水利工程大坝结构设计的要点探讨_靳久宁.pdf

大坝是水利工程的重要组成部分和重点项目，大坝结构设计的科学合理性和安全稳定性将直接影响水利工程项目的运行和功能作用发挥。水利工程大坝结构设计需要考虑和分析的因素比较多，且水利工程大坝结构设计和施工中容易出现各种隐患和问题，如果地质勘察和分析不细致、结构设计及参数设计不合理、施工作业不规范等，都会影响大坝结构的安全稳定性，导致出现渗水、沉降和滑坡等一系列问题，要求对其设计要点和技术要点把握准确，选用适合的坝体结构和施工工艺技术，保证工程建设的整体质量和综合效益。文章简要分析了水利工程大坝结构设计的要点，针对大坝结构设计和优化设计提出一些建议和对策。关键词：水利工程；大坝；结构设计；施工工艺中图分类号：TV314文献标识码：B近年来，我国在持续健全和完善水利基础设施建设项目，水利工程的数量和规模不断扩大，对这类工程项目施工建设的技术和质量要求更高。在推进水利工程项目施工建设的同时，也在不断改进和优化施工技术和工艺，注重加强各分部和分项工程的监督和管控，实施全面质量管理，以确保整个工程项目建设的效益和质量安全。大坝结构是水利工程的重点项目，大坝结构的稳定性将直接影响水利工程项目的使用年限和质量性能。因此，需要准确把握水利工程大把结构设计的要点和技术关键，对大坝结构设计进行科学优化和改进，以确保大坝的坚固性、耐久性和安全稳定性，提升水利工程的整体质量安全，保证水利工程项目的功能作用有效发挥。1 水利工程大坝结构设计和施工常见的问题及影响因素大坝是水利工程的重要组成部分，其主要功能是通过调节水库的蓄水量，以保证水利工程的正常运行，满足水库防洪、灌溉、发电、航运。旅游等作用。水利工程大坝在运行和使用过程中受多方面因素的影响，可能会出现大坝渗水、大坝结构不稳定的情况，影响水利工程大坝结构设计科学合理性的因素比较多，而水利工程大坝结构设计中存在的问题和缺陷将直接影响水利工程项目的运行和使用寿命及功能作用的发挥1-3。1）大坝本身的问题。通常而言，水利工程的大坝结构体积比较大、面积大，且受施工技术及工艺等的限制，再加上长时间的浸泡，雨季泄洪时水流的冲击也会对大坝结构造成损伤，久而久之容易导致大坝出现渗水的情况，影响大坝结构的坚固性和耐久性、影响水利工程的使用寿命。2）地质勘察和岩土治理工作不细致。地质勘察和岩土治理是水利工程项目的重要环节，一般要求认真做好室内测试、土样测试、地质调查测绘和原位测试等方面的工作，确保对工程项目周边的环境条件、地理位置、地形地势、施工区域的地层和土壤结构类型等有全面的了解和认知，及时发现并文章编号:1007-7596（2023）05-0001-04收稿日期 2022-03-17作者简介 靳久宁（1983-），男，甘肃静宁人，工程师，研究方向为水利工程；王稳亭（1991-），男，甘肃静宁人，工程师，研究方向为水利水电工程施工。DOI:10.14122/ki.hskj.2023.05.011 94 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）有效处理影响水利工程项目建设及质量性能的各类不稳定性因素和风险隐患。但是，实际工作开展中存在水文地质勘察不细致、坝体质量问题分析不到位的情况，进而影响水利工程大坝结构设计的科学合理性及工程的整体质量性能。3）坝体质量问题分析不到位。大坝结构设计和施工是水利工程项目建设的重点和关键，影响大坝质量的因素比较多，如大坝材料及形式、大坝周围的土壤类型和地质地形等，为确保设计的科学合理性以及结构的安全稳定性，要求在整个项目施工前仔细分析和科学计算坝体的干密度、空隙率、可压缩性、渗透性等，针对岩土的实际情况以及水利工程项目的设计要求、质量标准等，选用适合的大坝结构和材料等。但实际工作开展这方面容易出现一些问题和偏差，导致坝体的压实度、填筑量及结构设计的无法满足水利工程实际项目运行的需要。2 水利工程大坝结构设计的要点和措施2.1 准确把握大坝结构设计要点和关键为确保大坝结构的安全稳定性，需要准确把握水利工程大坝结构设计要点和关键，尤其需要确保坝体的分区设计、混凝土面板与止水设计、防渗设计、加固设计等的科学合理性，确保与水利工程项目的实际运行需求相一致。1）坝体的分区设计。在规划设计前，需要细致做好勘察设计和资料分析工作，结合水利工程大坝结构设计要求、质量标准和安全运行需要等，将其渗透系数控制在规范的标准内，确保大坝结构的渗透稳定性、垫层透水性等符合实际工程项目的各项标准和要求；大坝垫层区的设计和施工，则需要选择适合的垫层料，并确保垫层料和过渡层充分结合在一起，施工中可以采用铺筑或者碾压的方式，确保混凝土面板的均匀和平衡，但需要控制好的铺筑的厚度和碾压的力度，确保满足工程所需。2）混凝土面板与止水设计。在水利工程长时间运行和使用过程中如果坝体沉降，则会导致大坝的混凝土面板发生变形，混凝土面板和底板之间出现位移，进而影响水利工程大坝的结构稳定性和水利工程的使用寿命。在项目规划设计和施工的时候，制作混凝土面板时可以采用连续变截面的方式，并结合项目的实际情况和运行需要，科学合理的控制混凝土面板的厚度、长度，科学规范的在不同面板之间设置伸缩缝、垂直缝。在大坝结构设计的时候，要求结合工程项目的实际情况，采用合理的连接方式科学规范的设置止水，降低后期运行中渗漏现象的发生几率。3）防渗设计。在水利工程大坝施工前需要细致进行地质勘察和岩土分析工作，对大坝周围的土壤类型和地质地形等有全面的了解和认知，并合理项目实际需要，科学计算坝体的干密度、空隙率、可压缩性、渗透性等，针对岩土的实际情况以及水利工程项目的设计要求、质量标准等，对岩土进行加固处理，对大坝进行科学的防渗设计，选用适合的大坝结构和材料等。在进行防渗设计的时候，需要综合分析大坝渗漏产生的原因，针对性的选用防渗措施和方案。4）加固设计。水利工程大坝在长时间运行和使用过程中不可避免的会受到风吹、日晒、冲刷、溶蚀、疲劳、碳化等方面因素的影响，进而对大坝的结构稳定性和安全可靠性产生影响。因此，需要在规划设计的时候做好加固设计和施工工作，确保大坝拥有良好的耐久性，延长其使用寿命。这要求最好岩土治理工作，并结合工程实际需要选择合理的混凝土原材料，确保混凝土面板的耐久性。在整个项目施工前还需要实时监测坝体水平位移，结合实际情况进行必要的加固施工4-6。2.2 选择适合的大坝类型和结构要结合水利工程项目运行和使用的实际需要，选择适合的大坝类型和结构，既要保证其质量性能、安全稳定性和耐久性，也要降低项目施工造价和成本，实现工程项目施工建设综合效益最大化。1）土石坝。这是水利工程中十分常见的一种坝型，在施工建设中可以实现就地取材，一定程度上节省了水泥、钢筋等材料成本和水利工程的整体费用支出；且土石坝的结构比较的简单，施工工序比较少，技术要求不高，后期的改扩建和维护管理容易操作；土石坝的主体材料为土石散粒，稳固性比较强，且环境适应性比较强，在我国大部分地区都可以应用。但这种土石坝结构也存在很明显的不足和缺陷，如坝顶的溢洪功能不强，土石坝在运行的过程中也容易出现沉降等问题，从而对水利工程项目的质量性能及运行的使用寿命造成影响。为确 95 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）保土石坝结构的安全稳定性和施工质量，需要在填筑的时候选择适合的材料，控制好每层填筑的厚度以及平整度，选择适合碾压设备、碾压参数，科学合理控制每次碾压的时间、碾压的次数，确保与实际工程项目的施工技术要求一致。在防渗体与岸坡结合面施工过程中填料之前需要做好清理工作，并适量洒水，涂抹 5cm 左右厚度的浓粘土浆，之后在进行填筑与压实，在反滤层施作过程中需要从上到下铺设，并保证反滤层的厚度控制在合理范围之内。2）大体积混凝土结构坝体。为确保工程项目质量效益，需要结合水利工程的实际情况和现实需要，精选优质混凝土原料，做好混凝土集料配置工作，科学搅拌混凝土，注意优化混凝土的性能，尤其是大体积混凝土工程要确保水泥强度要 42.5MPa，水灰比控制 0.5，集料尽量选用大小适合、干净无杂物的砂石，依照实验室配比添加适合量的缓凝剂、减水剂、粉煤灰等。在规划设计和施工的时候，需要防范后期浇筑水化热量大，可能引起温度变化、收缩、有害裂缝等情况，加强混凝土内外部温差值、水化热问题和裂缝问题的监督，做好一系列养护管理工作，确保混凝土的粘合度、持久度、坚固性、稳定性、塌落度等技术指标。2.3 加强重点影响因素的监督控制大坝结构设计的合理性与否，将直接影响大坝的安全稳定性，进而影响水利工程项目的质量安全和使用寿命，在规划设计的时候需要对实际项目有全面的分析，明确实际工程项目的工期进度、变形特征、剪力水平、结构性质、承重力要求等，深入考虑工程项目的设计要求、质量标准、经济要素等，对设计方案的经济可行性和安全可靠性进行细致的审查，持续改进和优化大坝结构设计及方案设计，确保设计参数、标准和要求与水利工程项目的各项要求相一致，有效增强水利工程的耐久性和使用寿命。在这一过程中需要认真做好水利工程岩土勘察和治理工作以及前期的资料收集和分析工作，通过认真做好室内测试、土样测试、地质调查测绘和原位测试等方面的工作，确保对工程概况、设计要求和标准、工程项目周边的环境条件、地理位置、地形地势、施工区域的地层和土壤结构类型等有全面的了解和认知，及时发现并有效处理影响水利工程项目建设及质量性能的各类不稳定性因素和风险隐患，同时为水利工程隧洞、水库、输水管线、地基、大坝等设计和施工提供依据和信息。大坝选材也是影响结构安全和使用寿命的主要因素，在施工前需要分析该工程项目是否可以就地取材，以及可利用材料的存储量、材料的质量（如材料的含水量、级配指标、渗透性、压缩性等）等，确保所采用的材料质量性能等符合工程的设计要求和质量标准。尤其需要重视面板混凝土原材料及性能指标的控制、止水系统材料的选择及混凝土材料的控制，确保满足工程所需。通常而言，面板混凝土要具备较高的强度，最好选择抗渗抗冻标号的水泥，并确保其含气量合格，达到抗冻标准，然后结合每一工序和环节的实际需要，对混凝土的轻度、水灰比等参数进行科学合理的控制和调整；要对柔性嵌缝材料、橡胶止水带进行严格的控制，确保柔性嵌缝材料在温度达到 60时也不会出现流淌的问题，低温-45时不会发生脆裂的问题，变形率 40%，渗透系数 110-8cm/s 等，切实满足工程所需；垫层区的材料要控制最大粒径不超过 8cm，且 0.5cm 的含量控制在 25%-40%之间，0.01cm 的含量不超过5%，连续级配料，以满足工程所需。3 结 语大坝是水利工程的重要组成部分和重点项目，其在运行和使用中受各种因素的影响容易出现结构不稳、渗漏等问题，将直接影响水利工程的使用寿命和功能作用的发挥。水利工程大坝结构设计需要考虑和分析的因素比较多，要求认真做好地质勘察和分析工作，加强重要因素的分析和管控，对大坝结构设计和参数设计持续优化和改进，并加强施工管理，确保拥有良好的结构稳定性、耐久性。参考文献：1 丁浩.水利工程大坝围堰施工设计探讨 J.黑龙江水利科技，2018(01):3-5.2 韩光建.浅论水利工程水库大坝混凝土的施工技术 J.科研，2017(01):126.3 拓筱杨.水利水电工程中土石坝施工技术探讨 J.黑龙江水利科技，2018，46(09):113-115.4 高正强.论述响滩子水库工程大坝结构设计及其施工工艺 J.陕西水利，2016(10):150-152.5 王辉.水利工程大坝结构设计及运行监测的思考 J.城市建设理论研究：电子版，2019(10):134-135.6 郭友波.水利工程中土石坝的施工技术与方法 J.黑龙江科学，2018，9(12):148-149.