丹江干流丹鳳縣城區(qū)液壓壩工程設(shè)計

鳳宏亮

（陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710018）

1 工程概況

丹鳳縣屬土石山區(qū)縣，有“九山半水半分田”之稱，縣城位于丹江中游商丹盆地東端的龍駒寨鎮(zhèn)，境內(nèi)丹江均為丹江國家濕地公園范圍，城區(qū)丹江河道兩岸均已修建防洪工程，漿砌石護坡，城區(qū)丹江中部及上游修建橡膠壩水面工程，丹江漂流起于此，下游河道呈自然狀態(tài)，河槽較深，灘面寬闊。

液壓壩水面工程蓄水范圍上至東河口以上50 m現(xiàn)狀2號橡膠壩，下至滬陜高速橋下游300 m，約1.4 km，攔蓄形成水面，改善水生態(tài)環(huán)境。主要建筑物為新建液壓壩一座，壩長114 m，壩高3.5 m；新建丹江右岸護岸工程長305 m；河道灘區(qū)綠化工程等。

工程等別為Ⅴ等?。?）型工程，建筑物級別為5級。防洪標(biāo)準(zhǔn)10年一遇洪水洪峰流量為1310 m3/s。

2 壩址選擇

根據(jù)總體布設(shè)，主要從工程地質(zhì)、主要工程量、回水長度、蓄水效果等方面進行對比選擇，擬定上、中、下3處壩址進行比選：上壩址位于東河口下游430 m；中壩址位于東河口下游830 m；下壩址位于東河口下游1050 m。比較結(jié)果見表1。

表1 壩址分析選擇表

3 壩型選擇

設(shè)計壩型選擇的原則：壩基要起到穩(wěn)定河床的作用，壩體要形成攔蓄水面景觀，過洪時要塌壩能滿足行洪要求。根據(jù)本河段河道屬性、洪水特性、地形條件、旅游要求等條件，若采用漿砌石、混凝土溢流壩等壩型，則河道推移質(zhì)容易產(chǎn)生淤積，影響河道過洪能力和防洪安全，故分別對橡膠壩、液壓壩、自動翻板閘等3種壩型進行比選，比選結(jié)果見表2。

4 工程設(shè)計

4.1 主要高程參數(shù)確定

現(xiàn)狀工程區(qū)河底高程約539.00 m～533.00 m，河道縱比降2.6‰，設(shè)計蓄水水面高程確定為540.50 m，設(shè)計壩底板高程為537.00 m，壩高為3.5 m。上游回水末端東河口處丹江枯水位539.00 m，現(xiàn)狀河槽平均高程538.50 m，工程建成蓄水后蓄水深度達到2.0 m。

4.2 液壓壩結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計壩長114 m，為滿足枯水期丹江漂流的正常應(yīng)用，預(yù)留枯水期漂流通道，采用102 m長×3.5 m高+12 m長×4.0 m高壩板組合，壩面為平板型鋼板，設(shè)計壩高3.50 m、4.00 m，正常蓄水位3.50 m、4.00 m。壩板單扇寬度6 m，共19扇，為3.5 m高17扇和4 m高2扇，液壓壩壩面由背水面的液壓缸支撐，通過油管路由液壓泵站控制。岸邊設(shè)控制室（管理房）1座。

表2 壩型比較表

4.3 主要建筑物設(shè)計

壩底板（垂直水流方向）長114 m，（順?biāo)鞣较颍╅L8 m，壩軸線位于壩底板2.4 m處，厚1.5 m，采用C30鋼筋砼澆筑，底部鋪設(shè)10 cm厚C10素砼墊層。

消力池（垂直水流方向）長114.15 m，（順?biāo)鞣较颍╅L27 m，底板厚0.8 m，采用C30鋼筋砼澆筑，設(shè)置φ50 mmPVC排水管，底部鋪設(shè)10 cm厚C10素砼墊層。

海漫（垂直水流方向）長118.20 m，（順?biāo)鞣较颍╅L20 m，其中上游10m采用C30鋼筋砼澆筑，板厚0.5m，設(shè)置φ50mmPVC排水管，底部鋪設(shè)10 cm厚C10素砼墊層，下游10 m采用格賓籠石防護。海漫下游設(shè)置2.5 m長的防沖槽。

左右岸邊墻及翼墻共196 m。其中兩側(cè)邊墻分別長8 m，采用C25鋼筋砼扶壁式擋墻；左岸上、下游翼墻分別長100 m，均采用C25鋼筋砼扶壁式擋墻；右岸上、下游翼墻分別長80 m，采用C25鋼筋砼扶壁式擋墻，下游翼墻均設(shè)置φ50 mmPVC排水管。

4.4 防滲設(shè)計

工程區(qū)基巖面深度約12 m，下游壩前水頭為ΔH=4 m，砂礫石允許水力坡降0.08，根據(jù)豐枯水文計算，滿足蓄水要求下，壩底板或上下游鋪蓋總長度達到基底沿水流方向最小計算寬度B=ΔH/J實=4/0.08=50 m時，壩基達到滲透穩(wěn)定。滿足防滲要求。受洪水和推移質(zhì)影響，修建壩上游水平鋪蓋易沖毀，故綜合考慮后設(shè)計采用垂直截滲墻方案。

為滿足滲透穩(wěn)定的要求，將截滲墻深入到弱風(fēng)化基巖面以下0.5 m?；鶐r面深度為12 m，考慮風(fēng)化層約2 m，墻身最深達到14.5 m，為防止繞滲破壞，沿壩縱軸線截滲墻向兩岸延伸布置，總長130 m，左右岸有翼墻等工程措施輔助，兩岸不會發(fā)生繞滲破壞。

4.5 漂流通道設(shè)計

為滿足工程修建后漂流中心正常運行，在壩最右側(cè)2扇閘板底板處設(shè)置0.5 m深槽，寬12 m，形成漂流槽，供塌壩時漂流使用；在液壓壩右側(cè)設(shè)置一道漂流通道，供立壩蓄水時使用，右岸漂流通道凈寬3.4 m，長45 m，上游起點為壩邊墻上游邊線，下游末點為海漫段，前段40 m長為漂流滑道，滑道底板為縱向坡比1∶10陡坡，后段5 m長為緩沖池。滑道兩側(cè)及底板采用花崗巖鋪裝。

4.6 最大溢流水深及塌壩流量

塌壩流量是控制壩進行開啟、關(guān)閉最重要的指標(biāo)之一，選定該流量要比常流量要偏大些，在豐水量期盡量減少塌壩次數(shù)，以保證蓄水區(qū)能形成較為寬闊的水面景觀，產(chǎn)生良好的視覺效果，使得豐枯水季節(jié)壩頂溢流水深能達到溢流壩頂形成瀑布的景觀效果。液壓壩結(jié)構(gòu)安全允許的最大溢流水深為0.5 m，按薄壁堰型式計算過流能力為73.6 m3/s；壩址處年平均流量為16.77 m3/s，壩頂溢流水深19 cm；枯水季節(jié)月平均流量為8.72m3/s，壩頂溢流水深12 cm。根據(jù)丹鳳站實測資料統(tǒng)計得出工程區(qū)多年平均流量、工程區(qū)多年平均發(fā)生大于某流量的次數(shù)、典型年發(fā)生大于某流量的次數(shù)，統(tǒng)計分析優(yōu)選塌壩頻次，選擇設(shè)計塌壩流量為60 m3/s，即當(dāng)來水流量大于60 m3/s，堰頂水深0.44 m時，應(yīng)塌壩運行，保障壩體安全和行洪安全。

4.7 過洪能力計算

當(dāng)洪水大于60 mm3/s時，應(yīng)塌壩運行，塌壩時液壓壩壩板平放于河床中，泄洪流量計算采用寬頂堰流量公式計算，堰頂高程為壩基礎(chǔ)頂高程。

式中：ε值取1；m值取0.385；B取114 m。

經(jīng)計算，不同水深計算的泄洪流量見表3。當(dāng)過壩流量為10年一遇洪水1310 m3/s時，過壩水深3.74 m。當(dāng)過壩流量為20年一遇洪水1740 m3/s時，過壩水深4.49 m。

表3 塌壩時泄洪流量計算表

5 結(jié)語

丹江干流丹鳳縣城區(qū)液壓壩工程是根據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃，融合防洪、生態(tài)、文化等需求，提升丹江濕地公園、丹江漂流區(qū)域生態(tài)環(huán)境，為群眾提供休閑游憩親水的場所，為游客提供天然生態(tài)山水游覽區(qū)，同時為結(jié)合縣城工人文化宮的建設(shè)，打造丹江及丹鳳文化展示空間的重要工程之一。在設(shè)計過程中，通過從功能需求、選址、選型、建筑物設(shè)計等方面對方案進行了深入研究和比選，最終確定合理、經(jīng)濟、可靠的技術(shù)方案，工程建成后，近年來運行正常，發(fā)揮了較好的社會效益和生態(tài)效益。