水利水電工程水工設計方案的分析與研究

李勁飛

（新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊830000）

1 引言

為了確保工程項目的規范性和科學性，應當根據工程施工現場展開勘測工作，并且以此為基礎選擇合適且合理的設計方案進行工程規劃，明確水工項目的內部結構布局，確保工程的可行性和科學性。

2 水工設計方案對比的原則與重要性

2.1 水利水電工程水工設計方案對比的原則

在進行方案設計與對比期間應當按照實事求是的原則進行，應當以客觀的角度對不同設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缺點。應當采用優秀且能節約成本的設計方案，設計者也應當以客觀和科學的角度來判斷方案的有利因素和負面因素，不可因個人喜好對方案產生偏見[1]。在對比方案期間，設計人員應當采用統一規定的指標進行比較，要充分分析并總結出每個設計方案當中所存在的優點和弊端。另外，設計人員也應當秉承著認真負責的原則反復對方案進行對比，要確保方案的技術性、經濟性和安全性能夠符合設計方案相關標準，有效減少成本。

2.2 水利水電工程水工設計方案對比的重要性

設計方案的對比是設計方案流程當中至關重要的一部分。設計人員需要根據不同的工程任務量來進行對比，在對比期間需要充分參考環境、建筑物、地質、周邊地形等相關重要因素，制訂多種方案，以便設計人員和工程師，能夠綜合多種因素對不同設計方案進行深度的對比分析[2]。此外，還要充分參考經濟預算、施工預算時限、施工現場影像等多種因素，總結不同方案的優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計方案。

3.1 壩型選擇

在進行壩址選擇期間，應當根據重力壩的輪轂布局和壩型，結合輪轂周邊地理環境和施工條件，同時還需要考慮未來效益和投資指標等問題，從而設計可長久發展的水利樞紐。根據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

在壩址選擇期間，需要確保每個方案都能符合國家規定的洪水總量、洪峰流量和導流標準等多種指標。另外，我國相關的技術指標還包括工程等級的劃分，需要根據不同工程級別的需求來作為衡量設計方案的標準，應當充分參考到水利工程的規模和水庫容量問題，并且能夠確保水利工程具備符合相關指標的功能，其中主要包括水力發電、治理干澇、灌溉農田和防洪能力。

3.3 重力壩的設計與選擇

現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定承重能力，壩體內部結構設計一定空間的空腔，能夠有效節省材料。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。空腹壩型是大多數大型水利工程所采用的主要重力壩結構，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。靈活利用空腹結構設計能夠調節空腹的位置與空間大小，同時還能提升大壩的抗壓能力。但該壩型因內部結構復雜，對鋼筋的需求量遠遠高于其他壩型。因此，在設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計結構，是寬縫壩型與薄壁板壩型融合的一種壩型結構，在結構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計方案當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。該壩型能夠將壩體上游段設計成斜坡或局部斜坡的形式，在壩體內部添加空腔空間，從而提升壩體的平穩性和抗水壓能力，并且能夠節省成本。

在選擇期間，方案對比人員應當充分參考施工環境、重力壩的泄洪能力、穩定性、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濟實惠。

3.4 水利樞紐布置

應當按照水利樞紐的需求判斷水利樞紐的內部結構，然后充分參考到地理環境和地質等多種因素，采用定量分析的方法對水利樞紐進行科學有效的規劃，具體布置原則如下：（1）應當確保壩段的位置選擇能夠符合樞紐布局的科學性和規范性，同時要盡量控制施工成本和施工時長；（2）應當確保集線器的布置能夠符合建筑布局的相關標準指標，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，同時需要采用科學有效的集線器管理手段；（3）應當在符合建筑物相關技術指標的基礎上適當減少樞紐的經濟支出成本和運營支出成本，節約水利工程的資金情況；（4）應當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 提高水工設計方案的建議

提升設計方案比較人員的綜合素質，應當從工作技術專業水平和職業道德素質等多方面展開培養：（1）應當培養工作人員對方案比較工作的責任感和榮譽感，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缺點；（2）應當培養工作人員對設計方案的了解程度，主要通過定期培訓和專家講座的方式提升工作人員的專業技能；（3）在設計方案對比期間應當充分建立并落實質量考核制度，要確保方案比較的每個環節和細節能夠符合質量標準，確保水利工程的嚴謹性和安全性。

5 結語

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