质等多种因素，采用定量分析的方法对水利枢纽进行科学有效的规划，具体布置原则如下：（1）应当确保坝段的位置选择能够符合枢纽布局的科学性和规范性，同时要尽量控制施工成本和施工时长；（2）应当确保集线器的布置能够符合建筑布局的相关标准指标，建筑物之间不受到外界客观因素的干扰，要保证建筑在任何条件下都可以正常运作，同时需要采用科学有效的集线器管理手段；（3）应当在符合建筑物相关技术指标的基础上适当减少枢纽的经济支出成本和运营支出成本，节约水利工程的资金情况；（4）应当及时开展指定建筑物的运营，从而确保能够提前获得收益。

4 提高水工设计方案的建议

提升设计方案比较人员的综合素质，应当从工作技术专业水平和职业道德素质等多方面展开培养：（1）应当培养工作人员对方案比较工作的责任感和荣誉感，使工作人员在方案对比期间能够以客观求实的角度分析方案的优缺点；（2）应当培养工作人员对设计方案的了解程度，主要通过定期培训和专家讲座的方式提升工作人员的专业技能；（3）在设计方案对比期间应当充分建立并落实质量考核制度，要确保方案比较的每个环节和细节能够符合质量标准，确保水利工程的严谨性和安全性。

5 结语

本文阐述了方案对比的原则与重要性，并且以工程设计中的重力坝为例，提出现阶段较为常见的重力坝设计方案，在符合相关工程设计指标的前提下，阐述了不同重力坝设计方案的优缺点，本文认为在常见地势环境、常见施工情况下大头坝更加有利于节约成本且具有较强的抗洪效果，符合各项水利工程指标。同时，利用多边双墩的内部结构缓解抗洪压力，是水利工程设计方案的首选方案。