水库堤坝工程设计探讨

孟可意 赵烨柳

摘 要：本文针对水库堤坝开展了基础研究，主要研究内容包含堤坝设计的形式，堤坝工程设计所需的主要参数，堤坝设计过程中注意的关键点，可视化技术在水库设计中的应用，该研究有一定的理论和现实指导意义。

关键词：水库;堤坝;设计

1 堤坝设计形式

水库堤坝的设计首先要根据大坝选址地的地质条件，筑坝材料，施工场地，导流，工程造价，受防护对象的重要程度等因素来综合比较选定堤坝的结构形式。

根据结构和受力情况可以分为：重力式坝、支墩坝、拱坝和预应力坝;根据筑坝的材料又可以分为土坝、石坝、混凝土坝和橡胶坝等;根据堤坝的断面可以分为梯形坝、斜坡面板坝等。

土石坝是当前堤坝建设中应用最广泛的一种坝型，由其内部的防渗材料种类又可以分为均质坝、防渗体分区坝和非土料防渗体坝。在非人群密集的城镇地区，多采用土石坝，它对坝址的地基条件要求较低，并且筑坝所需的土石等材料获取方便，料场会选在坝址周边，减少了运输的人力和财力。其结构简单，方便在原本基础上进行维修和扩建。

岩基上的高坝建筑则多采用混凝土重力坝，它的结构简单，耐久性好，施工便捷，便于机械化施工。但重力坝的体积大，水泥用料多，且在施工过程中不好把握能完全发挥出材料的强度。

2 堤坝工程设计所需主要参数

（1）坝高：水库工程中挡水建筑物的高度，会对库容、溃败洪峰流量等产生影响。

（2）坝长：不同坝长会对河道河段断面流速分布产生影响。

（3）坡度：坡面的垂直高度和水平距离比，是大坝稳定性的一个重要参数。

（4）抗剪强度：岩体抗剪强度是堤坝设计最基本的参数，是抗滑坡的指标。

（5）摩阻系数：不同筑坝材料与基坑侧壁的摩阻系数不同，通过该系数进行基础的抗浮计算。

（6）密实度：筑坝材料的固体物质体积占总体积的比例，它衡量了土体本身的一种物理状态，这一参数主要用于土石坝。

（7）渗透系数：利用渗透系数要来确定土体的渗透性，用来评判堤坝的地基和坝体结构能否承受起保护的任务（其中，拱坝、重力坝不存在渗透系数，主要针对于土石坝这一形制）。

3 堤坝设计过程中的关键点

3.1堤坝的选址、坝型及材料选择

首先要根据下发的任务要求书，确定受保护对象的重要性，选定坝址基本范围。根据筑坝的要求以及实际情况，结合当地的地质条件、主要建筑物、导流、工期、造价、对环境的影响、淹没影响以及工程效益等多方面因素进行坝址的进一步分析。接下来要针对工程的可实施性确立初步的坝线，并可以在多次的模型推演、计算中进行对坝线的轻微调整[1]。

在对当地情况进行具体分析后就要选择建造的坝型，最先要考虑到地质条件和地形的影响，在设计时要广泛收集结构方面的資料，以确保堤坝最后的安全稳定。要考虑到坝高、坝长以及坡度，对堤坝的自重和最大荷载有一个明确的认知。

3.2保护对象

堤坝工程的设计要先确定好它所处于的工程等级，不同的规模有着不同的标准。对于水库防洪堤坝来讲，它要先根据受保护城市或农村的范围和重要性来确定防洪标准，再根据当地水文站所存有的降雨、径流等相关资料来进行设计，并要提前做好汛期的应急措施。

3.3抗震防渗

地震时，堤坝可能会因为内部结构以及水体压力作用，而导致变形甚至滑动，产生裂缝。堤坝一旦溃坝，它对保护地区产生的影响远远大于施工工程本身损失的后果，所以堤坝抗震设计尤为重要。可以采取人工加密，用人力、机器去强行夯实，以提升砂土的密实度[2]。

水库堤坝的防渗主要有水平和垂直两种形式。对于坝基渗漏一般采取上游用防渗墙拦截，帷幕灌浆堵住渗透处等办法，下游则采用使用减压井和排水沟等方式来减小压力。

3.4造价

堤坝工程的造价是一个重要的经济技术指标。在设计过程中不仅要考虑自然外界因素，如水文、地质等，还受到选址地的经济水平、交通、市场等方面的影响。所以在设计中要进行一定的造价控制，要有限额意识，最好可以做到设计方案科学，造价合理，这样才有可能被采纳。

4 可视化技术在水库中的应用

通过可视化技术可以生成堤坝选址处的三维立体模型，对该模型进行推演和分析可以确定出水库淹没边界、库水面积和水库容量这三个重要指标。

在设计初期，只有确立出淹没边界，才能对农田、林地、村庄的破坏有一个较为确定的认知，为征地移民提供了科学的手段。

可视化技术可以反复的对三维水库模型进行修改，可以对不同数据进行反复尝试，以达到最优方案。同时这种技术可以直观的看到地形剖面，综合考虑各种地质因素，先模拟再规划，使设计工作更加简化。

参考文献

[1]景峰.水利工程中水库堤坝防渗施工技术和防治[J].居舍，2019（28）：52.

[2]Li Xinghao，Huang Jie，Filker Sabine，Stoeck Thorsten，Bi Yonghong，Yu Yuhe，Song Weibo.Spatio-temporal patterns of zooplankton in a main-stem dam affected tributary：a case study in the Xiangxi River of the Three Gorges Reservoir，China.[J].Science China.Life sciences，2019，62（8）.