丹鳳縣龍駒寨鎮蓄水壩建設方案探析

鐘 飛

（陜西省商洛市水電勘測設計院，陜西 商洛 726000）

1 概況

龍駒寨鎮位于丹江中游商丹盆地東端的丹鳳縣城邊，現轄17個村，6個社區，人口7萬人，耕地面積33298畝。丹鳳縣2號橡膠壩下游1.6 km以內河堤基本完整，漿砌石護坡，河道呈自然狀態，河槽較深，灘面寬闊，但灘多水少，景觀性較差，與周圍環境不符。根據城市發展規劃，此區域未來為生態觀光型旅游區。為給市民提供休閑游憩親水的場所，打造丹江及丹鳳文化展示空間，規劃在丹江龍駒寨鎮修建橡膠壩蓄水工程。

2 工程地貌及設計洪水分析

2.1 地形地貌

工程區位于丹鳳縣城南丹江干流河道，蓄水區南北長約1.4 km，東西寬約0.15 km左右，河道自然比降約3.6‰，地形較平坦，總體起伏高差小于5 m。工程區河岸順直，近壩段為一彎道，兩岸主要為第四系全新統沖洪積卵石、沖積堆積卵石層及基巖岸坡，目前穩定性較好。蓄水后，左右岸已成護岸穩定性較好，不存在岸坡穩定問題。基巖岸坡段整體邊坡基本穩定，僅局部存在崩塌掉塊現象，整個蓄水區基本不存在塌岸問題。

2.2 設計洪水分析

丹江上游的洪水由暴雨形成。洪水最早出現在4月，年最大洪水主要發生在7月～9月,一次洪水過程一般為一日左右，洪水過程線大多數呈單峰，且峰形尖瘦。隨著匯流面積的增大，洪水過程延長至2天～5天，峰形則具有多峰鋸齒狀特點。2015年，商洛市水利水電勘測設計研究院編制的《商洛市丹江梁家灣、太吉河、柳樹灣重點段防洪工程初步設計》中的洪水分析計算成果通過了市水利局的審查，為和丹江流域防洪工程設計保持一致，本次設計直接采用已審查確定的設計成果。工程區20年一遇洪水洪峰流量為1740 m3/s，10年一遇洪水洪峰流量為1310 m3/s。

3 蓄水壩設計分析

規劃在丹江丹鳳縣龍駒寨至現狀2號橡膠壩（即東河口以上），下至G40滬陜高速橋下游300 m約1.6 km以內建設攔蓄工程，形成水面景觀，改善城區下游段水生態環境，宜居人民群眾。工程主要建設內容為：新建蓄水壩一座。防洪標準為10年一遇，相應洪水洪峰流量為1310 m3/s。

3.1 蓄水壩址選擇

按照穩定河床，保護兩岸安全，形成蓄水水面景觀，提升工程區品質，改善當地的生態環境和人居環境的原則，本次設計選擇3處壩址進行比選（見表1）：方案一：上壩址，現狀橡膠壩下游800 m，東河口下游430 m；方案二：中壩址，現狀橡膠壩下游1200 m，東河口下游830 m；方案三：下壩址，現狀橡膠壩下游1400 m，東河口下游1050 m。經分析比較，方案三設計效果較好，所以推薦方案三下壩址為蓄水壩建設區。

表1 壩址分析選擇表

3.2 蓄水壩型選擇

本次設計壩型壩基起穩定河床作用，壩體日常立壩蓄水形成水面景觀，洪水期塌壩，滿足行洪要求。如果采用漿砌石溢流壩等壩型，則容易被河道推移質淤積報廢，另外，在洪水期造成洪水位抬高，影響河道泄洪和兩岸群眾的防洪安全。根據本河段洪水特性、河道地形條件、保護范圍的重要性、景區旅游要求等條件，本次分別對液壓壩、自動翻板閘、橡膠壩等3種壩型進行比較（見表2）。按照壩體堅固耐用、壩型美觀、升降迅速，滿足行洪要求，經綜合分析比較，確定采用方案一液壓壩型式。

表2 壩型比較表

3.3 蓄水壩設計分析

根據工程區實測地形圖，近年來，丹江河道由于采砂河床下降，現狀工程區河底高程539.21 m～533.20 m，河道平均縱比降為2.6‰，設計壩址斷面河床平均高程537.00 m。因此，本次設計壩底板高程與河床平均高程一致，相應壩底板高程為537.00 m。

根據工程區發展要求和設計回水位置河道內高程，蓄水水面高程確定為540.50 m，設計壩底板高程為537.00 m，因此設計壩高為3.5 m。根據實測資料，現狀2號橡膠壩下游丹江河槽枯水水位540.40 m，現狀河槽平均高程為540.00 m，新建壩蓄水后蓄水深度0.5 m。現狀東河口處丹江河槽枯水水位539.00 m，現狀河槽平均高程為538.50 m，新建壩蓄水后蓄水深度1.5 m。

根據現場查勘及實測資料，設計壩址斷面右岸為山坡，上部有縣道X205通過，左岸為高速公路及天然河灘岸坎，河灘內壩址下游50 m處現狀修建有砌石堤防，位于高速公路臨水側23 m處，長217 m，頂寬1.5 m，高3 m。右岸山坡至左岸高速公路寬度為135 m，右岸山坡至左岸現狀堤防寬度為108 m。本次設計右岸壩邊墩位于現狀山坡腳，左岸壩邊墩擋墻位于現狀堤防處，與上下游現狀灘面齊平，不縮小行洪寬度，設計壩長114 m。壩主體建筑物（順水流方向）長55.6 m，其中截滲墻厚0.6 m，壩底板長8 m，消力池長27 m，海漫長20 m，左右岸邊墻及翼墻共196 m。

4 壩基滲透穩定計算及處理措施

根據工程區地質經驗，基巖面深度一般在12 m，砂礫石的允許水力坡降為0.08，下游壩前水頭為ΔH=4 m，當基底沿水流方向最小寬度B=ΔH/J實=4/0.08=50 m時，壩基才能達到滲透穩定。因此，當壩底板或上下游鋪蓋總長度達到以上計算值時，壩基才能達到滲透穩定。而修建壩上游水平鋪蓋，在本河段容易受洪水和推移質沖毀，因此不采用該方案處理。本次設計采用垂直截滲墻方案。

4.1 滲透穩定分析

當壩上游有水、下游無水時，對壩體抗滑穩定最為不利，因此，選取該工況進行分析計算。本次計算采用北京理正軟件設計研究院以有限元理論為基礎開發的《滲流穩定計算程序》。截滲墻高度為10 m時，即截滲墻完全穿透砂礫石層時（砂礫石滲透系數60 m/d），計算的壩基穩定值仍不能滿足滲透穩定要求。基巖面深度為12 m，風化層厚度約2 m，因此，設計將截滲墻深入到弱風化基巖面以下0.5 m，以滿足滲透破壞要求。為防止繞滲破壞，截滲墻沿壩縱軸線向兩岸延伸布置，總長130 m，厚0.6 m，平均深度15 m，由于左右岸修建有翼墻等工程措施，兩岸不會發生繞滲破壞。根據以上分析計算，采用大開挖方案施工，C20砼澆筑連續成墻。

4.2 壩結構穩定分析

本工程壩面板及底板結構按立壩結構型式計算，當立壩上游有水，下游無水時，對結構安全最為不利，對該工況進行分析計算。壩沿基礎底面的抗滑穩定計算公式如下：

式中：Kc為抗滑穩定安全系數；f為基礎底面與地基之間的摩擦系數；ΣG為作用在底板上的全部豎向荷載，kN；ΣH為作用在底板上的全部水平荷載，kN。

壩抗傾穩定計算公式如下：

式中：K0為抗傾覆穩定安全系數；ΣMV為對前趾的抗傾覆力矩，kN·m；ΣMH為對前趾的傾覆力矩，kN·m。

采用北京理正軟件設計研究院開發的《巖土工程計算分析軟件》分析計算。當壩上游有水、下游無水時，對壩體抗滑穩定最為不利，因此，選取該工況進行計算。地基土天然容重23 kN/m3，地基土內摩擦角31°，墻底摩擦系數0.4。經計算，壩抗滑穩定安全系數為2.0≥KC=1.2，抗傾穩定安全系數為6.0≥K0=1.4，計算地基應力為63.8 kPa，小于壩基礎砂礫石層天然情況地基承載力260 kPa，均滿足規范要求。

4.3 翼墻穩定計算

本工程設計壩上下游翼墻采用扶壁式擋墻。扶壁式擋墻最高8.0 m，墻頂寬0.6 m，墻趾長1 m，墻踵長5.4 m，底板厚0.8 m，扶肋間距4 m，扶肋厚0.5 m。采用C25鋼筋砼澆筑。兩側翼墻當墻后填土、臨河無水時，對擋墻抗滑穩定最為不利，因此，選取該工況進行計算。地基土天然容重23 kN/m3，地基土內摩擦角31°，墻底摩擦系數0.4。計算公式與壩穩定計算公式相同。經計算，扶壁式擋墻抗滑穩定安全系數為1.84≥KC=1.2，抗傾穩定安全系數為6.2≥K0=1.4，計算最大地基應力為223 kPa，小于壩基礎砂礫石層天然情況地基承載力260 kPa，均滿足規范要求。

5 結論與建議

5.1 結語

丹江龍駒寨段河勢穩定，通過勘踏論證地質環境和洪水分析，經過方案比選和優缺點對比，以及對壩基的滲透穩定分析，提出在2號橡膠壩下游1400 m，東河口下游1050 m處，建設高3.5 m的液壓壩進行蓄水，并采用垂直截滲墻方案，以達到安全蓄水、形成水面的目地。工程建成后將新增29.4萬m2水面，對提升當地人文旅游品位、加快城鄉統籌發展、改善商丹主線城鎮面貌有很大促進作用。

5.2 建議

（1）對丹江干流蓄水壩建立聯合運行機制，建立健全預警機制，并向上下游各單位及群眾進行通告，確保本工程提前塌壩，安全泄。

（2）本工程蓄水可能會對河道產生淤積，影響行洪，應經常塌壩拉沙沖淤，或機械清除河道泥沙。

（3）根據丹江河道魚類洄游特點、要求，按照當地管理部門要求，在該段時期，塌壩運行。