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水工建筑物优化设计是指在满足工程安全、功能要求的前提下，综合运用现代设计理论、计算技术和优化方法，对水利工程中的各类建筑物（如大坝、水闸、溢洪道、泵站等）进行结构形式选择、几何参数调整、材料配置及施工方案优选，以实现经济合理、安全可靠、环境友好和运行高效的设计目标。

优化设计通常包括结构尺寸优化、材料用量最小化、施工工艺简化以及全生命周期成本控制等内容。随着计算机技术的发展，数值模拟、有限元分析、智能算法（如遗传算法、粒子群优化算法）等手段被广泛应用于水工建筑物的优化设计中，提高了设计精度和效率。

通过优化设计，不仅可以有效降低工程造价，还能提升工程的整体性能和适应复杂自然条件的能力，对于推动水利工程建设的可持续发展具有重要意义。

坝基总渗漏量（排水量）观测开始于1991年，排水孔观测始于 1986年。实测坝基总渗漏量约148.03L。 各坝段渗漏量极不均一襄宜段改扩建工程施工组织设计，1998年10月，主廊道排水孔排水量观 测结果，东重力坝42～47坝段（108m）排水孔总排水量为

45.95L/min，占主廊道排水孔总排水量的83.6%，占坝基总排水量的 31%，河床坝段以右，排水孔干枯无水。 1991年坝基总渗漏量为342.11,1991～1993年渗漏量呈下降趋 势；自1994年起，除1996年渗漏量较低外，其他年份坝基总渗漏量 相近，略呈寇荡变化。1986～1992年中各排水孔排水量均呈品著的 逐年下降趋势，1992年6月以后各孔排水量趋于稳定，变化不大。 单孔渗漏量稳定性属于稳中有降或逐年下降的孔占71.4%，渗漏量 属于稳定或稳中有升的孔占28.6%

从观测结果看，河床段扬压力观测孔测压管水位均低于110m， 见图3。从坝基扬压力历时曲线来看，1993年前震荡幅度较大，1993 年以后较为平稳，总体变化趋势、变化幅度与库水位基本一致，说明 库水位对坝基扬压力的影响还是很明显的，见图4。

图3横向扬压力系数分布图

部分坝基扬压力测点回归结果过程线

坝基析出物大多为多种矿物成分的混合物，详见表1：矿物成分 主要为方解石、白云石，次要矿物成分为文石、海绿石、伊利石及软锰 矿等：化学成分主要为CaO、FeO、MgO、MnO及AlO等。

据调查，除西头重力坝XT1～XT4坝段和东重力坝57~59坝 段两坝虐地段无析出物外，自西重力坝XT6至东重力坝55*共73个 坝段1238m长均有析出物分布。其分布趋势是两岸边坝段数量相 对较少，向河床逐渐增多，溢流坝段最为严重。

1997年7月至1998年9月对坝基析出物进行了全面收集，在 日光下晒干称重，干燥后析出物总重量为608kg。其中溢流坝段

表1坝基析出物分类及特征表

302.08kg，约占总重量的50%。根据对析出物进行取样计算，以溢流 坝10*坝段为例，517天共排出白色析出物（以碳酸钙为主）114.3kg， 排出0.3mm以下粉土85.36kg

基础混凝土及灌浆结石矿物估算

对608kg干燥析出物进行了矿物化学成分分析，析出物中方解 石、白云石含量为476.73kg，占总量的78%；石膏为3.07kg，占0.5%；

化学成分中Ca0为267.74kg，占总量的44%，折算成Ca²+离子含量 为191.25kg，占31%：其他成分如Al0、Mg0、MnO含量均小于5%。

Ca²+、K+、Na+、Mg²+等阳离子和SiO等稳定组分主要来源于灌 浆水泥结石、基础混凝土及坝基岩石的损失，用库水、地下水水质分 析结果估算其损失量和损失速率。Ca²+离子的年损失量为1424kg， K+和Ca²+离子年损失量1012kg，Si0为568.35kg，AP+离子为 5.8kg，其他成分未作估算。

5.6析出物形成机理分析

（1）拦河坝设计采用多种提高大坝安全度的对策，节省了工.程 量。经多年运行，安全可靠： （2）扬压力系数设计值大部分低于实测值。部分测压管渗压系 数有增火的现象，推测与坝基惟幕部分失效有关。为此，在封闭排水 设计时，要确保惟幕的质量。 （3）析出物对工程的影响，在渗水流的作用下，水化产物中的可 溶性物质不断被溶滤出来，使其组织结构发生变化，并促使混凝土中 其他水化物发生分解，使基础混凝上向疏松方向发展，降低基础混凝 土的强度。基础混凝土与基岩接触面相对较弱，当接触面附近混凝 土成分不断被溶滤带走，使接触胶结力下降，抗剪强度降低。 惟幕灌浆结石中的Ca（（H）等被大溶滤出来，必将影响防渗 效果，甚至使防渗雌幕失效。地下水对裂隙、断层中充填物产生溶蚀 或淋溶作用，造成岩体空隙加大，降低岩体强度。析出物淤塞排水 孔，会造成坝基排水不畅。

桃林口水库碾压混凝土坝

桃林门水库位于河北省秦皇岛市境内青龙河上。青龙河是滦河 较大支流之一，发源于燕山山脉的七老图山支脉南侧，地形北高南 低，山势多孤峰，河流婉曲折；河谷宽400～1000m，比降1/430~ 1/600。于流总长246km，总流域面积6340km²。坝址以上干流长 205km，控制流域面积5050km。 本流域属季风型大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨；多 年平均气温约10℃，年绝对最低气温为－29.2℃，最高气温为 38.7℃ 库区主要出露有太古界、下元古界、震旦亚界、新生界及第四系 等不同年代地层。坝址处为震旦亚界长城系大红峪组及第四系地 层，坝基岩层倾向上游，以板状粉细砂岩为主。

该工程地处寒冷地区，冰冻期长达120d；同时考虑到二期大坝 属1级建筑物，采用“金包银”型式。在防渗、防冻、防裂有保证的前 提下，高掺粉煤灰可达到降低工程造价，施工方便的目的。 防渗结构型式，根据坝面作用水头，迎水面采用3.5m厚常态混 凝土作为防渗层；下游坝面采用1.5m厚常态混凝土作为抗冻保护 层；坝内为二级配碾压混凝土；基础采用1.5m厚常态混凝土层，用 以加强坝体和基岩的粘结。

坝段布置采用12～20m间距分缝，常态混凝土横缝内热敷沥青 油毡，坝体内部碾压混凝土横缝设置沥青木板作为隔缝板，以方便通 仓碾压：各坝段均不设纵缝。

在横缝上游防渗层内设两道紫铜片止水，迎水面横缝间镶嵌 道止水材料，其他部位分缝止水均采用定型的橡胶止水带。

在迎水面常态混凝土内设置坝身排水管，采用200mm无砂混 凝土管.间距3.0m

为方便施工，以坝体内尽可能少设置廊道的原则，布置必要的灌 浆、排水、观测和交通廊道。廊道采用城门洞型式。直墙为现浇常态 混凝土，预制顶拱

采用唐山冀东水泥厂生产的P.Ⅱ.R525水泥，各项指标符合国 家标准。其3d、7d水化热分别为248.1J/g、262.7J/g。

选用唐山电厂粉煤灰，其细度18.7%，烧失量1.83%，需水量比 103.3%、强度比107.8%，符合二级灰标准。

采用坝址下游11km鹿尾山料场的河砂、卵石。骨料比重较小， 饱和面于比重：石子为2.64，砂子为2.62。由于天然河砂的含泥量 超标，采用经过筛选处理的砂料，其细度模数为2.7左右；因经过筛 洗，其中细颗粒损失较多，粒径小于0.315mm的颗粒含量仅为3%左 右，其筛分曲线见图1。

图1采用砂与标准中砂筛分曲线比较

为延缓凝结时间以利碾压混凝土层面结合，选用DH缓凝减水 剂，掺量5%左右，可缓凝8h。为增强抗冻性，同时掺加DH引气剂 掺量为0.01%。DH引I气剂掺量与混凝上含气量试验结果见图2

图 2DH掺量与RCC含气量关系曲线

混凝土按不同部位和不同工作条件采用不同标号。配合比由室 内和现场试验来确定。由于施丁采用的砂料细颗粒含量甚少，采取 了以少量粉煤灰代砂的措施。碾压混凝土的配合比中，水泥用量70 kg/m²、粉煤灰用量110kg/m²，以胶材总量180kg/m²计算，α值 为1.18 从施工应用情况看，混凝土拌和物的粘聚性、可碾性尚可，容重 及硬化后混凝土的强度与耐久性指标均满足或超过设计要求

碾压混凝土采用通仓浇筑RCC施工法。上游防渗层及下游保 护层与坝体碾压混凝土同步浇筑。基础垫层混凝土浇筑完毕后进行 固结灌浆，待灌浆结束后开始浇筑混凝土。

主体工程由两个单位施工，4座强制式拌和楼最佳拌和时间70 ~90s，2座白落式拌和楼最佳拌和时间120～150s，碾压混凝土配方 严格，儿其对水敏感，精确度要求高，为此设置自动控制系统。混凝 土生产工艺流程见图3。

图3拌和站混凝土生产工艺流程

大坝内部碾压混凝土施工，沿横缝和周边采用全碾压渗浆混凝 土施工工艺。

碾压完毕后的间歇层面进行冲毛或凿毛，冲毛压力不超过 0.2～0.3MPa，冲毛时间在完毕后24～36h进行，冲毛厚度7～10mm。 在摊铺上一层碾压混凝土之前，将仓面冲洗干净后，摊铺一层2～ 3cm厚水泥砂浆，并在砂浆初凝前摊铺碾压完毕。

为了检验大坝混凝土质量，进行了坝体混凝土及原材料抽检。 1994年11月、1995年8月和1996年8月三次对坝体混凝土取芯、压 水试验、芯样试验及混凝土外观检查。1995年3月至5月完成了碾 压混凝土结合面大型抗剪（断）试验

7.1坝体碾压混凝土机口抽样检验

机口抽样按照“规程"进行。1995年6月21日至7月7日在现 场进行了抽验。

1995年8月15日至8月30日，现场钻孔进行压水试验，成果见 表1

表1坝体碾压混凝土钻孔压水试验成果

取芯试验钻孔5个，芯样获取率为95%~9%；芯样中大部分列 貌基本光滑，少部分外观光滑、致密、均匀。试验成果统计见表2。

表2 碾压混凝土芯样试验成果统计表

碾压混凝土芯样抗压强度试验采用圆柱体试件ly／t 2917-2017 结构用集成材力学性能特征值得确定方法，高径比为2.0 做完静压弹模试验后，在100kN压力机上进行。抗压强度按公式

R实 P = K K A

A一试样承压面积，mm²； K一折算系数，取K=0.83 碾压混凝土芯样抗压强度成果统计见表3。

db53／t 970-2020 农业与农村固体废物分类收集处理技术规范表3碾压混凝土芯样抗压强度成果统计表

注右股指4~10坝块，左片指11~22坝块

7.4碾压混凝土层间结合面抗剪（断）试验