新疆塔城某引水樞紐設計及穩定性分析

趙華偉

（新疆塔城地區水利水電勘察設計院，新疆 塔城 834700）

1 引水樞紐概況

新疆塔城引水樞紐位于某電站的變電站下游約85 m，河水由東向西，河床高程1063 m～1065 m，河道為淺灘，寬度約80 m，水面寬約15 m～30 m。它的功能是為下游隧洞攔河壅高水位，滿足引水排砂創造條件。引水樞紐主要由溢流壩、泄洪沖砂閘、引水閘、擋水壩及魚道組成。考慮到原河道主槽位于右側，樞紐壅水不高，溢流壩、排砂泄洪閘優先考慮坐落于主河槽，左、右岸為擋水壩。溢流壩軸線大致呈南北方向，垂直于河流方向布置，溢流壩在左，泄洪沖砂閘布置右側。為便于泄洪沖砂閘沖砂，閘底板高程確定為原河床高程1063 m。為了簡化泄洪閘的操作，考慮遇到3年一遇的洪水無需操作閘門放水，在泄洪閘左側建溢流壩。左岸的土石壩與溢流壩在同一軸線。為了便于引水排砂，方便閘門控制，確定隧洞進水口布置在引水樞紐上，引水閘底板高程高于排砂閘1.5 m。考慮到右岸有交通道路，為了保證魚道進口遠離人群和噪音，且考慮壩頂右岸布置了引水閘，常年引水，上溯魚類從魚道出口后不被吸入輸水隧洞，故魚道布置在壩頂左岸，與生態放水管上下疊合布置在溢流堰左側導墻上，魚道位于導墻的上部，生態放水管位于導墻底部。

綜合考慮實際情況，將該引水樞紐設計如下：溢流壩溢流前沿長度為11 m，最大溢流量25.2 m3/s；泄洪沖砂閘2孔，泄洪沖砂閘設計泄洪流量Q3.3%=126 m3/s，校核泄洪流量Q1%=187 m3/s；引水閘1孔，正常蓄水位1067.4 m，設計流量Q=15 m3/s；擋水壩左側為土石壩，最大壩高7.0 m，右側為混凝土壩；魚道長85 m，設計流量0.04 m3/s，生態放水管設計流量1.32 m3/s。

2 工程布置及結構設計

根據壩址的地形地質條件及樞紐的作用，引水樞紐從左岸到右岸分別建設土石擋水壩、魚道、溢流壩、泄洪沖砂閘、引水閘和混凝土擋水壩。

2.1 土石擋水壩設計

土石擋水壩長92.4 m，漿砌石護坡厚度為0.4 m，最大壩高7.0 m。上游壩坡1∶2，下游壩坡1∶2，壩頂寬6.0 m。

2.2 溢流壩結構設計

溢流壩為WES堰型式，最大堰高5.0 m，堰長10 m。溢流壩上設工作橋，溢流壩后緊接消力池，消力池長15 m，池深0.8 m，底板厚0.6 m，坎高0.8 m，末端接海漫段。海漫段長15 m，混凝土底板厚0.6 m，海漫段后接防沖拋石坑，坑內回填拋石，頂部放置長1.0 m厚1.0 m的鋼筋石籠[1]。

2.3 泄洪沖砂閘設計

泄洪閘沖砂閘設2孔，閘室段長13 m，閘墩高7.0 m，兩端閘墩厚1.5 m，中墩厚2.0 m，底板厚1.2 m，閘墩上游胸墻高 3.5 m，閘孔尺寸 4 m(寬)×3.5 m(高)，進口設置平板檢修閘門，其后設置弧形工作閘門。閘室段后緊接消力池段，消力池長15 m，為矩形斷面，池深0.8 m，底板厚0.8 m，消力池末端接海漫段，海漫段長15 m，海漫段后接防沖拋石坑。

2.4 引水閘設計

引水閘段包括閘室段、消力池段和漸變段。閘室段長12 m，閘墩高5.5 m，厚1.5 m，底板厚1.2 m。閘墩上游胸墻高3.5 m，引水閘為1孔，閘孔尺寸為 2.0 m(寬)×2.0 m(高)。進口設置回轉式清污機，其后設置弧形工作閘門。閘室段后緊接消力池段，消力池長7 m，池深0.25 m。底板厚0.8 m，末端接漸變段連接隧洞。

2.5 魚道和生態放水管結構設計

在左岸土石壩與溢流壩之間的導墻上布置魚道和生態放水管。導墻頂部布置魚道下部布置生態放水管。導墻寬1.6 m，魚道槽身寬0.6 m，總長78 m，魚道底坡1∶20，魚道采用槽式魚道，隔板采用豎縫式，魚池尺寸為0.6 m（寬）×0.8（長）m，共100個魚池。魚道進出口均設有閘門，閘門尺寸為0.6 m×0.8 m（寬×長），設機閘一體的螺桿啟閉機及鑄鐵閘門。

在魚道的底部設有生態放水管，生態放水管為鋼管，直徑為650 mm，壁厚6 mm，鋼管出口處分岔，分別接直徑400 mm和500 mm的閘閥控制流量，以適應生態基流汛期和非汛期的不同流量需要[2]。

3 穩定及基底應力分析

3.1 溢流壩穩定及基底應力計算

3.1.1 計算方法

依據《混凝土重力壩設計規范》、《水工建筑物荷載設計規范》，編寫Excel計算表格，對溢流壩抗滑、抗浮、和基礎面上的垂直正應力計算。

①抗滑穩定：

②抗浮穩定：

③應力計算：

3.1.2 計算條件

溢流壩基礎坐落在砂卵石Q3ap+pl地層上。根據地質報告，混凝土與地基的摩擦系數f為0.4～0.45，地基允許承載力為0.45～0.50 MPa，其穩定性計算條件、成果和地基應力計算詳見表 1、表 2、表 3。

表1 溢流壩穩定計算條件

表2 溢流壩穩定計算成果表

表3 溢流壩地基應力計算成果表

計算結果表明，溢流壩抗滑、抗浮穩定滿足規范要求，地基應力滿足承載力要求。

3.2 泄洪閘穩定及基底應力計算

采用《水閘設計規范》中公式及要求，對泄洪閘的抗滑、抗浮、和基礎面上的垂直正應力計算。計算公式同溢流壩，且泄洪閘基礎條件與溢流壩相同。泄洪閘穩定及地基應力計算結果詳見表4和表5。

表4 泄洪閘穩定計算成果表

表5 泄洪閘地基應力計算成果表

計算結果表明，泄洪閘抗滑、抗浮穩定滿足規范要求，地基應力滿足承載力要求。

4 結語

結合壩址的地形地質條件及樞紐的作用，引水樞紐從左岸到右岸分別建設土石擋水壩、魚道、溢流壩、泄洪沖砂閘、引水閘和混凝土擋水壩。依據《混凝土重力壩設計規范》、《水閘設計規范》，對土石擋水壩、溢流壩結構、泄洪沖砂閘、引水閘及魚道和生態放水管結構進行設計，并計算分析計算溢流壩和泄洪閘的穩定和基底應力，得知，其抗滑、抗浮穩定均滿足規范要求，地基應力均滿足承載力要求。