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      汾河臨汾城區(qū)段河道整治方案比選

      2015-12-16 08:25:56
      山西水利 2015年10期
      關鍵詞:暗涵河槽橡膠壩

      張 莉

      (臨汾市水利勘測設計院,山西 臨汾 041000)

      1 概述

      汾河臨汾市城區(qū)段生態(tài)環(huán)境綜合治理修復與保護工程位于臨汾城區(qū)西側的汾河干流上,北起馬務橋上游澇、洰河入汾口,南至平陽橋下游,全長約6.27 km。主河槽設計洪水標準為10年一遇,洪峰流量1502m3/s;全河道設計洪水標準為50年一遇,洪峰流量2690m3/s。主河槽東西兩側各布置一條排污暗涵,河槽中間設中隔堤,東西側均布置內河堤,在馬務橋上游(樁號-1-150)、下游(樁號 0+900)、西關橋下游(樁號2+860)、平陽橋下游(樁號4+850)設4道橡膠壩,形成3座蓄水池,長度分別為2.05 km,1.96 km,1.99 km,總計6.0 km,水深0.8~2.3m,水面面積161.4萬m2,總蓄水量244萬m3。橡膠壩分四跨,東側蓄水池為主壩,共3跨,每跨長60m;西側泄洪槽內的副壩長80m,全長260m,壩高2.0m,每道壩的東側均設加壓站及調節(jié)水池。3號壩和4號壩下設高噴防滲墻,兩個壩址處防滲墻總長度720m。蓄水池補水利用龍子祠灌溉退水,不足時引污水處理中所得水。

      2 方案比選

      根據(jù)工程實際情況,擬定3個蓄水池寬度、單雙槽方案、兩種壩型、兩種排污暗涵結構型式、4個排污暗涵尺寸及兩種抗沖措施進行技術經濟比較。

      2.1 蓄水池寬度

      2.1.1 設計參數(shù)

      本段河道長6.27 km,馬務橋到平陽大橋間兩岸堤距約400m,馬務橋上游及平陽橋下游兩岸堤距約300m,馬務、西關及平陽3座橋孔寬500~560m。主河槽深度2.5m左右,兩岸堤防頂與主河床底高差5.3~6.5m。河道縱坡實測為1/1700,部分斷面達不到50年一遇的防洪標準。建成后的主河槽作為蓄水池,滿足下泄10年一遇洪水流量1502m3/s,兩岸堤防高度滿足下泄50年一遇洪水流量2690m3/s及超高要求。主河床為粉細砂,河道順直,水深在2m以上,糙率采用0.023;灘面整治后種植草皮低桿植物糙率取0.029。

      2.1.2 蓄水池寬度方案比選

      本段河道設計堤防距離以400m計,按主河槽下泄流量1502m3/s,深度為2.5~3.0m,采用曼寧公式計算各種池深下對應的池寬。計算結果見表1。

      表1 蓄水池深度寬度方案比較

      根據(jù)計算結果分析可知,池深3.0m時,水面窄;池深2.5m時,工程量過大;采用方案Ⅱ符合要求。

      對全河道通過50年一遇洪水流量2690m3/s,選取4座橡膠址處的四個斷面進行計算,設計堤頂超高統(tǒng)一取1.5m,主槽深2.8m。經計算可知,兩岸堤防之間均可通過50年一遇洪水,個別段堤防高度不滿足超高要求,部分段東河堤加高0~52 cm,西河堤加高0~75 cm。

      2.2 單雙槽方案比選

      2.2.1 單槽方案

      槽寬240m,槽深3.0m,東側設東河堤,西側設西河堤。該方案工程簡單、投資較少,但由于本河段地處汾河下游,中小洪水發(fā)生幾率高,影響蓄水池水面的功能;汛期6—9月蓄水池大部分時間不能蓄水。

      2.2.2 雙槽方案

      槽總寬260m,蓄水池設在東側,泄洪槽設在西側。本河段洪水流量大于300m3/s,400m3/s年平均出現(xiàn)次數(shù)分別為1.8次、1.2次,擬定泄洪槽寬80m,水深2.3m時,過水流量為329m3/s,對應的蓄水池寬為180m。兩槽中間設中隔堤。

      該方案非汛期雙槽蓄水,形成260m寬的水面;汛期泄洪槽坍壩過洪,蓄水池側仍保持180m寬的水面。洪水流量超過329m3/s時,蓄水池側橡膠壩部分坍壩或全部坍壩運行,管理較方便。但中隔堤選擇土堤,下部混凝土高噴防滲墻深27m,增加中隔堤長度6.41 km,投資較大,施工難度大。

      2.2.3 試驗結論

      通過對雙槽方案動床和定床試驗得出:整治后的河道能滿足泄流能力;整治后的河道進出口體型、泄洪時水流均比較平順,沒有出現(xiàn)回流和折沖現(xiàn)象,也無嚴重的水流集中和波動。因此,推薦采用雙槽方案。

      2.3 壩型及壩高確定

      2.3.1 鋼壩閘方案

      液壓升降鋼壩閘是一種新壩型,壩長可達50m,立門、臥門時間短,可任意調節(jié)開啟度,使用壽命為50年,但造價高,施工技術有待完善。

      2.3.2 橡膠壩方案

      橡膠壩在景觀建設及環(huán)境綜合整治工程已得到廣泛應用,其技術日臻成熟,壩長可達100m以上,壩高可自由控制,造價低,使用壽命一般為15年。

      綜合比較,推薦橡膠壩方案。根據(jù)汾河流域規(guī)劃的整體布置,地級市汾河蓄水工程采用低壩蓄水,最大壩高不超過1.5~2.0m的原則,同時考慮到池中水深過淺,影響景觀需要,確定壩高為2.0m。

      2.4 排污暗涵結構型式

      2.4.1 結構型式比選

      一是鋼筋混凝土箱型暗涵方案。該涵洞除排泄上游及兩岸污水外,還兼有橡膠壩蓄水池邊墻、主河槽兩岸交通要求的混凝土路面,灘地的護坡結構,蓄水池水上娛樂、游船碼頭等多種功能。優(yōu)點是:不需另設蓄水池邊墻和灘地交通路面。缺點是:對基礎施工、施工進度及技術、止水處理等要求較高,且造價高。

      二是鋼筋混凝土箱型暗涵加護坡式河堤方案。兩側灘地下埋鋼筋混凝土箱型暗涵排污,蓄水池采用梯形斷面,河堤采用漿砌石擋土墻結合鉛絲籠塊石護坡型式,蓄水池兩岸灘地交通應另鋪筑路面。優(yōu)點是:工程簡單,施工方便,投資較少。缺點是:蓄水池需另設河堤,灘地交通需另鋪筑路面。

      經綜合比較,推薦鋼筋混凝土箱型暗涵加護坡式河堤方案。

      2.4.2 暗涵尺寸比選

      根據(jù)蓄水池深2.8m,橡膠壩高2.0m,運用時暗涵水深以2.0m計(以無壓流計)。暗涵過流能力、造價等見表2。

      表2 排污暗涵尺寸方案比較表

      根據(jù)《臨汾地區(qū)汾西灌區(qū)改建配套工程可行性研究報告》成果,石灘站以上的七一渠渠首設計引水流量23m3/s,其中小于15m3/s時全部用于灌溉,大于15m3/s時作為李村電站發(fā)電供水。石灘以下汾河右岸支流均為季節(jié)性河道,左岸支流洪安澗河雖無控制性水庫,但上游建有躍進渠、澤垣渠等引水渠首,其他支流曲亭河、澇巨河上均有中型水庫,并且汾河干流兩岸設有韓村、土師等揚水站,故汾河石灘站到馬務橋之間非汛期基本上無清水匯入。由于水力發(fā)電不消耗水量,七一渠首引水消耗水量以15m3/s計,下泄流量為12m3/s的出現(xiàn)頻率為76%。因此,選用方案Ⅳ,其凈尺寸為2.2m×2.5m(寬×高)的涵洞。

      2.5 池(槽)岸坡基礎抗沖措施方案

      2.5.1 洪水沖深計算

      河床床沙平均粒徑0.03 cm,主河槽寬260m,河道總寬度400m,10年一遇洪水1502m3/s,50年一遇洪水2690m3/s。采用《閘壩工程水力學與設計管理》中非黏性河床沖刷公式計算得:當河道通過10年一遇洪水時,主河床一般沖刷深度1.57m,建筑物局部沖刷深度1.96m,河道凹岸局部沖刷深度2.66m;當河道通過50年一遇洪水時,主河床一般沖刷深度1.67m,建筑物局部沖刷深度2.09m,河道凹岸局部沖刷深度2.84m。從以上結果可知,50年一遇洪水為沖刷控制情況,邊墻基礎按此種情況進行設計。

      2.5.2 池(槽)岸坡基礎抗沖措施方案比選

      一是板樁基礎方案。初擬板厚800 mm,長度按沖深計算結果考慮邊墻穩(wěn)定及承載力要求,經計算板樁的最小長度為15m,每米總造價530.2元。優(yōu)點是:抗沖措施可靠、穩(wěn)定,安全性能好;日常維修費用少。缺點是:造價高;施工中使用的機械設備較多,且技術要求較高。

      二是鉛絲籠塊石護基方案。臨水側鋪設長10m,厚1.0m的鉛絲籠塊石護基防沖,每米總造價202元。優(yōu)點是:造價低;工藝簡單,施工技術難度小。缺點是:抗沖可靠性差;日常維修費用多。

      經綜合比較,采用鉛絲籠護基方案。

      2.6 主河槽防滲方案確定

      本段河道蓄水后不作防滲的情況下,向下游漏水量為每年35.2萬m3。為減少滲漏損失量,維持橡膠壩地基滲透穩(wěn)定,盡量減少工程投資,設計提出在3號和4號壩址處對地基進行高噴灌漿垂直防滲方案。設計墻深25.5m,當防滲墻長度為360m時,每年滲漏水量減少為7.0萬m3,占蓄水總量的2.9%,屬于“優(yōu)良水文地質條件”范圍,最終設計高噴防滲墻每條壩址處長360m。

      3 結語

      工程實施后,不僅有效提高了本段堤防防洪標準,減輕了臨汾市城區(qū)河道防洪壓力;同時利用河道蓄水,凈化了城區(qū)空氣,消除了水體污染,增加了空氣濕度,有助于調節(jié)氣溫;河岸兩側綠化美化,改善了臨汾市城區(qū)區(qū)域生態(tài)環(huán)境,提升了城市品位和人民生活質量,實現(xiàn)了生態(tài)園林城市和河道綜合治理的雙贏。

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