水库大坝工程技术方案比选

辛鹏

（黑龙江省农垦牡丹江管理局兴凯湖灌区管理站，黑龙江 密山158325）

随着我国国民经济的迅猛发展，在水利基础设施建设方面也有了巨大的进步，相应的投资进一步增加，由此使得我国水利事业实现了突飞猛进的发展。由于水利工程的增多，对于水库大坝工程技术方案等相关内容要进行严格的比选，选择更优质的技术方案，把方案比选的相关基础理论在实际的设计过程中有效应用，通过科学合理的方法针对实际工作进行验证。

1 工程概况

在本文中所列举的工程案例，其水库控制流域面积为261.62km2，该水库大坝工程的核心作用是农业灌溉，与此同时，也进一步兼顾防洪和生态用水等相关功能。该水库的枢纽有几个核心部分有机组成，分别是主副坝、泄洪闸、引水工程等相关建筑物。在该工程的技术方案比选过程中，要结合其具体的功用和地形条件，气候特征等相关因素来着重考量。

2 技术方案比选的影响因素

2.1 施工取材

要针对相关材料进行有效分析，主要是指在项目的建设期内，对于所需原材料能否便于取材进行着重考量，同时也要考虑到相关材料的成本，材料是否满足防洪抗汛的基本要求，对于相关材料要严格要求，在项目设计过程中要综合性的考虑各类元素。

2.2 天气及季节因素

要考虑到施工过程中，随着季节的变化，例如，混凝土工程也要对其做好相对应的养护和保养，整个水库大坝工程受到天气和季节因素的直接影响，有很多不可抗力，所以在选材以及设计的过程中，要在最大程度上有效降低天气季节等因素的制约。

2.3 施工技术

施工技术因素，对于整体工程施工的质量，工期长短，资金开支等相关情况有着十分关键的影响，因为技术有不同的要求，需要的工种也有着很大差异，技术有越高的要求，所涉及的工序就会越复杂，与之相对应的质量要求就会越高，在这样的情况下，就会使施工工期进一步延长。例如，冻涨、洪水冲刷使得水库大坝工程出现倒塌，冻裂等问题，使得整个工程的性能和质量大打折扣。

3 该工程坝址区气象地质条件分析

3.1 气象条件分析

在本文中所列举的水库大坝工程案例所在区域是温带半干旱大陆性气候，在一年内有十分明显的季风环流，而且随着季节的变化，有着互相交替的规律，而且十分明显。在春秋两季，往往十分干燥多风，在夏季特别炎热且多雨，冬季十分寒冷，少有下雪天气。该地区一年四季的气温变化特别大，综合多年的气温进行计算，平均气温为7.6℃。平均降雨量368.1mm；多年平均蒸发量2004.8mm。该地区所呈现出的平均冻土厚度为1.2m。无霜日数171d。

3.2 地质条件分析

本文中所列举的水库大坝工程，整个区域呈现出不对称的“U”型河谷状，宽度范围158～220m，坡降1.9‰。坝址所在的河床宽度大约在158m，海拔高程为1000.45m，坝基的组成部分包括特别深厚的第4 系地层，其地下水的埋深大约在0.5m，从属性来看是比较典型的空隙潜水。从相关的探坑资料来看，地层的水平方向分布相对来说比较稳定，有着比较良好的连续性，从根本上来讲属于中等透水。

4 针对本水库大坝工程技术方案的比选分析

从本水库大坝工程的相关影响因素和条件进行分析，针对工程技术方案展开相对应的比选，对于大坝有限元静动力展开分析，所涉及的计算应用软件为三维有限元静动力通用程序TOSSD3。为了进一步优选出最理想的大坝工程技术方案，本文着重分析和探究三种类型的技术方案，分别是：

方案1：有针对性的彻底清除右岸坍滑堆积体，针对大坝的所用原材料而言，不用开挖渣料。

方案2：彻底的清除坍滑堆积体，把其中一部分的开挖渣料当做整个大坝工程的3C 区的填筑料。

方案3：针对右岸坍滑堆积体进行些许的清除，只是把表面约两米的地方清除掉。本文有针对性的比较和分析这三种方案，然后进一步分析对坝体应力变形的具体影响情况，特别是对面板应力变形特点以及周边缝和垂直缝变形所构成的影响。

4.1 计算参数

4.1.1 混凝土面板

防渗面板采取的是C25 混凝土，有针对性的结合弹性模型来进行考虑，并且进一步结合SL5057-2009《混凝土结构设计规范》的相关内容，计算出相对应的弹性模量、泊松比和密度数值分别为E=28.0GPa，μ=0.167，ρ=2.45g/cm3。轴心抗压、抗拉强度设计值分别为11.9MPa、-1.27MPa。

4.1.2 筑坝坝料和坍滑堆积体

静力本构模型对于相关参数进行计算，都是有效利用静力三轴CD 来试验确定。针对动力本构模型计算参数，主堆石料3B 和右岸坍滑堆积体利用动力三轴试验来进行明确，然后通过类比来进一步明确其他材料的具体参数和指标。

4.2 静动力及坝坡稳定的分析

有针对性的结合大坝净动力以及坡度的稳定计算结果来进行分析，具体而言，主要体现在以下几个方面：

（1）针对方案一而言，其竣工期、蓄水期所呈现出的坝体及面板应力应变并不是十分明显，周边缝和垂直缝并没有大的变形，相对来讲，坝坡抗滑有着更好的稳定性，能够满足相对应的设计要求和工程需要，可以看出是最理想的方案。

（2）方案2 所呈现出的问题主要体现在：如果蓄水期间出现地震，下游坝坡抗滑所呈现出的安全性，稳定性和相关系数都不符合规范要求，有可能出现失稳的问题。与此同时，该方案所呈现出的渗透系数在10-6cm/s 数量级，在试用过程中所呈现出的超静孔压相对来说比较小，而在运行期间所出现的次固结变形相对来说明显增大，对于整体工程的防汛体系和安全性造成严重影响；③在3B 主堆石料与3C 次堆石料的接触部位比较典型的拱效应，运行的时候，拱效应进一步释放，这对于整体工程都会造成很大程度的流变变形反应。

（3）方案3 出现的问题主要体现在：①竣工期和蓄水期坝体最大沉降超过既定的标准，使变形程度过大；②施工期其主固结变形大体上完毕，在具体的运行过程中，会出现某种程度的次固结变形，也就是通常所称之为的流变变形，在这样的情况下，对于整体防渗体系的安全性，稳定性都会造成严重影响。③震后面板局部部位拉应力比C25 混凝土的抗拉强度要有十分明显的提升，因此极有可能导致其拉裂。

通过整体的分析和探究，进行水库大坝工程技术的方案比选工作，为了使大坝整体的安全性和效益性显著提升，要有效采用方案1，也就是说，全面彻底的挖除右岸坍滑堆积体，开挖料不能当做坝料。

从上文的分析和探究中，我们能够充分看出，为了进一步有效明确该工程的水库大坝工程技术方案的具体情况，要着重做好技术方案的比选工作，结合各类因素，采用先进的软件计算模型等等，有效获得方案1 这样的和实际情况更为接近的方案。同时进一步结合其他的技术、经济指标等等，采取相对应的施工技术，以此在更大程度上提升整体工程的质量和性能。