水利工程大坝结构设计的要点

王廷

摘 要： 在现阶段的水利工程中，大坝结构设计工作是非常重要的一项内容。水利工程项目中大坝结构设计时，应该综合分析当地地形条件、地质状况等因素，保证其能够适应当地的实际情况，并且有降低成本、提升安全性、缩短施工工期等优势。因此，应该充分掌握水利大坝结构设计特点，采取最佳的施工方式。同时还应该进行大坝结构部分运行状况监测，提升安全性、稳定性。本文通过水利枢纽工程大坝结构作为研究对象，了解设计标准，然后开展详细的结构设计，提升设计水平。

关键词： 水利枢纽工程;混凝土面板;堆石坝;设计

【中图分类号】TV641     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.35.086

引言：水利大坝工程在建设的过程中，经常会遇到软弱土层，为了保证大坝工程的稳固性，则需要进行科学有效的处理设计，对基础施工内容进行有效管理，保证大坝工程基础环节的稳定性。要掌握基础处理设计中的重难点，实现基础处理设计工作的有效落实，保证水利大坝工程基础的稳定性。

1 工程简介

某水利枢纽工程项目处于江西省某干流上，坝址上的流域面积2970km2，多年平均年径流量12.08亿m3，总库容为2.105亿m3，电站装机为60MW，工程等别为Ⅱ等。该工程采取的是混凝土结构形式，主要组成结构就是堆石坝、泄洪洞、溢洪道等等，还有一些电站厂房等建筑结构部分。大坝是混凝土堆石坝的结构形式，坝顶长270m，坝顶高程547.40m，防浪墙顶高程548.40m，坝顶宽6m，最大坝高56.60m，上游坝坡1∶1.4，下游坝坡1∶1.3。混凝土面板厚度0.3～0.5m，址板厚0.8m。经过现场环境的综合分析，该坝在运行中，单日环境中温差比较差，孔隙内水结冰比较充分，冻融循环的数量是比较多的，面板能够保证较高的强度、防渗性与耐久性的要求，并且对于柔性与嵌缝材料、止水带等结构部分要求比较高，因此，面板、趾板等结构部分的材料要求较高，且结构设计应该达到规范化的标准要求，从而可以提升整体结构形式。

2 结构设计

2.1 水库除险加固设计原则

①除险加固的重点是解决水库的病险问题，确保水库的安全运行。②设计及工程施工尽可能不影响水库正常效益的发挥，不应给库区带来新的移民安置问题，也不应再次造成安全隐患。③加固措施应做到技术先进、经济合理、安全可靠、有利于工程管理并为以后提高水资源的利用程度，提高水库灌区的保证率和下游河道防洪标准创造有利条件。

2.2 土工膜铺设工艺

铺设前先进行地面处理，清除地面一切可能损伤土工膜的硬物，并对表层松散土层进行压实，压实度不小于0.94;对周边结合部位进行处理，使土工膜与不透水基础紧密联结，彻底封堵渗漏进口，截断渗漏通道。铺设时将卷成捆的土工膜沿坝坡由下而上纵向铺放，展平四周边缘保持整直，挤出膜内空气，避免产生小气泡，同时周边用梯形槽形式埋固好;铺设时不能拉得太紧，要均匀的留有小褶皱，以保证反滤布本身良好的伸缩性，避免受压破坏;铺放面积是计算面积的110%，土工膜铺好后，按一定方向顺序同步前进回填保护层，使膜内空气从膜底挤出，土工膜铺设完成后在上方铺设40cm厚粘土保护层;先回填防滑槽，再填坡面，边回填边压实。

2.3 混凝土面板、趾板及止水设计

面板应变堆石体变形和特性存在直接的关系，而厚度并不是決定因素。本次工程中混凝土面板厚度通过应用连续截面的形式，厚度处于0.3-0.5m之间。面板伸缩缝部分主要是设计为纵缝的形式，并未有永久水平缝部分，面板垂直面部设置有单层双向钢筋12m，两岸垂直缝间距为6m，面板最大板块斜长91.05m。面板中部位置上布置有单层双向钢筋，能够适当的增加钢筋配置的比例，同时提升现浇质量水平，防止出现早冻的情况。趾板是通过灌浆帷幕为主体结构部分的地下防渗部分和地上防渗部分连接起来，这是上下部分连接的防渗结构形式。通过采取平趾板的结构，厚度设定为0.8m。趾板线是通过地面和趾板下游面交线来进行控制。该工程中，趾板宽度的设定应该根据风化、破碎等问题来合理的设定，保证渗透比和基础结构部分都能够达到要求，趾板最大宽度6.0m，最小宽度4.0m，间隔12m要布置伸缩缝。为了能够确保趾板和基岩连接的稳定性合格，采取锚杆锚固方式，根据以往的成功经验分析，在趾板内设置φ28锚筋，插入岩石深度3.5m，每1.2m2布置一根。周边缝在工作中需要承载比较大的三向变位与水压力，容易因为失水而出现渗漏的问题。堆石体沉降会造成面板出现变形的情况，面板与趾板会出现相对较大的位移，这是结构性能最差的部分。周边缝可以选择柔性连接的方式，但是需要性能达到技术标准。接缝的位置上还需要布置有连接橡胶管的结构，从而可以在接缝出现张开变形的条件下，橡胶管能够直接压入到接缝中，柔性材料也就能够压入进去可以提升其密封性。冰的挤压和冻胀会给面板缝的止水与混凝土表面产生损坏的问题，如果大坝面板表面止水膨胀螺栓直接裸露在空气中，经过冬季环境的影响，螺栓就会直接拔起，导致止水结构受到影响。因此，需要改进表面止水与面板的连接方式，可以通过使用平滑的连接方式，以提升该结构的综合性能。

2.4 截渗、反滤与排水加固的设计

大坝的稳定性主要取决于对水流的控制，在大坝除险加固中，水流量的控制程度必须引起高度重视。在实际过程中，我们必须注重对实地的考察，对坝体、坝基的地质情况进行科学考察，根据实验分析与精确测算，明确大坝所能承载的实际水量以及大坝的抗腐能力，根据现实情况合理控制水流，以达到安全标准。在抗渗问题中，要通过相关实验分析测算，选择安全可靠的抗渗材料，一般来说，应用高压旋喷混凝土墙，安置截水槽、混凝土截渗墙板的设计等均可以有效截断坝基渗漏现象。

结语：综上所述，新时期水利水电事业将蓬勃发展，在水库大坝的日常应用中，为保障库区人民生产生活安全，发挥水库大坝的重大作用，对水库大坝进行相关的除险加固措施，保证其在运行过程中的稳定性和安全性是十分必要的。大坝除险加固工作不仅将带动我国水利事业的发展，也将为推动社会经济建设做出重要贡献。除险加固的设计施工等科学合理进行，选好相关建筑材料，也将为排除水患及保障水利工程的整体发展提供保障。

参考文献

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