新疆塔城某引水樞紐設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析

趙華偉

（新疆塔城地區(qū)水利水電勘察設(shè)計(jì)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(mǎn)足引水排砂創(chuàng)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(yú)道組成。考慮到原河道主槽位于右側(cè)，樞紐壅水不高，溢流壩、排砂泄洪閘優(yōu)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(cè)。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(jiǎn)化泄洪閘的操作，考慮遇到3年一遇的洪水無(wú)需操作閘門(mén)放水，在泄洪閘左側(cè)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(mén)控制，確定隧洞進(jìn)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(yú)道進(jìn)口遠(yuǎn)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(yú)類(lèi)從魚(yú)道出口后不被吸入輸水隧洞，故魚(yú)道布置在壩頂左岸，與生態(tài)放水管上下疊合布置在溢流堰左側(cè)導(dǎo)墻上，魚(yú)道位于導(dǎo)墻的上部，生態(tài)放水管位于導(dǎo)墻底部。

綜合考慮實(shí)際情況，將該引水樞紐設(shè)計(jì)如下：溢流壩溢流前沿長(zhǎng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)流量Q=15 m3/s；擋水壩左側(cè)為土石壩，最大壩高7.0 m，右側(cè)為混凝土壩；魚(yú)道長(zhǎng)85 m，設(shè)計(jì)流量0.04 m3/s，生態(tài)放水管設(shè)計(jì)流量1.32 m3/s。

2 工程布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)壩址的地形地質(zhì)條件及樞紐的作用，引水樞紐從左岸到右岸分別建設(shè)土石擋水壩、魚(yú)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(shè)計(jì)

土石擋水壩長(zhǎng)92.4 m，漿砌石護(hù)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

2.3 泄洪沖砂閘設(shè)計(jì)

泄洪閘沖砂閘設(shè)2孔，閘室段長(zhǎng)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(jìn)口設(shè)置平板檢修閘門(mén)，其后設(shè)置弧形工作閘門(mén)。閘室段后緊接消力池段，消力池長(zhǎng)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(zhǎng)15 m，海漫段后接防沖拋石坑。

2.4 引水閘設(shè)計(jì)

引水閘段包括閘室段、消力池段和漸變段。閘室段長(zhǎng)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(jìn)口設(shè)置回轉(zhuǎn)式清污機(jī)，其后設(shè)置弧形工作閘門(mén)。閘室段后緊接消力池段，消力池長(zhǎng)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(yú)道和生態(tài)放水管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在左岸土石壩與溢流壩之間的導(dǎo)墻上布置魚(yú)道和生態(tài)放水管。導(dǎo)墻頂部布置魚(yú)道下部布置生態(tài)放水管。導(dǎo)墻寬1.6 m，魚(yú)道槽身寬0.6 m，總長(zhǎng)78 m，魚(yú)道底坡1∶20，魚(yú)道采用槽式魚(yú)道，隔板采用豎縫式，魚(yú)池尺寸為0.6 m（寬）×0.8（長(zhǎng)）m，共100個(gè)魚(yú)池。魚(yú)道進(jìn)出口均設(shè)有閘門(mén)，閘門(mén)尺寸為0.6 m×0.8 m（寬×長(zhǎng)），設(shè)機(jī)閘一體的螺桿啟閉機(jī)及鑄鐵閘門(mén)。

在魚(yú)道的底部設(shè)有生態(tài)放水管，生態(tài)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(yīng)生態(tài)基流汛期和非汛期的不同流量需要[2]。

3 穩(wěn)定及基底應(yīng)力分析

3.1 溢流壩穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算

3.1.1 計(jì)算方法

依據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》、《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》，編寫(xiě)Excel計(jì)算表格，對(duì)溢流壩抗滑、抗浮、和基礎(chǔ)面上的垂直正應(yīng)力計(jì)算。

①抗滑穩(wěn)定：

②抗浮穩(wěn)定：

③應(yīng)力計(jì)算：

3.1.2 計(jì)算條件

溢流壩基礎(chǔ)坐落在砂卵石Q3ap+pl地層上。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，混凝土與地基的摩擦系數(shù)f為0.4～0.45，地基允許承載力為0.45～0.50 MPa，其穩(wěn)定性計(jì)算條件、成果和地基應(yīng)力計(jì)算詳見(jiàn)表 1、表 2、表 3。

表1 溢流壩穩(wěn)定計(jì)算條件

表2 溢流壩穩(wěn)定計(jì)算成果表

表3 溢流壩地基應(yīng)力計(jì)算成果表

計(jì)算結(jié)果表明，溢流壩抗滑、抗浮穩(wěn)定滿(mǎn)足規(guī)范要求，地基應(yīng)力滿(mǎn)足承載力要求。

3.2 泄洪閘穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算

采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中公式及要求，對(duì)泄洪閘的抗滑、抗浮、和基礎(chǔ)面上的垂直正應(yīng)力計(jì)算。計(jì)算公式同溢流壩，且泄洪閘基礎(chǔ)條件與溢流壩相同。泄洪閘穩(wěn)定及地基應(yīng)力計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表4和表5。

表4 泄洪閘穩(wěn)定計(jì)算成果表

表5 泄洪閘地基應(yīng)力計(jì)算成果表

計(jì)算結(jié)果表明，泄洪閘抗滑、抗浮穩(wěn)定滿(mǎn)足規(guī)范要求，地基應(yīng)力滿(mǎn)足承載力要求。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合壩址的地形地質(zhì)條件及樞紐的作用，引水樞紐從左岸到右岸分別建設(shè)土石擋水壩、魚(yú)道、溢流壩、泄洪沖砂閘、引水閘和混凝土擋水壩。依據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》、《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)土石擋水壩、溢流壩結(jié)構(gòu)、泄洪沖砂閘、引水閘及魚(yú)道和生態(tài)放水管結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并計(jì)算分析計(jì)算溢流壩和泄洪閘的穩(wěn)定和基底應(yīng)力，得知，其抗滑、抗浮穩(wěn)定均滿(mǎn)足規(guī)范要求，地基應(yīng)力均滿(mǎn)足承載力要求。