韓江高陂水利樞紐工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

陳冠廷

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

韓江高陂水利樞紐工程位于廣東省的梅州市大埔縣高陂鎮(zhèn)上游約5 km處。樞紐主要建筑物泄水閘、河床式電站廠房上游擋水部分、船閘上閘首及兩岸連接擋水壩為2級(jí)建筑物；電站廠房非擋水部分、船閘閘室和下閘首為3級(jí)建筑物；船閘導(dǎo)航、靠船建筑物為4級(jí)；各主要建筑物邊坡級(jí)別為4級(jí)。樞紐主要建筑物泄水閘、河床式電站上游擋水部分、船閘上閘首及兩岸連接擋水壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇；電站廠房非擋水部分、船閘閘室和下閘首設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇；消能防沖建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用50年一遇。工程總體布置，即河床中央布置泄水閘，其左側(cè)布置船閘，右側(cè)布置電站廠房，兩岸采用混凝土重力壩連接，魚道布置于電站廠房左側(cè)，魚道左側(cè)布置1孔開(kāi)敞式排漂孔。初設(shè)階段應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化魚道位置；結(jié)合水工模型試驗(yàn)，對(duì)右岸灘地開(kāi)挖治理方案進(jìn)行效益費(fèi)用定量對(duì)比分析，優(yōu)化工程總布置。

2 樞紐工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 樞紐布置

在實(shí)際水利工程布置過(guò)程中，要嚴(yán)格遵守以下基本原則：①要在實(shí)際地形方面比較有優(yōu)勢(shì)的壩址進(jìn)行優(yōu)先性的選擇，例如一些壩軸線長(zhǎng)度相對(duì)來(lái)講比較短的，而且實(shí)際河谷寬度也比較窄的位置。②樞紐在實(shí)際布置過(guò)程中要比較緊湊，要滿足水利工程的相關(guān)功能和實(shí)際需求，要以節(jié)省實(shí)際工作量為原則，同時(shí)也要考慮后期施工和后期的運(yùn)行和管理。③壩軸線兩端位置的岸坡要有一定的高度及厚度，兩岸壩肩在位置上要選擇比較緩的岸坡。④要考慮選址地的實(shí)際地址條件，因?yàn)榈刂窏l件會(huì)對(duì)壩址的選擇產(chǎn)生較大程度的影響。⑤要充分考慮所選壩址周圍的實(shí)際建筑物情況，其也會(huì)對(duì)壩址的確定產(chǎn)生較大程度影響。⑥要充分考慮到壩址附近的河流情況，要盡量做到和河流的相關(guān)規(guī)劃保持統(tǒng)一。⑦還要關(guān)注壩址周圍的實(shí)際施工條件，以便為后續(xù)施工創(chuàng)造良好的施工環(huán)境。

2.2 韓江高陂水利樞紐工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)探討

2.2.1 優(yōu)化選址，創(chuàng)新樞紐運(yùn)行調(diào)度模式

韓江高陂水利樞紐是從20世紀(jì)50年代初開(kāi)展及建設(shè)的，期間經(jīng)歷過(guò)數(shù)次規(guī)劃和研究，在數(shù)次的規(guī)劃中，實(shí)際樞紐位置在不斷上移，如果繼續(xù)進(jìn)行上移的話，勢(shì)必會(huì)使周圍居民的日常生活產(chǎn)生一定的影響。因此，韓江高陂水利樞紐工程的實(shí)際選址只能在高陂鎮(zhèn)上游進(jìn)行選擇。

2.2.2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置，創(chuàng)新全貫通弧門檢修通道

在韓江高陂水利工程中，泄洪閘采用了液壓式弧形閘門來(lái)進(jìn)行擋水處理，其液壓?jiǎn)㈤]機(jī)支鉸一般情況下是固定在閘墩側(cè)面，且需要在閘墩一期混凝土施工中設(shè)置相關(guān)圓形的二期混凝土孔洞位置，并在此位置暗轉(zhuǎn)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的支鉸。為了方便后期施工并保證整體工程的實(shí)際質(zhì)量，在實(shí)際施工中，應(yīng)有效避免使用圓形或異形的模板，并對(duì)傳統(tǒng)的二期混凝土在施工和布置方面進(jìn)行了優(yōu)化，提出了一種全新的弧形閘門閘墩結(jié)構(gòu)，如圖1?，F(xiàn)階段，此種技術(shù)也已經(jīng)獲得了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局給予的專利批準(zhǔn)。

圖1 全新的弧形閘門的閘墩結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于此種新型泄水閘千孔石的弧形閘門來(lái)說(shuō)，其一般情況下，在不影響其閘門開(kāi)始和關(guān)閉及實(shí)際泄洪的前提下，為了有效滿足相關(guān)日常檢修和實(shí)際維護(hù)需求，在閘墩及胸墻上也設(shè)置了使用混凝土或者使用鋼結(jié)構(gòu)制作的相關(guān)爬梯，并將其作為日常的檢修通道。與此同時(shí)，為了有效提高相關(guān)檢修通道的安全性，在不影響其實(shí)際外觀的基礎(chǔ)上，提出了一種全新的水閘縱向的全部貫通的檢修通道，也就是在閘墩內(nèi)部布置一個(gè)豎向或者斜向的孔洞，且直至貫穿該閘墩的實(shí)際檢修通道，該通道和通道兩側(cè)胸墻下游的側(cè)門楣梁頂?shù)目v向方向的通道是相連的，而且也是相同高度的，進(jìn)而將全部查孔進(jìn)行縱向的全部貫通，使得該通道不僅在外觀上比較簡(jiǎn)潔，在投資上也比較節(jié)省，而且其在相關(guān)閘門的開(kāi)啟之后還可以繼續(xù)使用，這從最大程度上滿足了實(shí)際運(yùn)行和檢修等方面的實(shí)際需求。

2.2.3 創(chuàng)新施工倒流方案，減少施工期的臨時(shí)淹沒(méi)

根據(jù)韓江高陂水利樞紐工程的實(shí)際特點(diǎn)和地質(zhì)及水文條件等，在實(shí)際施工中也采取了河床內(nèi)部的分期倒流方案。由于河床位置比較狹窄，在施工時(shí)綦江的洪水峰值是比較大的，就會(huì)出現(xiàn)在實(shí)際施工期間臨時(shí)淹沒(méi)現(xiàn)象，產(chǎn)生一定損失。為了有效降低此種現(xiàn)象的出現(xiàn)，在實(shí)際施工的倒流方式中，采取了兩起四段先圍船閘的方案，也就是在工程一段和三段中采用全年的洪水圍堰，而在二段和四段中采取枯水期圍堰擋水，并將實(shí)際施工期間的最高水位大幅度降低，并減少相關(guān)淹沒(méi)實(shí)踐的發(fā)生，對(duì)整體社會(huì)的安全和穩(wěn)定有較大的促進(jìn)作用，如圖2。

(a)平面圖；(b)下游立視圖；(c)導(dǎo)流底孔縱斷面圖

2.2.4 開(kāi)展急彎束窄河道樞紐區(qū)流態(tài)及通航條件的研究

韓江高陂水利樞紐工程在實(shí)際河道位置上是比較彎曲的，實(shí)際位置下游的河道也是比較窄小的，實(shí)際地形整體來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜。水利樞紐工程在實(shí)際施工綦江采取了河床內(nèi)部分歧倒流的實(shí)際方案，如圖3，河床束窄程度比較高，在實(shí)際運(yùn)行中泄水閘下的泄流量是比較大的，且伴有發(fā)電、通航及過(guò)魚的實(shí)際要求，整體水流條件也是比較復(fù)雜的。為有效研究該河道的世界級(jí)水流狀態(tài)對(duì)水利工程施工期間和后續(xù)運(yùn)行期間，對(duì)周圍建筑物和實(shí)際通航方面產(chǎn)生影響，開(kāi)展了急彎縮窄性的河道樞紐流態(tài)及實(shí)際通航條件的研究，其主要包含樞紐流態(tài)、實(shí)際通航條件及實(shí)際過(guò)魚條件等的施工導(dǎo)流研究。并通過(guò)相關(guān)數(shù)學(xué)模型和物力模型的分析和實(shí)驗(yàn)，得出比較完整且系統(tǒng)的水利樞紐工程在實(shí)際施工和后續(xù)運(yùn)行期間的流動(dòng)狀態(tài)及實(shí)際通航條件等，為水利樞紐供貨才能在設(shè)計(jì)和實(shí)際施工等方面提供了可靠依據(jù)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了水利樞紐工程在結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化和設(shè)計(jì)。

圖3 河床內(nèi)部分歧倒流的實(shí)際方案圖

2.2.5 開(kāi)展外摻MgO厚層碾壓混凝土的研究和應(yīng)用

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外有關(guān)碾壓混凝土RCC筑壩技術(shù)在實(shí)際發(fā)展中是非常迅速的，技術(shù)整體來(lái)講也非常成熟，但是RCC筑壩主要采用薄層碾壓的方式，也就是說(shuō)壓實(shí)的厚度普遍都在30 cm左右，壩體碾壓混凝土的層面比較多，在層面結(jié)合上非常容易出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，且由于壩體的實(shí)際施工工程量是非常大的，很難在一個(gè)低溫的季節(jié)內(nèi)完成度，為了能夠切實(shí)保證實(shí)際施工進(jìn)度，并保持工程可以在高溫季節(jié)進(jìn)行施工，有關(guān)溫度控制這方面問(wèn)題就成為了一個(gè)比較大的問(wèn)題，會(huì)從不同程度上增加施工的實(shí)際難度和資金成本的投入。

為了能夠從根本上解決RCC筑壩在技術(shù)方面的不足之處，韓江高陂水利工程開(kāi)展了外摻MgO厚層碾壓混凝土快速筑壩技術(shù)的研究和應(yīng)用。研究的主要內(nèi)容包括碾壓混凝土的比例、外摻MgO碾壓混凝土的實(shí)驗(yàn)、MgO對(duì)碾壓混凝土的補(bǔ)償效應(yīng)等，并利用增加實(shí)際壓實(shí)厚度來(lái)減少實(shí)際層面結(jié)合中出現(xiàn)的問(wèn)題，在增加工程整體施工速度的時(shí)候，縮短工程工期。與此同時(shí)，因?yàn)橥鈸組gO可以讓混凝土有一定的膨脹性，會(huì)對(duì)壩體的應(yīng)力有顯著的補(bǔ)償效果，并起到防裂效果，進(jìn)而簡(jiǎn)化對(duì)溫度的控制工作，在降低整體工程成本投入的同時(shí)，有效推動(dòng)碾壓混凝土筑壩技術(shù)的發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，韓江高陂水利樞紐工程在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)客觀條件，在以最大程度滿足多項(xiàng)實(shí)際需要的基礎(chǔ)上，從多個(gè)方面進(jìn)行深入思考，對(duì)水利樞紐工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行科學(xué)論證和優(yōu)化，提出全新的方案，使得韓江高陂水利樞紐工程能夠健康有序地持續(xù)推進(jìn)。