金溝河引水樞紐型式及壩型比選

肖 兵

(新疆水利水電項目管理有限公司，烏魯木齊 830000)

1 概 述

水利樞紐工程建設對當地經濟、環境等都具有十分重要的促進作用，如三峽水利樞紐就是一座造福全國人民的重要工程[1-3]。由于大型水利樞紐工程建設投資大，因此合理選取壩型、樞紐型式等，有利于節約工程投資。本文結合金溝河引水樞紐工程，分析其樞紐型式及壩型。

2 引水樞紐型式比選

金溝河枯水期水全部入渠，導致上下游淤積嚴重。金溝河引水樞紐彎道寬度達到45 m，轉彎半徑約為300 m，無法有效形成彎道環流沖砂。因此，選取以下3種樞紐型式進行比選[4-5]。

2.1 直線式引水樞紐布置方案

直線式引水樞紐方案如下：3孔泄洪閘位于河床右側，單孔凈寬6.5 m。沉砂沖砂槽長70 m、寬8.6 m，位于泄洪閘左側。沖砂閘設置于沉砂沖砂槽末端，共2孔，單孔3.5 m。

2.2 彎道式引水樞紐布置方案

將泄洪閘設置于引水彎道的凸岸，閘底高于原河床2.0 m左右。引水彎道進口處設置擋砂坎，可將部分推移質淤積至彎道進口以上，待洪水期開閘沖砂。

通過計算，彎道設計流量Q=90 m3/s，寬度為8.6 m，半徑為251.8 m，縱坡為1/228.9。

2.3 內外庫引水樞紐布置方案

內外庫引水樞紐主要由泄洪沖砂閘、引水閘、溢流堰、上下壩等組成。內外庫方式具有一定淤積庫容，利用洪水將淤積在外庫泥沙帶入樞紐下游。

泄洪沖砂閘采用3孔敞式平底閘，閘孔凈寬均為6.5 m。引水閘閘井為單孔，孔口尺寸4 m×4 m。

泄洪沖砂閘位于主河床右側，采用砂礫石基礎。閘前為長10.8 m混凝土斜墻鋪蓋，底下為C20混凝土防滲墻。斜墻鋪蓋上部基坑采用拋石回填。閘前左右岸兩側均為C25混凝土扶壁式擋土墻護岸，長39.26 m，墻底高程807.562～811.000 m，墻頂高程823.000 m，側墻及底板厚均為1.0 m，扶壁厚0.5 m，間距3 m。

引水閘段總長80.40 m，分為進口段、閘井段、消力池以及翼墻。進口長17.2 m，凈寬4～11.9 m，兩側為扶壁式八字墻，墻凈高2.48～6.92 m，底板厚0.6 m。消力池為C25鋼筋混凝土矩形槽結構，長25 m，凈寬4 m，凈高4.71～9.71 m，底板厚0.6 m，坎高1 m，消力池底板高程811.000 m。消力池后接C20混凝土出口翼墻，長20 m，底寬由4 m擴散至36 m。

溢流堰寬30 m，高11.94 m，頂寬14.6 m。溢流堰左右兩側分別為4 m×16.5 m平臺，平臺為填箱結構，外部為C25鋼筋混凝土箱，內填砂礫石，平臺頂高程823.000 m，平臺底高程為817.400 m。

2.4 引水樞紐型式比選

工程區兩側山體高，河道為天然河道，但曲度不大。若人工引水彎道轉彎半徑較小、彎曲度較大時，則導致河道總寬增大，無法與水庫上游河道平順連接，引水效果較差。為了避免彎道淤積，必須保證足夠的沖砂流量，設計流量為90～100 m3/s。根據金溝河洪水過程線，兩年一遇洪水方可滿足沖砂流量要求，引水道易淤積。

直線式引水樞紐采用正向泄洪沖砂，布置形式簡單，后期維護、管理較為便捷。由于金溝河來水不均，在高引水比條件下，只能大間歇沖砂，可能出現無水沖砂的窘境。

對于內外庫引水樞紐方案，具有以下優勢：①內外庫方案 “水砂分離”，保證供水質量；②具有調蓄能力，可集中沖砂，延緩泥砂淤積，增加工程壽命。

因此，推薦采用內外庫引水樞紐方案。

3 壩型比選

考慮壩址區地質條件以及不同壩型施工方案，選擇3種壩型進行比較。

3.1 鋼筋混凝土面板壩方案

金溝河引水樞紐附近具有級配良好、儲量豐富的砂礫料場，因此擋水壩主要采用砂礫石材料壩。

壩長132.05 m，壩高10～15.75 m，壩頂寬度4.5 m。根據工程經驗，壩上游壩坡采用1∶1.7，下游壩坡采用1∶1.6。

面板壩上游坡設鋼筋砼面板防滲，面板下設厚1 m砂礫石墊層。面板厚度為0.3 m，混凝土標號C25、F200、W6。面板垂直縫間距為12 m，周邊縫設三道止水，面板張性垂直縫設兩道止水，壓性垂直縫僅設一道止水。面板與地基接觸部位設C25混凝土趾板作為面板基礎。趾板外側設置厚0.8 m的C20混凝土防滲墻深入泥巖，防滲墻深5～13 m。防滲墻與趾板之間采用斷面尺寸為2 m(寬)×0.6 m(厚)的連接板。

下游護坡采用預制網格梁護坡。坡底布置干砌石排水溝，排水溝底寬0.5 m，坡比1∶2，深0.75 m，由內至外分別為20 cm砂礫石反濾料、厚30 cm干砌石。

3.2 土工膜斜墻壩方案

壩軸線布置同鋼筋混凝土面板壩方案。其為復合土工膜斜墻壩，上游壩坡采用1∶2.25，下游壩坡采用1∶2，壩體主要采用砂礫石填筑。

上游護坡采用C25混凝土護坡板，厚度20 cm，砼板尺寸為4.0 m×4.0 m。防滲土工膜位于護坡板下，采用兩布一膜，膜厚0.5 mm，采用長纖針刺非織造土工布，布重200 g/m2，膜上膜下分別鋪設厚5 cm的砂漿墊層和10 cm砂保護層。混凝土面板與地基接觸部位設混凝土齒墻作為護坡板基礎，壩體防滲土工膜邊緣埋固在齒墻內，齒深1.5 m，齒墻下部設置厚0.8 m的C20砼防滲墻深入泥巖內，防滲墻深12 m。

下游護坡采用0.5 m×0.5 m預制網格梁護坡。坡底布置干砌石排水溝，排水溝底寬0.5 m，坡比1∶2，深0.75 m，由內至外分別為20 cm砂礫石反濾料、厚30 cm干砌石。

3.3 土工膜心墻壩方案

土工膜心墻壩方案布置基本同斜墻壩方案，其區別在于防滲土工膜位于壩體中部，膜布底部深入壩基以下3 m，采用兩布一膜，呈Z形鋪膜。膜厚0.5 mm，采用長纖針刺非織造土工布，布重200 g/m2，膜周為厚1 m砂保護層。

3.4 壩型比選結論

通過對鋼筋混凝土面板壩、土工膜斜墻壩、土工膜心墻壩方案進行綜合技術經濟比較，選擇最優壩型。見表1。

表1 不同壩型比較表

根據表1，各方案比選結果如下：

1) 從技術上比較。3種壩型均可用于壩址區的地形地質條件，不同壩型樞紐布置方案基本一致。采用土工膜斜/心墻壩時，具有較強的不均勻沉降適應性，在保護層保護下，土工布具備良好的耐久性。采用鋼筋混凝土面板壩，需要考慮加強抗凍設計提高使用耐久性，同時需要避免出現不均勻沉降，導致出現裂縫，影響使用。

由于壩址區屬于Ⅷ度設防烈度區，鋼筋混凝土面板壩屬于剛性結構，在地震作用下易開裂，抗震性較土工膜斜/心墻壩差。

3種壩型在工程實踐中較為常用，施工方法已經較為成熟，施工難度基本一致。

2) 從經濟指標來看，鋼筋混凝土面板壩壩投資最高，而土工膜斜墻壩投資最低。

綜上，下壩壩型推薦方案為土工膜斜墻壩。上壩壩型考慮到上壩為內外庫兩側擋水，推薦采用土工膜心墻壩方案。

4 結 論

以金溝河引水樞紐工程為研究對象，分析其引水樞紐布置方案和壩型；選取了直線式、彎道式、內外庫式3種方案進行分析，確定內外庫為推薦方案，具有調洪能力強、工程投資低等優勢；選取鋼筋混凝土面板壩、土工膜斜墻壩、土工膜心墻壩3種壩型進行分析，下壩壩型為土工膜斜墻壩，上壩壩型采用土工膜心墻壩方案，具有擋水效果好、投資低、耐久性好等優勢。