氣盾壩在茶園攔河壩工程中的設計與應用分析

黎 彥

(撫州市水電勘測設計院設計室，江西 撫州 344000)

1 工程概況

茶園攔河壩工程位于樂安縣牛田鎮流坑村烏江河牛田大橋上游約 1.4 km，本攔河壩工程旨在打造多樣化景區，提高流坑景區品位，枯水期水面游船與流坑景區呼應[1]。

烏江為贛江中游右岸的一級支流，發源于永豐縣境南部的零云山山脈北麓，從大金竹附近流入樂安縣， 經招攜鎮、牛田鎮、永豐縣，在吉水縣文峰鎮從右岸匯入贛江。烏江流域面積 3883 km2, 主河道長度 171 km，河道縱比降0.87% 。

本次工程所在地牛田鎮索橋上游烏江河道寬度80～250 m，兩岸為天然岸坡，植被茂盛，沿岸分布有村莊與大片樟樹林，風景秀麗。

工程等別為Ⅳ等，為小(1)型，主要建筑物級別為4 級，次要建筑物為5級，臨時建筑物為 5級。

攔河壩正常水位為 96.500 m ，設計洪水標準為10年一遇，設計洪水位99.250 m ，相應河道流量為1211 m3/s，校核洪水標準為50年一遇，校核洪水位 99.897 m, 相應河道流量為 1680 m3/s。

2 攔河壩設計方案比選

2.1 工程選址

烏江為山區河流，河道縱比降大，新建攔河壩高度根據烏江沿岸天然景觀的分布，結合流坑景區規劃，上壩址選擇在索橋上游約250 m處，下壩址選擇在索橋下游約200 m處，上下壩址相距約 450 m。

上壩址河床寬度約51.7 m，該處河床上部粗砂層厚度較小，其下為強風化砂巖。左側有天然沙洲，景區規劃打造娛樂設施，附近有古樟樹林。攔河壩工程正常運行可在索橋上觀看泄水勝景。

下壩址寬度河床約40.0 m，該處河床上部粗砂層厚度較小，其下為強風化砂巖。

根據景區需求，結合工程總布置，本次新建茶園攔河壩壩址擬定在索橋上約 250 m處。

2.2 壩線比選

根據選定的壩址，經比較，認為上壩址仍應進行壩線的選擇與確定。本次設計擬定在索橋上約150 m、250 m、350 m三處壩線比較，三處壩線地質條件相近，而壩線(250 m) 該位置河道寬度適宜，攔河壩景觀效果良好。 綜合比較選定壩線選定為索橋上250 m處。

2.3 壩型比選

壩址處河道總寬約250 m ，其中主河道寬約80 m，沙洲寬約170 m ，本次設計擬對以下三種方案進行比選見表1。

表1 攔河壩壩型方案比選

方案一：氣盾壩方案。氣眉壩由盾板(不銹鋼、碳鋼)、充氣氣囊(由多層NN66或芳綸骨架材料及特種橡膠構成)、錨固螺栓、限位拉帶及控制系統組成。壩頂高程96.5 m ，壩高3.0 m，垂直水流方向壩寬85.5 m，順水流方向基礎長6.7 m，分2跨，單跨40 m，由8個盾板組成，壩墩厚1.2、1.3 m，右壩端設豎井，寬3.5 m。

方案二：鋼壩方案。鋼板閘門尺寸為3.0 m×35.0 m，共2跨，單跨由閘門門葉、運轉機構及支墩組成，均由鋼壩生產廠商預制安裝調試。壩頂高程96.5 m，壩高3.0 m，基礎壩順水流長6.7 m ，垂直水流總長87.0 m，閘中墩7.0 m，邊墩5.0 m，邊墩與邊跨 一起澆筑，為C25混凝土結構。

方案三：液壓翻板壩方案。液壓控制翻板閘門選定漸開型雙連桿傾斜式閘門，單扇閘門尺寸為3.0 m ×6.0 m，共 2 跨，單跨設 14 扇，閘門面板向下游傾斜15°，閘門門葉、運轉機構及支墩組成，均由翻板閘門生產廠商預制安裝調試。壩頂高程96.5 m ，壩高3.0 m ，基礎壩順水流長6.7 m ，垂直水流總長86.4 m，閘墩1.2 m。邊墩與壩體一起澆筑，為 C25 混凝土結構。

經過綜合分析比較，本次設計擬推薦方案一氣盾壩方案，氣盾壩能滿足枯水期河道攔擋蓄水，豐水期塌壩全斷面過流的要求，結構合理，設施先進，功能齊全，施工相對簡單，維護費用低，投資適宜，從長遠利益來看是可行的[2-5]。

3 工程總體布置

(1)鋪蓋。上游進口設置C20混凝土鋪蓋，底板高程為93.5 m，厚0.4 m，下設0.1 m厚C10混凝土墊層，齒腳寬0.5 m，深0.5 m，邊坡1∶1，全長 10.0 m。兩側邊墻采用 C20 混凝土重力式擋墻結構型式，擋墻高4.60 m，頂寬0.80 m，基礎寬2.83 m，基礎厚 0.60 m，基礎外伸0.40 m。

(2) 氣盾壩。氣盾壩基礎要求坐落在強風化砂巖上，壩體由C20混凝土底板土建部分及盾板、充氣氣囊(壩袋)、錨固螺栓、限位拉帶及控制系統組成。壩頂高程96.5 m，壩高3.0 m，壩長85.5 m ，分2跨，單凈跨40.0 m，由8個盾板組成，中、左邊壩墩厚 1.2、1.3 m，右壩端設豎井，寬3.0 m。壩段每10 m分縫一道，縫寬2.0 cm，采用止水銅片止水。

(3) 消力池。壩下設置C25混凝土深挖式消力池，池底高程92.7 m，池深 0.6 m，池長 20.0 m，池寬82.2 m, 底板厚 0.5 m，齒腳寬0.5 m，深0.5 m，池內設置排水孔，D=0.1 m，間距2.0 m，呈梅花型。 池段每10 m 分縫一道，縫寬2.0 cm，采用止水銅片止水。兩側邊墻采用C20混凝土重力式擋墻結構型式，擋墻高5.50 m，頂寬0.80，基礎寬3.11 m，基礎厚0.70 m，基礎外伸0.40 m。

(4) 海漫。消力池出口設置M7.5 漿砌塊石海漫，海漫長20.0 m，高程為93.3 m，海漫末端為防沖槽，底寬2.0 m，深1.5 m，與老河床銜接。每10 m分縫一道，縫寬2.0 cm，采用瀝青杉板填縫。兩側邊墻采用C20混凝土重力式擋墻結構型式，擋墻高4.97 m，頂寬0.80 m，基礎寬2.90 m，基礎厚0.70 m，基礎外伸0.40 m。

4 相關計算

4.1 攔河壩過流能力計算

汛期，攔河壩按最大斷面過洪，過流能力按以下公式計算：

(1)氣盾壩塌壩過流， 汛期塌壩全斷面過流能力，按寬頂堰淹沒出流計算。

(2)灘地上過流，按明渠均勻流計算。

(3)枯水期氣盾壩充脹過流，按薄壁堰淹沒出流計算，氣盾壩充脹過流要求最大壩上水頭不大于 0.8 m。

經計算，10年一遇的河道流量為1211 m3/s，對應壩前水位為99.25 m，50年一遇的河道流量為1680 m3/s，對應壩前水位為99.897 m。計算結果見表 2、表3。

表2 氣盾壩泄流能力計算成果

由表2、表3得，氣盾壩在汛期塌壩過流以及枯水期充脹過流工況下，均滿足過流要求。

表3 氣盾壩充脹過流能力計算結果

4.2 氣盾壩結構穩定及基底應力計算

氣眉壩穩定復核分基本組合和特殊組合且按最不利情況進行計算，荷載組合具體情況為：

(1)基本組合。施工建成工況：上、下游無水。正常運用工況：上游正常水位 96.5 m+氣盾壩正常運行。

(2)特殊組合。高水位運行工況：上游校核水位 99.897 m+氣盾壩塌壩運行。

計算結果見表4。可以看出，壩體上述各個工況下抗滑穩定、抗傾覆穩定、壩基底應力計算成果均滿足要求。

表4 氣盾壩穩定及基底應力計算成果

5 結 語

本文根據茶園攔河壩工程所在地實際情況，通過各種壩址比選、壩線比選以及壩型方案，最終確定采用氣盾壩方案。氣盾壩在大跨度高水頭工況下可隨意起伏，兼具安全、環保、美觀、施工工藝簡單、運行管理維護方便、使用壽命長等優點，本攔河壩工程設計方案合理，對氣盾壩的應用和推廣具有深遠意義。