摘 要：土石坝枢纽的设计工作对于土石坝施工工程质量有着关键的影响，需要设计技术人员从多方面考虑影响其设计的因素，并针对实际情况分析解决的方法与策略。该文作者就自己工作中的一点经验，谈一下对土石坝枢纽设计的一些浅显的认识。
关键词：水利设计 土石坝枢纽 资料搜集 设计方法
1 土石坝枢纽设计的准备工作
1.1 基本资料的采集
任何设计开始之前，都要进行资料的收集，水库土石坝枢纽设计也不例外。设计的好坏、适宜与否，直接影响着水库枢纽工程质量和工程造价，严重时，对枢纽的功能也会产生影响。所以在设计开始之前，必须进行实地考察，收集当地的地形、地质、水质、气象等资料，为水库枢纽的设计提供基础的理论依据，设计人员应充分利用这些数据，确保设计的科学性与合理性。
（1）地形资料。这里说的地形资料就是指在何处选择坝址，水库建筑的整体布局及施工方案的内容。地形资料在水库枢纽施工过程中以地形图体现出现，坝址的地形图比例以1：500或1：1000居多，有时也根据特殊要求放大或缩小比例。而库区的地形图比例没有特定要求，根据库区设计大小而定，小型水库以1：l000或1：2000居多，中型水库一般采用1：5000或1：10000的比例。
（2）库区和坝址的工程的地质及水文地质资料。土石坝枢纽建设过程中，要充分考虑地质条件，施工前需聘请专业技术人员严格考察，任何一项地质条件的差异都可能影响水库坝址的选择与布局，如坝址附近土壤的力学性质、构造与风化程度，河床覆盖层的厚度等。选址适宜的同时，还要考虑气象条件对施工的影响，如气温、降雨量、风速等资料。
（3）水利计算资料和建筑材料的分析。在进行水库规划设计时，设计人员需要根据坝址的实际位置，了解其河水的水位、流量与泥沙情况及坝区附近的土、砂、石料的分布情况、储量、物理力学性质以及运输条件和单价等资料，这些内容都是设计中必须考虑到的外在物理因素。
1.2 轴线选择
坝轴线的选择是土石坝枢纽设计一个关键的过程。坝轴线选择不是很随意的，需要充分考虑当地实际的地质、地形等环境因素，施工规模与施工过程的基础条件，再结合水利枢纽的布置、水库淹没情况和经济条件等因素而确定。具体要求如下。
（1）地形条件。如果地形条件适宜，尽可能选择坝轴线较短，河谷较窄的位置，方便于建造泄水建筑物，且坝岸两端的厚度要尽可能满足施工要求，便于施工操作，保证施工安全。
（2）地质条件。对于土石坝建坝区域，尽量选择透水性较小的地基位置，透水性过强不利于建坝。一般以选择整块的岩石或坚实的地层上，如以黏、壤土或岩基居多。
（3）筑坝材料及枢纽布置。土石坝枢纽施工过程，要保证其建筑材料用料充足，能够及时运送，不影响施工工期。同时，对于枢纽所需的泄洪洞、发电站等也要便于建筑施工，且各建筑物施工要能同时进行，互不干扰，以便于施工进度的保证，使得工程顺利竣工使用。
2 土石坝枢纽组成及布置
2.1 枢纽组成
枢纽建筑物以土石坝为主体，并包括有泄洪建筑物（比如溢洪道、泄洪洞等）、水电厂房、发电引水建筑物、排砂建筑物、开关站、工业用水引水建筑物、灌溉引水建筑物、放空水库的泄水建筑物、施工导流建筑物等。
2.2 枢纽布置原则
由于土石坝枢纽建筑物由多种功能的建筑物组成，有一项建筑物不完成，都可能影响土石坝枢纽工程的正常运行。所以，在进行设计枢纽布置时，第一点要考虑施工过程安全，其次要考虑各建筑物能同时施工，互不干扰，便于管理，最大限度的加快施工进度，最后要考虑整个施工的经济分配合理，在保证质量与用途的前提下，最大限度的降低施工资金。在满足以上原则的基础上，可以设计出多种施工方案，需要技术人员对不同的施工设计方案进行比较，选择经济、适用、合理的方案进行实施。在设计过程中，还遵守以下原则。
（1）泄洪建筑物的设计是整个枢纽设计的关键，对其形式的选择，要充分考虑满足其使用条件与要求，其次要考虑其主要泄洪建筑物尽量采用开敞式溢洪道的形式，最后经过技术比较与分析，结合实际的经济效益情况，确定最终方案。
（2）泄水引水建筑物的稳定性对于枢纽工程设计的影响也很重要，设计时，要充分考虑水流的冲击力，保证泄水引水建筑物进口附近的岸坡的稳定性，做好防护，防止其被冲垮。对于泥沙多的河流，还需要建设排砂建筑物，同时，在进水口采取防淤措施。为保证坝体安全，对于坝坡也应有适当的防护措施，避免大量的平行水流冲刷坝坡，带来安全隐患。
2.3 不同地区的枢纽布置
土石坝枢纽布置一般分为高山区、丘陵区及平原河道区3种。
（1）高山深谷区布置。高山深谷区的特点是河谷很窄，山坡陡峻，山脊高。若将土坝布置在顺直河段，工程量较大，耗时耗力，一般不采用。这样的区域多选择将坝布置在弯曲河道上，在凸岸布置引水洞、泄洪洞、溢洪道，这样可以缩短长度，减少工程量。但一般来说凸岸山梁单薄，岩石风化深，用其挡水存在较大的安全隐患，故需要采取措施进行加固，使山体更稳定，延长枢纽工程的使用寿命。
（2）丘陵区的枢纽布置。丘陵地带的特点是河谷相对开阔，山坡平缓，便于枢纽布置，建筑物建设的干扰情况也几乎没有。这样的区域，需尽可能使溢洪道远离坝肩，即将溢洪道布置在不同于引水洞和厂房及泄洪洞布置的一端。
（3）平原河道枢纽布置。平原河道的特点是相对顺直，为降低工程量，尽量在顺直河段的低水头枢纽布置中，设混凝土溢流坝段、厂房坝段，与土石坝衔接，防止在顺直河段建变道以满足溢洪道的要求。
3 土石坝的剖面和构造
3.1 土石坝基本尺寸
（1）坝坡。坝坡应综合考虑坝型、坝高、坝的级别、坝体及坝基材料的性质、荷载、施工和运用条件等因素，经技术经济比较后确定。土质防渗体土石坝、沥青混凝土心墙和面板坝可参照已建成坝的经验或近似方法初步拟定坝坡，最终坝坡须经稳定计算确定。常用土石坝坝坡一般在1∶2～1∶4 之间。土石坝上下游边坡应根据坝面排水、检修、观测、道路、增加护坡和坝基稳定等不同需要设置马道，马道一般宽为1.5 m～ 2.0 m，下游坝坡可设置斜马道。
（2）坝顶高程。坝顶高程根据正常运用和非常运用的静水位加相应的超高y予以确定，坝顶设防浪墙时，坝顶超高可改为防浪墙顶的要求，但此时在正常运用条件下，坝顶应高出静水位0.5 m，在非常运用条件下，坝顶应不低于静水位。应该指出，这里计算的坝顶高程是指坝体沉降稳定后的数值。因此，竣工时的坝顶高程还应有足够的预留沉陷值。
（3）坝顶宽度。坝顶宽度的确定应综合考虑构造、施工、运行、抗震等因素。如无特殊要求，高坝的最小坝顶宽度可选用10 m～15 m，中低坝可选用5～10 m，坝的级别高时应选大值，反之选小值。
3.2 坝的防渗体
作为坝的防渗体的材料有土质防渗体和人工材料防渗体，其中人工材料防渗体用得最多的是土质防渗体。土质防渗体分区坝的防渗体断面尺寸应根据防渗土料的质量（如允许渗透比降、塑性、抗裂性能等），防渗土料的数量和施工难易程度，防渗体下面坝基的性质及处理措施，防渗土料与坝壳材料单价比值等因素研究确定。设计地震烈度为8度、9度的地区可适当加厚。土质防渗体断面应满足渗透比降、下游浸润线和渗透流量的要求。应自上而下逐渐加厚，顶部的水平宽度不宜小于3.0 m；底部厚度，斜墙不宜小于水头的1/5，心墙不宜小于水头的1/4。
4 结语
综上，进行土石坝枢纽设计施工时，必须充分考虑地形、地质条件，在满足使用条件的情况下，多方面考虑，寻找经济适用的设计方案，以保证施工质量。土石坝枢纽设计工作需要技术人员不断的研究，才能适应社会的发展需求。
参考文献
[1] 牛效辉.土石坝断面优化设计研究[D].西华大学，2008.
[2] 林昭.土石坝设计应重视工程实践经验[J].水利水电工程设计，2005.