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水利工程土石坝枢纽设计要点分析

发布时间:2020/7/15 点击数:49914

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。

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