三明市巖前鎮景觀壩探討

廖偉浩

（三明市水利水電工程有限公司,福建 三明 365000）

1 概述

根據三明市巖前鎮漁塘溪巖前大橋至段呂厝橋段一河兩岸景觀規劃方案,巖前鎮政府擬對巖前大橋至段呂厝橋河道兩岸進行提升改造,規劃興建濱水步道,吊索橋、觀景臺等。為進一步提升呂厝橋段一河兩岸景觀效果,完善規劃區水景觀的建設,同時改善三明市巖前鎮區段河道枯水期水量不足的情況,進一步提升河道水景觀品質,在巖前鎮呂厝橋下游河道建設景觀壩1座。

2 工程地質條件

壩址河谷呈較寬闊的淺“U”型,兩岸山坡地形較緩,植被發育。屬構造侵蝕剝蝕型低山——丘陵地貌。自然崩塌,滑坡和泥石流等地質現象不發育。

壩址區設4個地質鉆孔,地層巖性由上而下依次為卵石層、第四系坡殘積土層、弱風化灰巖。

卵石層： 以卵石為主,飽和狀,無膠結,稍密～中密。原巖成分主要為花崗巖、砂巖, 呈次棱角～次圓狀,粒徑多在5 mm～20 mm,細礫和中細砂充填。卵石層中粉粘粒（細粒土）含量約15%,砂粒含量約25%～35%,卵石含量約50%～60%;原河床面 以下厚度0.48（ZK2）～1.51 m（ZK3）,下限高程165.47 m～165.50 m。

第四系坡殘積土： 原巖為上石炭統船山組（C3c的 灰、灰白色質純灰巖,以灰黃色粘土為主夾弱風化灰巖巖塊,塊徑0.5 m～1.0 m為主,鉆孔中最大塊徑2.3 m。原河床面以下厚度12.28（ZK2）m～7.86 m（ZK1）,下限高程155.15 m～158.81 m。

上石炭統船山組（C3c）：巖性為灰、灰白色質純灰巖,厚層狀,屬中硬巖,呈弱風化；高傾角裂隙發育,傾角75°～80°,裂隙面多呈微張～閉合狀。沿裂隙面可見泥質充填物,巖芯呈短柱～柱狀,巖體較完整。

表1 壩址區各巖土層分布表 單位：m

表2 各土層滲透試驗成果匯總表

表3 各巖土層力學參數指標表

3 方案要求

3.1 總體要求

景觀壩緊靠三明市萬壽巖遺址,方案比選過程中要融合遺址背景元素,要融入河道兩岸的自然景觀。

3.2 生態要求

景觀壩面層材料應貼合河道原生態,建筑物布置上還應考慮河道最小生態下泄流量的需求。

3.3 水深要求

景觀壩建成后可供人下河戲水,水深要求主要包括兩個方面：一個是壩前水深,一個是壩上過流水深。壩前水深直接影響到壩上行人安全,壩頂露出河床面部分不宜過高。壩上過流水深一要考慮安全,二要考慮整體的水景觀效果。

4 方案探討

呂厝橋下游約150.00 m河道現大拐彎河勢,為盡量擴大上游水域,并保證壩頂均勻過水,將景觀壩盡可能布置在較寬較順的河道內,壩軸線選擇在呂厝橋下游125.00 m附近。

壩型采用重力壩型式,河床面以上壩體高度按1.20 m～1.80 m控制,應避免對兩岸防洪堤的行洪安全造成影響。

為取得良好的水景觀效果,壩底寬度在滿足抗滑穩定的前提下適當加寬,給溢流堰面布置預留足夠的空間。

溢流堰面通過對比選擇龍鱗式。鱗片高度的選擇是關鍵,直接關系到下游能否出現連續跌水的景觀效果。

壩頂及溢流堰鱗片內部鋪裝層盡量融合萬壽巖遺址背景元素,并滿足河道生態需求。

生態下泄流量放水設施布置應避免對溢流堰面的整體性造成破壞。

5 方案擬定

5.1 基礎處理

為避免深基坑開挖,降低施工難度,建基面坐落在殘積土層上,屬弱透水體,無需進行基礎防滲處理,但建基面遇水泥化現象嚴重,對壩基抗滑穩定不利。為避免施工過程中可能出現的圍堰滲水及降雨對建基面造成擾動,將建基面以下30 cm厚的殘積土層挖除,換填30 cm厚碎石墊層,并碾壓密實,增大建基面摩擦系數。

5.2 景觀壩方案

景觀壩為混凝土重力壩,壩軸線長71.65 m,兩端通過親水平臺及下河臺階與現有的步道連接。河床面以上壩體高度通過分析比較后選擇1.50 m。

壩體采用埋石混凝土結構,混凝土等級C20,埋石率20%,基礎采用1.00 m厚C15 混凝土,上下游設有齒墻,基礎底寬14.50 m。壩頂高程167.50 m,壩高3.50 m,壩頂寬2.50 m,迎水面垂直,背水側為溢流堰體,整體坡比1: 9.20。見圖1。

圖1 景觀壩平面布置圖

5.3 堰面設計

溢流堰面采用龍鱗式,水流從汀步前斷面到汀步后斷面時,流態由緩流漸變到急流。因此汀步下游側位置按臨界水深計算其水舌厚度。

為分析巖前鎮景觀壩龍鱗臺階高度定型設計流量,采用設計平水年（P=50%）、偏枯年（P=75%）和枯水年（P=90%）7月～10月的逐日平均流量進行了保證率分析。以7月～10月的日平均流量為樣本從大到小排序,進行保證率計算,成果見表4～表6。

表4 壩址P=50%（平水年）保證率成果表

表5 壩址P=75%（偏枯年）保證率成果表

表6 壩址P=90%（枯水年）保證率成果表

經比較選取壩址處枯水徑流偏枯年（P=75%）,保證率50%時的來水量作為擬定龍鱗臺階高度定型設計流量。臨界水深計算公式如下：

式中：α為動能修正系數；q為單寬流量,m3/s。

壩址處枯水徑流偏枯年（P=75%）,保證率50%時的來水量為10.60 m3/s,汀步前過水寬按72孔×0.35 m=25.20 m計,汀步后過水寬按71.00 m計,汀步前臨界水深為26 cm,汀步后臨界水深為14 cm,龍鱗臺階凈高度應大于14 cm。堰頂位置水位-流量關系見圖2。

圖2 堰頂位置水位——流量關系線圖

溢流堰堰體采用C20 埋石砼結構,埋石率20%。堰面采用龍鱗式,一級坡面,共設5 級龍鱗,龍鱗外半徑3314 mm,內半徑2914 mm,龍鱗外緣凸坎相交處臺階高度25 cm,鱗片池內臺階高度35 cm。外緣凸坎寬40 cm,高10 cm,凸坎頂部設半徑50 mm的圓角。鱗片面層在混凝土初凝前嵌入粒徑10 cm～15 cm的卵石。見圖3。

圖3 龍鱗剖面大樣圖

5.4 過河汀步

壩頂寬2.50 m,在壩頂靠上游側一字型布置1.20 m寬的C20 現澆混凝土汀步,汀步上下游側寬度分別為0.30 m和1.00 m,汀步沿壩軸線方向中心間距0.95 m,過流凈寬35 cm。汀步平面長1.20 m,寬60 cm,高50 cm,頂高程168.00 m。

壩頂及汀步面層混凝土在初凝前鋪設塊石并整平（近似萬壽巖石鋪地面）。

5.5 親水平臺及下河臺階

親水平臺位于左右岸兩側,平臺頂高程168.00 m,壩身段平臺寬2.70 m,壩身上下游兩端平臺寬1.50 m。親水平臺面層混凝土在初凝前鋪設塊石并整平。

下河臺階沿壩身上下游兩端平臺內側布置,寬1.20 m。臺階面層鋪裝與左右岸現有步道的鋪裝材料一致。

5.6 生態放水設施

為避免破壞溢流堰龍鱗整體結構,并滿足生態放水需求。在壩體左右兩岸親水平臺內側埋設DN800 mm鑄鐵管。進出口方向與壩軸線平行。

6 景觀效果

水流從壩頂順著五層鱗片錯落而下后,形成了層次分明的白色水花。每一級鱗片表面都嵌入卵石,鱗片中間凹陷成小的蓄水池,從空中俯瞰如天使羽翼,又似龍鱗舞動,形態迥異。

上游來水極小或無水時,堰壩上游將形成狹長的水面,回水直接淹沒至上游巖前壩腳,擴大了上游水域面積；小流量過水時水流跌入弧形堰面,將形成由高到低的連續水花；較大流量過水時堰面產生淹沒出流,水流將會形成錯落有致 的“面包”形瀑布。

龍鱗壩的建成不僅可以產生連續跌水景觀效果,還可以通過水花進行摻氣,提高水體含氧量。

7 結語

景觀壩設計過程中,應結合當地旅游文化元素,將其融入到景觀壩設計當中。

對于多級連續跌水景觀壩的方案,其工作重點是河道流量的選取。流量的選擇直接關系到后期運行過程中的景觀效果,流量選擇過大,臺階分級高度大,所需壩體較高,經濟上不合理；流量選擇過小,臺階分級高度小,壩面大部分時期都處于淹沒出流狀態,景觀效果不理想。