氣盾壩在茶園攔河壩工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

黎 彥

(撫州市水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)室，江西 撫州 344000)

1 工程概況

茶園攔河壩工程位于樂(lè)安縣牛田鎮(zhèn)流坑村烏江河牛田大橋上游約 1.4 km，本攔河壩工程旨在打造多樣化景區(qū)，提高流坑景區(qū)品位，枯水期水面游船與流坑景區(qū)呼應(yīng)[1]。

烏江為贛江中游右岸的一級(jí)支流，發(fā)源于永豐縣境南部的零云山山脈北麓，從大金竹附近流入樂(lè)安縣， 經(jīng)招攜鎮(zhèn)、牛田鎮(zhèn)、永豐縣，在吉水縣文峰鎮(zhèn)從右岸匯入贛江。烏江流域面積 3883 km2, 主河道長(zhǎng)度 171 km，河道縱比降0.87% 。

本次工程所在地牛田鎮(zhèn)索橋上游烏江河道寬度80～250 m，兩岸為天然岸坡，植被茂盛，沿岸分布有村莊與大片樟樹林，風(fēng)景秀麗。

工程等別為Ⅳ等，為小(1)型，主要建筑物級(jí)別為4 級(jí)，次要建筑物為5級(jí)，臨時(shí)建筑物為 5級(jí)。

攔河壩正常水位為 96.500 m ，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，設(shè)計(jì)洪水位99.250 m ，相應(yīng)河道流量為1211 m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水位 99.897 m, 相應(yīng)河道流量為 1680 m3/s。

2 攔河壩設(shè)計(jì)方案比選

2.1 工程選址

烏江為山區(qū)河流，河道縱比降大，新建攔河壩高度根據(jù)烏江沿岸天然景觀的分布，結(jié)合流坑景區(qū)規(guī)劃，上壩址選擇在索橋上游約250 m處，下壩址選擇在索橋下游約200 m處，上下壩址相距約 450 m。

上壩址河床寬度約51.7 m，該處河床上部粗砂層厚度較小，其下為強(qiáng)風(fēng)化砂巖。左側(cè)有天然沙洲，景區(qū)規(guī)劃打造娛樂(lè)設(shè)施，附近有古樟樹林。攔河壩工程正常運(yùn)行可在索橋上觀看泄水勝景。

下壩址寬度河床約40.0 m，該處河床上部粗砂層厚度較小，其下為強(qiáng)風(fēng)化砂巖。

根據(jù)景區(qū)需求，結(jié)合工程總布置，本次新建茶園攔河壩壩址擬定在索橋上約 250 m處。

2.2 壩線比選

根據(jù)選定的壩址，經(jīng)比較，認(rèn)為上壩址仍應(yīng)進(jìn)行壩線的選擇與確定。本次設(shè)計(jì)擬定在索橋上約150 m、250 m、350 m三處壩線比較，三處壩線地質(zhì)條件相近，而壩線(250 m) 該位置河道寬度適宜，攔河壩景觀效果良好。 綜合比較選定壩線選定為索橋上250 m處。

2.3 壩型比選

壩址處河道總寬約250 m ，其中主河道寬約80 m，沙洲寬約170 m ，本次設(shè)計(jì)擬對(duì)以下三種方案進(jìn)行比選見(jiàn)表1。

表1 攔河壩壩型方案比選

方案一：氣盾壩方案。氣眉?jí)斡啥馨?不銹鋼、碳鋼)、充氣氣囊(由多層NN66或芳綸骨架材料及特種橡膠構(gòu)成)、錨固螺栓、限位拉帶及控制系統(tǒng)組成。壩頂高程96.5 m ，壩高3.0 m，垂直水流方向壩寬85.5 m，順?biāo)鞣较蚧A(chǔ)長(zhǎng)6.7 m，分2跨，單跨40 m，由8個(gè)盾板組成，壩墩厚1.2、1.3 m，右壩端設(shè)豎井，寬3.5 m。

方案二：鋼壩方案。鋼板閘門尺寸為3.0 m×35.0 m，共2跨，單跨由閘門門葉、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及支墩組成，均由鋼壩生產(chǎn)廠商預(yù)制安裝調(diào)試。壩頂高程96.5 m，壩高3.0 m，基礎(chǔ)壩順?biāo)鏖L(zhǎng)6.7 m ，垂直水流總長(zhǎng)87.0 m，閘中墩7.0 m，邊墩5.0 m，邊墩與邊跨 一起澆筑，為C25混凝土結(jié)構(gòu)。

方案三：液壓翻板壩方案。液壓控制翻板閘門選定漸開型雙連桿傾斜式閘門，單扇閘門尺寸為3.0 m ×6.0 m，共 2 跨，單跨設(shè) 14 扇，閘門面板向下游傾斜15°，閘門門葉、運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及支墩組成，均由翻板閘門生產(chǎn)廠商預(yù)制安裝調(diào)試。壩頂高程96.5 m ，壩高3.0 m ，基礎(chǔ)壩順?biāo)鏖L(zhǎng)6.7 m ，垂直水流總長(zhǎng)86.4 m，閘墩1.2 m。邊墩與壩體一起澆筑，為 C25 混凝土結(jié)構(gòu)。

經(jīng)過(guò)綜合分析比較，本次設(shè)計(jì)擬推薦方案一氣盾壩方案，氣盾壩能滿足枯水期河道攔擋蓄水，豐水期塌壩全斷面過(guò)流的要求，結(jié)構(gòu)合理，設(shè)施先進(jìn)，功能齊全，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低，投資適宜，從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益來(lái)看是可行的[2-5]。

3 工程總體布置

(1)鋪蓋。上游進(jìn)口設(shè)置C20混凝土鋪蓋，底板高程為93.5 m，厚0.4 m，下設(shè)0.1 m厚C10混凝土墊層，齒腳寬0.5 m，深0.5 m，邊坡1∶1，全長(zhǎng) 10.0 m。兩側(cè)邊墻采用 C20 混凝土重力式擋墻結(jié)構(gòu)型式，擋墻高4.60 m，頂寬0.80 m，基礎(chǔ)寬2.83 m，基礎(chǔ)厚 0.60 m，基礎(chǔ)外伸0.40 m。

(2) 氣盾壩。氣盾壩基礎(chǔ)要求坐落在強(qiáng)風(fēng)化砂巖上，壩體由C20混凝土底板土建部分及盾板、充氣氣囊(壩袋)、錨固螺栓、限位拉帶及控制系統(tǒng)組成。壩頂高程96.5 m，壩高3.0 m，壩長(zhǎng)85.5 m ，分2跨，單凈跨40.0 m，由8個(gè)盾板組成，中、左邊壩墩厚 1.2、1.3 m，右壩端設(shè)豎井，寬3.0 m。壩段每10 m分縫一道，縫寬2.0 cm，采用止水銅片止水。

(3) 消力池。壩下設(shè)置C25混凝土深挖式消力池，池底高程92.7 m，池深 0.6 m，池長(zhǎng) 20.0 m，池寬82.2 m, 底板厚 0.5 m，齒腳寬0.5 m，深0.5 m，池內(nèi)設(shè)置排水孔，D=0.1 m，間距2.0 m，呈梅花型。 池段每10 m 分縫一道，縫寬2.0 cm，采用止水銅片止水。兩側(cè)邊墻采用C20混凝土重力式擋墻結(jié)構(gòu)型式，擋墻高5.50 m，頂寬0.80，基礎(chǔ)寬3.11 m，基礎(chǔ)厚0.70 m，基礎(chǔ)外伸0.40 m。

(4) 海漫。消力池出口設(shè)置M7.5 漿砌塊石海漫，海漫長(zhǎng)20.0 m，高程為93.3 m，海漫末端為防沖槽，底寬2.0 m，深1.5 m，與老河床銜接。每10 m分縫一道，縫寬2.0 cm，采用瀝青杉板填縫。兩側(cè)邊墻采用C20混凝土重力式擋墻結(jié)構(gòu)型式，擋墻高4.97 m，頂寬0.80 m，基礎(chǔ)寬2.90 m，基礎(chǔ)厚0.70 m，基礎(chǔ)外伸0.40 m。

4 相關(guān)計(jì)算

4.1 攔河壩過(guò)流能力計(jì)算

汛期，攔河壩按最大斷面過(guò)洪，過(guò)流能力按以下公式計(jì)算：

(1)氣盾壩塌壩過(guò)流， 汛期塌壩全斷面過(guò)流能力，按寬頂堰淹沒(méi)出流計(jì)算。

(2)灘地上過(guò)流，按明渠均勻流計(jì)算。

(3)枯水期氣盾壩充脹過(guò)流，按薄壁堰淹沒(méi)出流計(jì)算，氣盾壩充脹過(guò)流要求最大壩上水頭不大于 0.8 m。

經(jīng)計(jì)算，10年一遇的河道流量為1211 m3/s，對(duì)應(yīng)壩前水位為99.25 m，50年一遇的河道流量為1680 m3/s，對(duì)應(yīng)壩前水位為99.897 m。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 2、表3。

表2 氣盾壩泄流能力計(jì)算成果

由表2、表3得，氣盾壩在汛期塌壩過(guò)流以及枯水期充脹過(guò)流工況下，均滿足過(guò)流要求。

表3 氣盾壩充脹過(guò)流能力計(jì)算結(jié)果

4.2 氣盾壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算

氣眉?jí)畏€(wěn)定復(fù)核分基本組合和特殊組合且按最不利情況進(jìn)行計(jì)算，荷載組合具體情況為：

(1)基本組合。施工建成工況：上、下游無(wú)水。正常運(yùn)用工況：上游正常水位 96.5 m+氣盾壩正常運(yùn)行。

(2)特殊組合。高水位運(yùn)行工況：上游校核水位 99.897 m+氣盾壩塌壩運(yùn)行。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4?？梢钥闯?，壩體上述各個(gè)工況下抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、壩基底應(yīng)力計(jì)算成果均滿足要求。

表4 氣盾壩穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果

5 結(jié) 語(yǔ)

本文根據(jù)茶園攔河壩工程所在地實(shí)際情況，通過(guò)各種壩址比選、壩線比選以及壩型方案，最終確定采用氣盾壩方案。氣盾壩在大跨度高水頭工況下可隨意起伏，兼具安全、環(huán)保、美觀、施工工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理維護(hù)方便、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，本攔河壩工程設(shè)計(jì)方案合理，對(duì)氣盾壩的應(yīng)用和推廣具有深遠(yuǎn)意義。