水利水電工程水工設(shè)計方案的分析與研究

李勁飛

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊830000）

1 引言

為了確保工程項目的規(guī)范性和科學(xué)性，應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程施工現(xiàn)場展開勘測工作，并且以此為基礎(chǔ)選擇合適且合理的設(shè)計方案進行工程規(guī)劃，明確水工項目的內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局，確保工程的可行性和科學(xué)性。

2 水工設(shè)計方案對比的原則與重要性

2.1 水利水電工程水工設(shè)計方案對比的原則

在進行方案設(shè)計與對比期間應(yīng)當(dāng)按照實事求是的原則進行，應(yīng)當(dāng)以客觀的角度對不同設(shè)計方案進行有效的對比與分析，判斷并評估方案之間的差距與優(yōu)缺點。應(yīng)當(dāng)采用優(yōu)秀且能節(jié)約成本的設(shè)計方案，設(shè)計者也應(yīng)當(dāng)以客觀和科學(xué)的角度來判斷方案的有利因素和負(fù)面因素，不可因個人喜好對方案產(chǎn)生偏見[1]。在對比方案期間，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)采用統(tǒng)一規(guī)定的指標(biāo)進行比較，要充分分析并總結(jié)出每個設(shè)計方案當(dāng)中所存在的優(yōu)點和弊端。另外，設(shè)計人員也應(yīng)當(dāng)秉承著認(rèn)真負(fù)責(zé)的原則反復(fù)對方案進行對比，要確保方案的技術(shù)性、經(jīng)濟性和安全性能夠符合設(shè)計方案相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，有效減少成本。

2.2 水利水電工程水工設(shè)計方案對比的重要性

設(shè)計方案的對比是設(shè)計方案流程當(dāng)中至關(guān)重要的一部分。設(shè)計人員需要根據(jù)不同的工程任務(wù)量來進行對比，在對比期間需要充分參考環(huán)境、建筑物、地質(zhì)、周邊地形等相關(guān)重要因素，制訂多種方案，以便設(shè)計人員和工程師，能夠綜合多種因素對不同設(shè)計方案進行深度的對比分析[2]。此外，還要充分參考經(jīng)濟預(yù)算、施工預(yù)算時限、施工現(xiàn)場影像等多種因素，總結(jié)不同方案的優(yōu)點與弊端并進行綜合比較，最終明確方案的選擇。

3 水利水電工程水工設(shè)計方案

為了使本次研究更加具有參考意義，本文以重力壩作為研究對象并列舉設(shè)計方案。

3.1 壩型選擇

在進行壩址選擇期間，應(yīng)當(dāng)根據(jù)重力壩的輪轂布局和壩型，結(jié)合輪轂周邊地理環(huán)境和施工條件，同時還需要考慮未來效益和投資指標(biāo)等問題，從而設(shè)計可長久發(fā)展的水利樞紐。根據(jù)不同的壩址需要采用合適的壩型，因此，面對不同的壩址需要設(shè)計具有針對性的樞紐方案，從而進行方案比較與選擇。

3.2 參考指標(biāo)

在壩址選擇期間，需要確保每個方案都能符合國家規(guī)定的洪水總量、洪峰流量和導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)等多種指標(biāo)。另外，我國相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)還包括工程等級的劃分，需要根據(jù)不同工程級別的需求來作為衡量設(shè)計方案的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)充分參考到水利工程的規(guī)模和水庫容量問題，并且能夠確保水利工程具備符合相關(guān)指標(biāo)的功能，其中主要包括水力發(fā)電、治理干澇、灌溉農(nóng)田和防洪能力。

3.3 重力壩的設(shè)計與選擇

現(xiàn)階段水利工程的重力壩主要由混凝土組成，通常建筑于上游地段并且用來控制并穩(wěn)定承重能力，壩體內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計一定空間的空腔，能夠有效節(jié)省材料。目前工程中常見的壩型如下：

1）寬縫壩型。一般情況下，重力壩沿水地區(qū)的縫隙空間都非常狹窄，為了確保橫縫能夠擁有足夠空間的縫隙，需要將上下游地段的寬縫進行閉合處理，確保壩體的軸向連續(xù)體能夠起到良好的保水效果。但因壩段之間的寬度通常處于壩段總體寬度的15%～35%，無法有效保護壩體，存在著較低的安全隱患。

2）空腹壩型?？崭箟涡褪谴蠖鄶?shù)大型水利工程所采用的主要重力壩結(jié)構(gòu)，其能夠在底部的壩軸位置打鉆出大孔，在基巖表面空間打造出一大片的空腹地段，能夠有效減少壩底的壓力，同時還能減少大壩的混凝土成分與體積。靈活利用空腹結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠調(diào)節(jié)空腹的位置與空間大小，同時還能提升大壩的抗壓能力。但該壩型因內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對鋼筋的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他壩型。因此，在設(shè)計難度和施工難度方面都相對較高，需要耗費大量資金。

3）大頭壩型。該壩型主要以大體積的橋墩作為主要設(shè)計結(jié)構(gòu)，是寬縫壩型與薄壁板壩型融合的一種壩型結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)方面與寬縫壩型非常相似。大頭壩型是由相互連接的橋墩所組成，主要設(shè)置在上游段，頭部類型包含多邊形、圓形和直線型。多邊形大頭壩體是目前重力壩設(shè)計方案當(dāng)中較為常見的大頭壩型，橋墩主要分為雙墩和單墩，該壩型還可以利用泄水管來提升溢流能力和抗水壓能力。

4）斜坡折線壩型。該壩型能夠?qū)误w上游段設(shè)計成斜坡或局部斜坡的形式，在壩體內(nèi)部添加空腔空間，從而提升壩體的平穩(wěn)性和抗水壓能力，并且能夠節(jié)省成本。

在選擇期間，方案對比人員應(yīng)當(dāng)充分參考施工環(huán)境、重力壩的泄洪能力、穩(wěn)定性、抗壓性和材料等多種因素，利用定量分析的方法對多種壩型進行科學(xué)有效的綜合比較，確保能夠選擇符合工程需求和工程實際施工情況的壩型，同時還需要確保壩型的經(jīng)濟實惠。

3.4 水利樞紐布置

應(yīng)當(dāng)按照水利樞紐的需求判斷水利樞紐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后充分參考到地理環(huán)境和地質(zhì)等多種因素，采用定量分析的方法對水利樞紐進行科學(xué)有效的規(guī)劃，具體布置原則如下：（1）應(yīng)當(dāng)確保壩段的位置選擇能夠符合樞紐布局的科學(xué)性和規(guī)范性，同時要盡量控制施工成本和施工時長；（2）應(yīng)當(dāng)確保集線器的布置能夠符合建筑布局的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，建筑物之間不受到外界客觀因素的干擾，要保證建筑在任何條件下都可以正常運作，同時需要采用科學(xué)有效的集線器管理手段；（3）應(yīng)當(dāng)在符合建筑物相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上適當(dāng)減少樞紐的經(jīng)濟支出成本和運營支出成本，節(jié)約水利工程的資金情況；（4）應(yīng)當(dāng)及時開展指定建筑物的運營，從而確保能夠提前獲得收益。

4 提高水工設(shè)計方案的建議

提升設(shè)計方案比較人員的綜合素質(zhì)，應(yīng)當(dāng)從工作技術(shù)專業(yè)水平和職業(yè)道德素質(zhì)等多方面展開培養(yǎng)：（1）應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)工作人員對方案比較工作的責(zé)任感和榮譽感，使工作人員在方案對比期間能夠以客觀求實的角度分析方案的優(yōu)缺點；（2）應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)工作人員對設(shè)計方案的了解程度，主要通過定期培訓(xùn)和專家講座的方式提升工作人員的專業(yè)技能；（3）在設(shè)計方案對比期間應(yīng)當(dāng)充分建立并落實質(zhì)量考核制度，要確保方案比較的每個環(huán)節(jié)和細(xì)節(jié)能夠符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保水利工程的嚴(yán)謹(jǐn)性和安全性。

5 結(jié)語

本文闡述了方案對比的原則與重要性，并且以工程設(shè)計中的重力壩為例，提出現(xiàn)階段較為常見的重力壩設(shè)計方案，在符合相關(guān)工程設(shè)計指標(biāo)的前提下，闡述了不同重力壩設(shè)計方案的優(yōu)缺點，本文認(rèn)為在常見地勢環(huán)境、常見施工情況下大頭壩更加有利于節(jié)約成本且具有較強的抗洪效果，符合各項水利工程指標(biāo)。同時，利用多邊雙墩的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緩解抗洪壓力，是水利工程設(shè)計方案的首選方案。