隨著社會的飛速發展，人與自然和諧相處已日益受到關注，也對工程審美提出了更高要求。傳統的水工學以工程措施為主要手段，忽略了工程的人文性、景觀性，因此將傳統的水工結構與生態相融合有著重要的理論意義。１９８３年Ｓｅｉｆｅｒｔ提出“親河川整治”概念［１］，指出工程設施具備防洪、供水、水土保持等傳統功能的同時還應接近自然狀況，既可保持自然景觀，又較經濟。Ｏｄｕｍ提出“生態工程”后［２，３］，Ｈｏｌｚｍａｎｎ將河流植被視為具有多種生態環境的多層結構，強調生態多樣性在河流治理中的重要性，注重工程治理與自然景觀相協調。而我國對生態水工結構的研究相對較晚且較少。鑒此，本文在傳統水工結構設計型式的基礎上，對簡單的景觀重力壩進行了結構分析與計算。

１景觀重力壩設計

１．１設計思路

國外已將水工美學理論［４］融入水利樞紐的結構型式、整體布置設計中。傳統的公路混凝土護坡嚴重影響了景觀（圖１（ａ）），但融入生態設計理念后的生態護坡設計（圖１（ｂ））產生的經濟及人文效益卻截然不同［５］。本文提出將公路邊坡生態設計理念融入傳統的水工結構設計中以設計景觀重力壩。

１．２技術難點

設計景觀重力壩時，在傳統重力壩的結構型式上融入生態水工結構理念，并滿足規范［６］中的穩定與應力要求、植物的栽培與生長需求。但還需探索如下問題：護坡選擇何種植物、植物根系的生長對結構安全的影響、結構型式既不影響使用壽命又能改觀景觀效果等。

１．３景觀重力壩計算

景觀重力壩的設計原則為：保證設計工程穩定，在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下滿足規范［６］要求，能正常發揮其效益，同時融入生態和諧的理念。因此，本文設計方案為：對最簡單的實體重力壩，在背水面的非溢流壩段設計生態水工結構型式［７］，種植草、喬木、灌木、藤類等植物。在不影響安全穩定強度的同時實現了較好的景觀效果，詳見圖２。在下游接近水面采用生態混凝土［８］（即具有一定強度、體積小、自重輕，能形成蜂窩狀空隙，適宜植物生長，并可進行植被作業），為浮游植物動物提供休憩場所，使水下形成一個良好的生態系統。

２實例

寧溪水利樞紐為梯級中第一級，以發電為主，兼顧防洪，工程附近植被良好，沿江風景優美。壩基巖石與混凝土的摩擦系數ｆ＝１．０～１．２，粘聚力ｃ＝０．６～１．０ＭＰａ。其重要擋水泄水建筑物按２級建筑物設計，假設壩基面高程０．０ｍ，正常蓄水位８５．０ｍ，相應下游水位１５．０ｍ；校核洪水位８９．０ｍ，相應下游水位１５．８ｍ；混凝土重度２４ｋＮ／ｍ３。

２．１剖面設計

根據規范［６］要求，非溢流壩段剖面設計的基本原理［９］為：①滿足穩定和強度要求，保證大壩安全；②工程量小，造價低；③結構合理，運行方便；④利于施工，方便維修。在結合規范［６］與設計基本原理的基礎上，融入生態元素，初步擬定的剖面結構型式及荷載分布見圖３。

２．２抗滑穩定及應力分析

２．２．１抗滑穩定分析

抗滑穩定分析為重力壩設計中的一項重要內容，其目的是核算壩體沿壩基面的安全度。利用抗剪斷公式，可認為壩體混凝土與基巖接觸良好，因此直接采用接觸面上的抗剪斷參數ｆ′和抗剪斷凝聚力ｃ′計算抗滑穩定安全系數：中，∑Ｗ為接觸面以上的總鉛直力；Ｕ為作用在接觸面上的揚壓力；Ａ為接觸面面積；∑Ｐ為接觸面以上的總水平力。

２．２．２應力分析

應力分析［９］是為檢驗大壩在施工期和運用期是否滿足強度要求，同時也為壩體混凝土標號分區和某些部位的配筋等問題提供依據。采用材料力學方法按最不利工況（施工完建期）計算景觀重力壩的應力，并進行抗滑穩定分析。假定：①壩體混凝土為均質、連續、各向同性的彈性材料。②視壩段為固接于地基上的懸臂梁，不考慮地基變形對壩體應力的影響，并認為各壩段獨立工作，橫縫不傳力。③假定壩體水平截面上的正應力σｙ按直線分布，不考慮廊道等對壩體應力的影響。式中，γ０為結構重要性系數；ψ為設計狀態系數；Ｓ（•）為作用效應函數；Ｒ（•）為抗力函數；Ｆｄ為荷載作用的設計值，ｋＮ；αＫ為幾何對標準值；γｄ為短暫結構系數；ｆｄ為材料性能的設計值；Ｂ為計算截面長度，ｍ；ｍ為壩體下游的邊坡系數；Ｒａ為混凝土的抗壓強度，ｋＰａ；∑Ｍ為作用于計算截面以上全部荷載對計算截面形心的力矩總和，逆時針方向為正，ｋＮ•ｍ。為尋找合理的設計斷面，根據規范［６］要求，編寫了Ｅｘｃｅｌ計算程序進行抗滑穩定性分析及應力分析，相關計算參數見表１、２。由表３可看出，在壩址處出現了－５９．２５ｋＰａ的拉應力，滿足規范［６］中施工期壩面允許出現不大于０．１ＭＰａ的拉應力。根據規范［６］，本文采用的施工期工況屬于短暫工況，結構重要性系數為γ０＝１．０，設計狀態系數為ψ＝０．９５，短暫結構系數為γｄ＝２．４。按式（２）計算所得壩址抗壓強度承載能力結果見表４。由表４可看出，ｒ０ψＳ（•）＜Ｒ（•）／γｄ。且在施工完建期壩踵處垂直應力均小于０．１ＭＰａ，壩址抗壓也滿足規范［６］要求。

２．３預期效果圖

基于本文構想，在寧溪水利樞紐工程基礎上繪制景觀重力壩的效果示意圖，見圖４。

３結語

ａ．為使水利工程與自然景觀相融合，提出了景觀重力壩的構想。改變了傳統重力壩結構型式，既能滿足相關規范要求也能改善景觀效果。