會昌縣麻州攔河景觀壩工程設(shè)計方案分析

李延富

(贛州市會昌縣水利工程技術(shù)保障中心，江西 贛州 342600)

1 工程概況

麻州攔河景觀壩位于江西省會昌縣麻州鎮(zhèn)，所在河流湘江河屬贛江水系貢江一級支流，是一座以景觀為主、兼有通航、泄洪等綜合效益的中型工程。壩址控制流域面積1758km2，該閘壩為湘江景觀壩梯級工程之一。壩址航道通航等級5級，通航船舶300T。

2 工程總體布置

2.1 壩址位置選擇

規(guī)劃壩址建設(shè)主要目的為：①改善湘江麻州鎮(zhèn)段兩岸水生態(tài)環(huán)境；②配合麻州“省百強(qiáng)中心鎮(zhèn)”建設(shè)，抬高河流水位形成景觀環(huán)境。麻州鎮(zhèn)下游1.5km為麻州水文站，根據(jù)水文觀測要求，壩址距離水文站要求>500m，因此，壩址選擇范圍為麻州鎮(zhèn)大橋下游1km之內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)場地形條件和麻州鎮(zhèn)原始森林景區(qū)對水面的需要，壩址選擇在大橋下游1.0km處，壩址距離麻州水文站550m，可以滿足水文觀測要求。

2.2 正常蓄水位確定

根據(jù)工程使用功能選擇173.0m；172.5m;；172.0m三種正常蓄水位，三個方案，都是根據(jù)現(xiàn)狀河道特性，通過增設(shè)攔河壩滿足生態(tài)蓄水需要，主要不同之處在于堰體過流及擋水高度不同，從而使各方案在溢流壩工程泄流量、以及對河道上下游影響等方面存在差異，三種水位的工程特性見表1。

表1 方案比較特性表

1)泄流能力：由于壩體在洪水期塌壩泄洪，且泄流寬度較大，壩體洪水期泄流能力大于河道泄流能力，三種方案均能滿足河道泄洪要求，因此，三種方案泄流能力均能滿足要求。

2)景觀功能方面：172.0m方案水位較低，水面淹沒至大橋上游400m處。172.5m方案水面淹沒至大橋上游600m處。173m方案水位方案水面淹沒至大橋上游1200m處。水位較深，水面較寬，景觀較好。

3)對上游河道及房屋的影響：三種水位均未淹沒房屋和農(nóng)田及景區(qū)公路。因此，三種方案產(chǎn)生的淹沒影響較小。

綜合比較，第三方案正常蓄水位173.0m，景觀水面較長，可以較好的滿足景觀要求，本次設(shè)計推薦采用173.0m方案。

2.3 壩型選擇

為了不抬高洪水位，本次壩型選擇行洪斷面較大的翻板閘壩型式，壩型選擇參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，比選國內(nèi)閘壩工程較為先進(jìn)型式，擬選擇兩種適宜可行的方案進(jìn)行比較，各方案分述如下。

2.3.1 液壓壩型方案

泄流形式采用翻板堰型，底板高程169.5，頂高程為173.0m，過流總凈寬120`m。由上游至下游分別布置上游鋪蓋、堰體段、下游消力池、海漫段。建筑物上下游兩岸翼墻采用混凝土懸臂式擋墻[1]。

2.3.2 翻板閘壩方案

泄流形式采用翻板閘，底板高程169.5，頂高程為173.0m，過流總凈寬135m。由上游至下游布置分別是上游護(hù)坦、翻板閘室、消力池、海漫及防沖槽。上下游兩岸翼墻采用混凝土擋墻[2]。

圖1 推薦方案的閘壩縱剖面圖

圖2 比較方案的閘壩縱部面圖

2.3.3 方案比較

上述兩個方案，都是根據(jù)現(xiàn)狀現(xiàn)狀地形條件，在不增加河道底板高程的情況下?lián)跛?，正常情況下閘門關(guān)閉擋水，洪水期閘門打開泄洪。主要不同之處在于閘門開啟方式和運(yùn)行管理方式不同，兩種方案的技術(shù)特性比較如下。

1)泄流能力：從泄流能力看，自控翻板閘流量系數(shù)為0.33左右，液壓壩閘門開啟后，閘壩為寬頂堰過流，流量系數(shù)為0.385左右，因此，從泄流能力方面，液壓壩方案較大。

2)工程可靠性能：從翻板閘多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)分析，由于翻板閘行洪期在河道中為平開狀態(tài)，受河道漂浮物撞擊容易引起閘門止水和結(jié)構(gòu)變形，導(dǎo)致漏水等現(xiàn)象；氣盾壩方案行洪期閘門平置在堰底板，受河道漂浮物撞擊影響較小，閘門不容易損壞，因此，從工程可靠性能比較，液壓壩方案較好。

3)工程造價方面：兩種方案翻板閘方案造價較低。液壓壩方案方案較高。

4)運(yùn)行管理：翻板閘方案由于自動開啟，河流漂浮物對閘門影響較大，較大的漂浮物可能對閘門沖擊造成損壞，后期管理不便，液壓壩方案可以人工調(diào)節(jié)閘門開關(guān)，管理較為便利。因此本次設(shè)計推薦液壓壩方案作為設(shè)計方案。

2.4 建筑物布置

2.4.1 沖砂閘

工程由船閘、溢流壩組成，溢流壩底板高程如果布置過低，須增加液壓壩擋水高度，工程投資較大，船閘按照規(guī)范規(guī)定嚴(yán)禁沖砂和行洪，因此，為了解決壩前淤積和航道淤積等問題，工程須設(shè)置泄沖砂閘，本次設(shè)計擬在河床中部船閘與溢流壩之間設(shè)置沖砂閘，閘體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。順?biāo)鞣较蜷L度10.0m，垂直水流方向溢流寬度6.0m，底板高程167.5m，閘室上游設(shè)有混凝土護(hù)坦，順?biāo)鞣较蜷L度5.0m，厚度0.5m，頂面高程167.5m。下游出口接斜坡段，斜坡段長5.4m，坡度為1∶3.0，斜坡直接與消力池相連。消力池長度15.0m，寬度8.0m，深度0.8m，底板為混凝土結(jié)構(gòu)，厚度0.6m。消力池后以海漫與下游河床銜接，海漫防沖槽最低高程164.50m。

2.4.2 溢流壩

溢流壩型式為可控制液壓翻板壩，鋼結(jié)構(gòu)。分為三段，每段堰體順?biāo)鞣较蜷L度10m，垂直水流方向溢流寬度40m，平板堰型，頂高程173.0m,底板高程169.5m，上游設(shè)有混凝土護(hù)坦，順?biāo)鞣较蜷L度5.0m，厚度0.4m，頂面高程169.0m。下游出口接斜坡段，斜坡段長5.4m，坡度為1∶3.0，斜坡直接與消力池相連。消力池長度10.0m，寬度138m，深度1.0m，消力池后以海漫與下游河床銜接，海漫防沖槽最低高程164.5m。

2.4.3 船閘

船閘等級為Ⅴ級，過船300T，船閘布置在右岸，其水流條件和地質(zhì)條件較好，船閘設(shè)上游引航道、上閘首、閘室、下閘首和下游引航道。

上游引航道長度78m,寬度12-36m,設(shè)2個導(dǎo)航墩，上閘首長度20m,寬度20m,右側(cè)設(shè)門庫，門庫長度14.8m,寬度9.1m,船室長度85m,寬度12m,兩側(cè)為空箱式擋墻，下閘首長度16m,寬度20m,右側(cè)設(shè)門庫，門庫長度14.8m,寬度9.1m,閘室設(shè)活動交通橋，橋?qū)?.5m, 下游引航道長度70m,寬度12-36m,設(shè)2個導(dǎo)航墩。

船閘閘門為了考慮景觀因素，采用橫向推拉門，尺寸12×5.6m,排水廊道采用4個直升門，孔徑1.2×1.2m。液壓啟閉機(jī)啟閉。

2.4.4 左右岸岸坡

壩址左岸為河床灘地，右岸為山體，左岸護(hù)坡長度145m,上下游坡均采用格賓護(hù)坡。左岸岸坡被水流淘刷嚴(yán)重，本次設(shè)計利用圍堰拆除料對岸坡補(bǔ)坡，使左岸岸坡順直，水流平順。

2.4.5 交通橋及上閘公路

現(xiàn)狀閘壩左岸無交通道路，為滿足工程防洪要求和管理要求，本次設(shè)計擬建設(shè)上壩道路，左右岸交通道路長度0.47km，右岸交通道路長度0.53km，路面寬度4.5m，混凝土路面。

3 溢流建筑物設(shè)計

3.1 溢流壩溢流寬度

該工程溢流建筑物由沖砂閘、溢流壩組成，其中沖砂閘過流凈寬4.0m, 溢流壩3孔過流，過流凈寬120m。

3.2 閘壩泄流能力計算

按沖砂閘、溢流壩同時全段面開啟過流工況計算，計算結(jié)果見表2。

表2 溢流壩、閘泄流能力計算成果表

3.3 基抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力復(fù)核計算

3.3.1 計算工況

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，本區(qū)域地震烈度為Ⅵ度，地基土類型為中硬土，場地類別Ⅱ類，在Ⅵ度地震力作用下，可不考慮砂土液化的影響，地震危害較小，3級建物不需抗震設(shè)防，因此壩基穩(wěn)定復(fù)核計算考慮以下工況。

1)正常高水位工況：壩前正常高水位173.0m，下游水位為河床消力池出口段斷面底高程168.0m。水位差5.0m。

2)設(shè)計水位工況、壩前設(shè)計高水位173.40m，下游水位為下游河床斷面水位172.60m。水位差0.8m。

3)校核水位工況：壩前設(shè)計高水位174.05m，下游水位為下游河床斷面水位173.3m。水位差0.75m。

3.3.2 計算斷面

選取壩中軸線處1個計算斷面，壩基礎(chǔ)為砂礫石和砂。

3.3.3 壩基地質(zhì)情況

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，本區(qū)域地震烈度為Ⅵ度，地基土類型為砂礫石和沙，場地類別Ⅱ類，在Ⅵ度地震力作用下，可不考慮砂土液化的影響，地震危害較小，3 級建物不需抗震設(shè)防。

表3 沖沙閘基礎(chǔ)穩(wěn)定計算成果表

計算成果見表5、表6，由表中數(shù)據(jù)可知壩基抗滑穩(wěn)定滿足要求，地基承載力也滿足要求。

表6 溢流壩穩(wěn)定計算成果表

3.4 消力池設(shè)計

3.4.1 計算工況及參數(shù)

影響消能防沖的因素很多，主要因素有溢流壩的上、下游水位差、過閘單寬流量、下游水深等。根據(jù)《規(guī)范》要求，溢流壩下游消能防沖必須在各種可能出現(xiàn)的水流條件下都滿足要求。運(yùn)行中可能出現(xiàn)以下幾種情況。

1)運(yùn)行工況：當(dāng)上游水位平堰頂高程，開始泄流。

2)設(shè)計工況：通過消能設(shè)計(P=3.33%)洪峰流量2210m3/s。當(dāng)上游為設(shè)計洪水位173.8m時。

3.4.2 消能防沖計算

1)消力池設(shè)計

如果工程無消能設(shè)施，未經(jīng)消能的水流在下游河道內(nèi)形成紊動水流，將對河床產(chǎn)生沖刷破壞。從計算結(jié)果可以看出，小流量工況下，第二共扼水深大于下游水深，因此工程須做消能工。經(jīng)計算，溢流壩消力池最大池深d=0.66m，池長Lk=8.8m。本次設(shè)計消力池池深取0.8m，池長取10.0m。沖砂閘消力池最大池深d=0.76m，池長Lk=12.1m。本次設(shè)計消力池池深取0.8m，池長取15.0m。

2)海漫長度計算

在設(shè)計洪水位下計算海漫最大長度為31.14m。

3)河床沖刷深度計算

在設(shè)計洪水位下理論計算河床沖刷最大深度為3.0m，現(xiàn)狀河床不能滿足防沖要求，應(yīng)進(jìn)行防護(hù)?，F(xiàn)狀河床高程166.5m，設(shè)計防沖槽底部高程取165.0m，已至巖頂面高程，可以滿足沖刷要求。海曼長度計算需要40m,考慮到防沖槽已到基巖面，可以對護(hù)面形成保護(hù)，為了減少工程投資，取海曼長度為20m。

4 結(jié) 語

麻州攔河景觀壩工程由液壓壩、沖砂閘以及船閘等建筑物組成，是一座以景觀為主、兼有通航、泄洪等綜合效益的中型工程。溢流壩段采用一種新型閘壩型式——液壓翻板壩，文章從壩址位置選擇、正常蓄水位的確定、壩型選擇、閘壩泄流能力、閘壩穩(wěn)定計算、消力池設(shè)計等方面對液壓壩進(jìn)行分析計算，得出液壓壩滿足工程安全要求以及抬高水位的景觀功能需求。