苗臣伟
天津中水新华工程规划设计有限公司 天津市 300000
摘要：随着近年来我国水利工程的不断开展与完善，越来越多的水利工程被应用在了日常生产生活的领域当中，为我国的经济快速发展提供了重要支撑助力。在水利工程尤其是水坝的设计过程中，往往需要考虑多方面的因素，包括土壤环境、受力环境分析以及结构工艺等等，主坝的设计过程往往在很大程度上影响着工程整体的建设效果，因此需要格外注重。本文将以某水利工程为例，从主坝的设计原则、设计要点出发，分析在设计过程中所需要考虑到的不同环节和项目，希望能够为水利工程的建设工作提供一定的指导意见。
关键词：水利建设；堤坝设计；主坝；思路
一、引言
水利工程对于我国的国民经济发展有着十分重要的促进作用，能够在能源利用、水力发电、农业灌溉等方面实现十分有效的应用，因此在设计过程中必须结合当地的水文环境和地理自然条件，实现最为合理的设计与建设。主坝设计作为关系到水利工程整体质量的重要环节，其设计的好坏在很大程度上决定着建设工程的整体质量与水平，为了提高建设的质量与效率，同时提高水利工程的使用寿命和年限，应该结合具体情况采取更加有针对性的科学设计方案，从而保证工程的正常开展和使用。
二、某水利工程概述
本文将以某水利工程为例，着重介绍主坝设计的要点。本水利工程的选址位于开阔型斜向谷河段，整体呈倒V字形，从所处的地理环境整体来看，由于河流冲刷的原因导致左岸较为完整，而右岸则受到了冲沟切割的部分影响。在地质环境的具体勘测过程中，将主办的选址定在了以辉绿岩、硅质岩以及泥岩的基础之上，但同时也呈现出了土壤质量软硬不均衡的状态；该地区的地下水以基岩裂隙水作为主要存在形式，水力联系较差，但是水温条件较为简单可操作。主坝选址地区的地震基本烈度是7度，抗震等级为甲级。
三、主坝设计思路
（一）主坝布置
本水利工程的主坝将设计在厚约127米的辉绿岩之上，并呈现出折线形状，依照岩层的分布进行设置，总长大约为720米，坝顶高程为234米，主坝的最大高度为130米。在设计过程中，泄水建筑物主要由中孔和表孔构成，并主要布置于河床的左侧，位于4A#到5#的坝块之上。泄水建筑物的主要参数为：中孔宽4米、高7米，共计三个，表孔宽14米、高18米，共计4个。
（二）断面设计
1.设计原则
在针对该水利工程的主坝进行设计的过程中，应该首先根据常规混凝土重力坝的工作状态，采取与之相同的设计方法进行设计优化。其主要原因是由于常态混凝土与碾压混凝土之间存在有较为相近的参数性能，因此在实际的工作过程中工作状态相似。在设计碾压混凝土重力坝断面的过程中，应该首先重视材料的选择，这主要是由于如果材料的软弱区存在于RCC碾压施工层面，将会导致坝体的横缝间距较大。
2.优化设计
在进行优化设计的过程中，可以采取动态规划法，从而同时适用于溢流坝和非溢流坝。将霸体的断面面积A作为目标函数变量，同时设置上下游面坡率：m1\m2\m3，并将决策变量设置为起坡高程H2与变坡高程H3。根据以上的参数设计，能够将目标函数表示为optAmin=f(m0,m1,m2,H2,H3)，m1<m2。
同时根据重力坝设计的相关规范与标准，结合选址地区的具体地质条件和水文条件，通过精确的测量从而计算出各项应力的约束条件，并最终获得坝体的宽度限制范围。
在此基础之上，就可以根据碾压混凝土的机械施工条件推导出上下游坡率约束条件，计算出目标函数的约束集，并按照动态规划方法求解，从而最终得到结果。最终的计算结果显示，基本三角形顶点高程为232米，坝顶高程为234米，宽为10米，基面的最低高程为104米；与此同时，上游面在146米高程以上作为垂直状态，下游面在224.667米高程以上为垂直状态，以下变为1:0.75，角度为36.87度。
3.主坝应力分析
再针对主坝的应力计算过程中，应该首先以偏心受压公式作为计算的基准，从而实现材料力学法的应力计算。首先考虑到无地震力的作用下，主坝的应力分析主要来源于坝块间运用期所产生的应力，同时还应该确保其应力小于坝体混凝土和地基的应力。在计算中如果考虑到地震力的作用和影响，将得出0.8MPa是坝体的最大主拉应力，远远小于抗拉强度，因此可以得出，该设计的安全性较高，按照此设计得出的最终工程使用寿命较长。
4.坝体分缝设计
在通常情况下，想要判定主坝分缝，就必须充分考虑坝体的整体布置以及相关结构，还包括混凝土的温度等物理因素，从而提高判定精确度和科学性。本水利工程的主坝主要包括6块左岸挡水坝段，其规格主要为36、36、30、30、30、30米，以及3块溢流坝段，规格分别为33、22、33米，以及4块右岸河床坝段，均长为27米，以及10块右岸非溢流坝段，其规格主要为36、30、30、30、30、20、30、30、30、36米。
首先以RCC主坝温度作为参考，并将其作为分析应力条件的主要因素，在其中设置部分横缝，并同时出于提高抗裂性能的考虑，在其中左右分别设置长度约为三米的短缝，从而保证应力能够释放，并将其设置于缝端。
5.防渗与排水设计
首先，关于上游面的防渗工作来说，应该以二级配RCC作为主要的使用材料，并将聚合物高分子材料涂抹于蓄水位228米以下的坝面之上，从而实现更加良好的防渗效果，确保上游面的防渗功能良好。
第二，关于坝体的止水功能和设计，首先要将其设置于主坝的横缝当中，根据不同坝段的高度，设置不同的止水设计。当高度大于70米时，需要设置一塑二铜，当高度小于70米时，设置一塑一铜，同时保证止水片的间距大于50厘米，并将塑料止水片放置最后一道止水设计至上。
第三，还需要注重整体的排水设计工作，在坝体内部设置相当数量的排水孔，主要放置于基础排水廊道，以及155米和200米高程的排水观测廊道，并在放置过程中构成立面，从而在坝体内部形成排水幕。
四、结语
水利工程往往具有工程量较大、设计过程复杂、涉及领域较多的特点，因此需要更加科学合理的规划和设计方式。在水利工程的建设过程中，主坝设计是最为重要的环节之一，在很大程度上影响着工程施工的整体效率和质量水平。因此相关的施工团队在设计主办的过程中，必须充分考虑多方面因素的影响，并对坝体的受力分析进行严谨科学的计算，在工程选址、施工技术、设计要点等多方面共同参考，从而提高水利工程的建设效率和质量，促进水利工程的健康良好发展。
参考文献
[1] 黄新华. 联和水库主坝加固防渗方案设计浅析[J]. 陕西水利, 2020, No.238(11):167-169.
[2] 白川. 白草坪水库主坝渗流稳定和结构稳定分析[J]. 河北水利, 2020(1):47-48.
[3] 龙志勇, 柯敏勇, 宋慈勇. 百色水利枢纽主坝碾压混凝土密实性探测[J]. 南昌工程学院学报, 2019, v.38;No.138(01):39-41+59.
作者简介：苗臣伟（1990-05），男，汉族，籍贯：河北省邯郸市，当前职务：水工设计师，当前职称：工程师，学历：硕士研究生，研究方向：农业水土工程