高 鑫

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 概述

金溝河引水樞紐工程位于金溝河中游河段，始建于1959年，1960年竣工投入運(yùn)行，是一個(gè)以灌溉為主的第一代費(fèi)爾干式引水工程[1]。金溝河來水不均，洪水較為集中，灌溉季節(jié)引水比達(dá)70%以上，費(fèi)爾干式引水樞紐已無法有效形成彎道環(huán)流沖砂。由于運(yùn)行時(shí)間長久，該引水樞紐人工彎道不能起到應(yīng)有的作用，導(dǎo)致河床及閘前后淤積，建筑物過流不足，防洪能力下降，每年需要清淤，影響工程運(yùn)行[2]。鑒于金溝河引水樞紐存在的諸多隱患問題，同時(shí)現(xiàn)有的費(fèi)爾干式布置形式在高引水比情況下，無法解決泥沙淤積問題[3]。因此，建議拆除重建。

本次樞紐重建工程采用內(nèi)外庫引水樞紐方案。內(nèi)外庫引水樞紐具有一定的淤積庫容，主要將河道泥沙中的推移質(zhì)先淤積在外庫，利用間歇洪水將泥沙帶入樞紐下游。內(nèi)外庫之間布置一道擋墻，將外庫渾水與內(nèi)庫清水分割開，當(dāng)內(nèi)庫需水量不足時(shí)，打開內(nèi)庫進(jìn)水閘，引外庫表層清水，向內(nèi)庫溢流。再經(jīng)過內(nèi)庫的進(jìn)一步沉淀，將水通過內(nèi)庫引水閘將水引向下游[4]。這樣的布置形式很好地解決了高引水比情況下的泥沙問題，目前該工程已開工。

2 擋水建筑物形式比選研究

內(nèi)庫由上游擋水建筑物和下游擋水壩共同圍成，由于金溝河引水樞紐工程選址于出山口位置，河谷寬度較窄，并且地質(zhì)條件為砂卵礫石，第四系沖積堆積，厚度5～15.80m，屬于深厚覆蓋層，因此上游擋水建筑物在此工程中至關(guān)重要，本文從施工角度出發(fā)，結(jié)合地質(zhì)條件，從常見的水工建筑物形式中選取土工膜心墻壩、膠凝砂礫石壩、扶臂式擋水墻三種形式作為比選方案。

2.1 土工膜心墻方案

根據(jù)SL274- 2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，設(shè)計(jì)土工膜心墻壩作為上游擋水建筑物。壩長530.63m，壩高6～16.06m，壩頂高程823.000m，兩側(cè)壩坡均采用1∶2.25，壩體主要采用砂礫石填筑。C25混凝土護(hù)坡板位于兩側(cè)壩坡面，內(nèi)外庫板厚20cm，混凝土板尺寸為3.0m×3.0m，兩側(cè)混凝土板下部均鋪設(shè)有濾水無紡布，混凝土板上內(nèi)庫蓄水位以下設(shè)置了排水孔。防滲土工膜位于壩體中部，膜布底部深入壩基以下3m，采用兩布一膜，膜厚0.5mm，采用長纖針刺非織造土工布，膜周為1m厚砂保護(hù)層[5]。外庫一側(cè)坡底采用混凝土斜墻一坡到底，齒墻深0.8m，上覆4m深拋石回填防護(hù)，拋石下部鋪設(shè)有濾水無紡布。內(nèi)庫側(cè)坡底布置2m高排水棱體，反濾料厚度0.3m。壩頂?shù)缆穼挾?m，采用瀝青混凝土鋪裝。土工膜心墻壩橫剖面簡(jiǎn)圖如圖1所示。

2.2 膠凝砂礫石壩方案

根據(jù)SL678- 2014《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》，設(shè)計(jì)膠凝砂礫石壩作為上游擋水建筑物。壩長530.63m，壩高11～16m，壩頂高程823.000m，壩頂寬3m，大壩為砂礫石地基，每隔20m設(shè)置一道橫縫[6]。高程820m以下兩側(cè)壩坡均采用1∶0.6，以上為3m高直墻，壩體外部采用C20混凝土澆筑，內(nèi)部碾壓膠凝砂礫石[7]。大壩底部設(shè)C15混凝土墊層，厚1m。外庫一側(cè)坡底上覆4m深拋石回填防護(hù)，拋石下部鋪設(shè)有濾水無紡布，內(nèi)庫側(cè)開挖料回填。膠凝砂礫石壩橫剖面簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 膠凝砂礫石壩橫剖面圖

2.3 扶壁式擋水墻方案

根據(jù)SL191- 2008《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，設(shè)計(jì)扶臂式擋水墻作為上游擋水建筑物。總長530.63mm，墻頂高程823.000m，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。墻身總高10～13m，墻寬0.5m～0.9m，底板總寬8.35～10.95m，厚1m，每20m一個(gè)分段[8]。其中墻踵懸挑長5.25～7.0m、墻趾懸挑長2.3～3.05m，肋板間距5m，扶肋厚0.5m，坡比1/0.6。墻踵底部布置高1m，寬0.6～1.6m抗滑齒。扶壁式擋水墻橫剖面簡(jiǎn)圖如圖3所示。

圖3 扶臂式擋水墻典型橫剖面圖

項(xiàng)目土工膜心墻壩方案膠凝砂礫石壩扶臂式擋土墻地質(zhì)條件砂卵礫石,第四系沖積堆積,厚度5～15.80m,承載力350kPa,下伏紫紅色泥巖、砂巖,巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚3m,弱風(fēng)化層厚3～10m。特征參數(shù)壩高6～16m,內(nèi)外側(cè)壩坡1∶2.25。壩高11～16m,內(nèi)外側(cè)壩坡1∶0.6。墻高10～13m,內(nèi)側(cè)扶臂坡比1∶0.6。天然建筑材料壩殼料和墊層料選用當(dāng)?shù)亓蠄?chǎng)砂礫料,C25混凝土護(hù)坡外部C20常態(tài)混凝土防滲層,底部C15混凝土墊層,內(nèi)部膠凝砂礫石C25鋼筋混凝土耐久性兩布一膜防滲性能好,在壩殼保護(hù)下抗紫外線、抗低溫性能較好,使用期長。混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高,抗?jié)B性能好,耐久性高,具有一定的抗沖刷性。應(yīng)力變形土工膜防滲體設(shè)有伸縮節(jié),對(duì)壩體不均勻沉降的敏感性小。自身無變形,但在砂礫石基礎(chǔ)上易發(fā)生不均勻沉降。對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虻倪m應(yīng)能力目前廣泛使用的高密度聚乙烯復(fù)合土工膜具有較大的使用溫度范圍施工期應(yīng)控制澆筑溫度,大體積混凝土冬季保溫,完建后對(duì)氣候適應(yīng)力強(qiáng)避免在較熱或較冷天氣澆筑混凝土,完建后對(duì)氣候適應(yīng)力強(qiáng)施工條件各方案均采用機(jī)械化進(jìn)行壩體的施工,混凝土重力壩比土石壩施工難度大墻壁薄,無大型機(jī)械施工平臺(tái)土工膜心墻“Z”形鋪膜并有粗沙保護(hù)層填筑,施工工藝較為復(fù)雜。但在施工過程中焊縫容易出現(xiàn)接觸張口,引起滲漏膠凝大體積混凝土澆筑時(shí)雖然水化熱較低,但仍需控制溫度,注意養(yǎng)護(hù),常規(guī)混凝土與碾壓混凝土施工有干擾,寒冷地區(qū)過冬時(shí)混凝土需要保溫處理施工期要做好混凝土表面養(yǎng)護(hù)防曬工作。由于是薄壁高墻結(jié)構(gòu),模板支設(shè)和鋼筋架立均較為困難工程投資724.71萬元1785.06萬元1304.40萬元

2.4 方案比選結(jié)果

以上3個(gè)方案均能滿足工程布置要求，但是其中膠凝砂礫石壩方案投資最高，是土工膜心墻壩方案的2倍。根據(jù)SL678- 2014，對(duì)于中低膠凝砂礫石壩，可建在新鮮、微風(fēng)化或弱風(fēng)化基巖上，非巖石地基需要專門論證。目前，國內(nèi)外所有膠凝砂礫石壩均布置在基巖上，沒有非巖石地基筑壩經(jīng)驗(yàn)供本工程借鑒，國內(nèi)也沒有將膠凝砂礫石壩做永久壩使用案列[9]。因此不推薦膠凝砂礫石壩方案。

扶臂式擋水墻相比與土工膜心墻壩投資高，但是扶臂式擋墻結(jié)構(gòu)，依靠鋼筋混凝土直墻進(jìn)行擋水，混凝土結(jié)構(gòu)的防沖效果與砂礫料土工膜心墻相比，更為可靠。并且扶臂式擋墻結(jié)構(gòu)緊湊，可以增大內(nèi)庫庫容。扶壁式擋水墻優(yōu)勢(shì)更加明顯，因此推薦扶壁式擋水墻。3個(gè)方案的具體比選情況見表1。

3 結(jié)語

根據(jù)金溝河特殊的地質(zhì)地形條件，從工程實(shí)際出發(fā)，通過詳細(xì)的布置和概算分析，得出最優(yōu)方案為扶壁式擋水墻。雖然最終選取了傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)，但為高引水比，多泥沙河流的建筑物設(shè)計(jì)提供了借鑒，并為今后類似工程設(shè)計(jì)提供思路。

[1] 孫麗. 金溝河引水渠首泥沙處理的設(shè)計(jì)[J]. 中國水運(yùn). 2016, 16(06): 222- 223.

[2] 逢煥春. 新建瑪納斯河彎道式引水渠引水防沙技術(shù)研究[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2013(08).

[3] 新疆水利水力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 金溝河流域規(guī)劃報(bào)告[R]. 新疆. 2008.

[4] 新疆水利水力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 金溝河引水樞紐初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R]. 新疆. 2015

[5] SL274- 2001. 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] SL678- 2014. 膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則[S].

[7] 陳濤. 膠凝砂礫石壩的設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[J]. 水利科技與經(jīng)濟(jì), 2008(04).

[8] 劉永富, 李海波, 馬振梅. 淺談?chuàng)跬翂τ?jì)算高度的取值[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2004(03).

[9] 楊晉營, 燕荷葉, 閆國保. 工程條件對(duì)膠凝砂礫石壩的影響分析[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2016(01).