淺談龍鳳山灌區(qū)營(yíng)城子干渠渠首工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

□ 李 巖

龍鳳山灌區(qū)位于松花江右岸的拉林河支流牤牛河中下游，地理坐標(biāo)為東經(jīng)126°40′～127°40′，北緯44°45′～45°15′，是以龍鳳山水庫(kù)為主要水源的大型灌區(qū)。灌區(qū)總面積61.3萬(wàn)畝，耕地面積45.96萬(wàn)畝，設(shè)計(jì)灌溉面積39.7萬(wàn)畝。現(xiàn)有水田面積31.7萬(wàn)畝，分為5個(gè)區(qū)即小山子、光輝、民意、衛(wèi)國(guó)、營(yíng)城子。其中營(yíng)城子干渠自牤牛河引水。

營(yíng)城子渠首工程實(shí)施方案設(shè)計(jì)過(guò)程：根據(jù)1999年水利部文件，水農(nóng)[1999]459號(hào)《關(guān)于開(kāi)展大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃編制工作的通知》，2000年作《龍鳳山灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃》設(shè)計(jì)，同年通過(guò)了上級(jí)部門(mén)的審批，被列入全國(guó)大型灌區(qū)之一。2001年五常縣又被納入了全國(guó)節(jié)水重點(diǎn)縣，《龍鳳山灌區(qū)節(jié)水續(xù)建配套項(xiàng)目可行性研究》是在《龍鳳山灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃》的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，灌區(qū)的總體設(shè)計(jì)布局不變，所有工程以規(guī)劃設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)。2002年編制了《黑龍江省五常市龍鳳山灌區(qū)節(jié)水改造與續(xù)建配套工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》。2007年在灌區(qū)的總體設(shè)計(jì)布局以可研設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)營(yíng)城子渠首工程實(shí)施方案。

營(yíng)城子干渠渠首工程位于龍鳳山水庫(kù)下游50km、牤牛河九三公里鐵路橋下游1.3km處。原渠首工程包括進(jìn)水閘、溢流壩。其中溢流壩原壩長(zhǎng)130m，堆石結(jié)構(gòu)，壩高3.0m，壩頂高程163.00m，1973年對(duì)壩體進(jìn)行了整修加固，采用壩頂混凝土、罩面護(hù)砌。現(xiàn)壩體塊石脫落嚴(yán)重，壩頂沉陷，年年維修，現(xiàn)壩頂高程163.30m，存在安全隱患。進(jìn)水閘建于2005年，位于攔河壩右岸200m處，孔口尺寸為6孔1.75m×1.5m，底板高程為161.50m，為鋼筋混凝土與漿砌石混合結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)引水流量Q=10.42m3/s，工程現(xiàn)狀尚好。

該工程，2008年完成了施工圖設(shè)計(jì)，2009年開(kāi)始施工。2010年主體工程完成。2011年投入運(yùn)行。

一、壩線選擇及工程總體布置

（一）壩線選擇

本次設(shè)計(jì)新建永久性溢流壩工程，在壩體右側(cè)設(shè)泄洪沖砂閘1座：起到防洪、沖砂、過(guò)冰、控制河道主流等作用。

原壩線處堆石壩無(wú)利用價(jià)值。在原壩線新建溢流壩、泄洪沖砂閘施工難度較大，因壩體需要全部拆除，同時(shí)需要滿足正常引水要求，故不作為比選壩線。

根據(jù)渠首工程地形地貌、渠首總體布置、引水灌溉等要求，布置兩條壩軸線。上壩線在原壩線上游60m, 下壩線在原壩線下游150m。2條壩線布設(shè)建筑物：左側(cè)攔河溢流壩、右側(cè)泄洪沖沙閘。上、下壩線比較均不計(jì)入進(jìn)水閘、固灘工程。

上壩線方案：布置在原壩線上游60m處，左側(cè)為溢流壩。右側(cè)設(shè)置泄洪沖砂閘。主要考慮離進(jìn)水閘引水渠較近；施工期可利用灘地布置場(chǎng)地，利于施工導(dǎo)流。溢流壩長(zhǎng)90m,堰頂高程163.30m，泄洪沖砂閘3孔×12m,底坎高程160.00m。

下壩線方案：布置在原壩線下游150m處，左側(cè)為溢流壩，右側(cè)設(shè)置泄洪沖砂閘。河床右側(cè)灘地可布置施工場(chǎng)地。溢流壩長(zhǎng)90m,堰頂高程163.30m， 泄洪沖砂閘3孔×12m,底坎高程159.00m。

上壩線方案工程投資960萬(wàn)元。下壩線方案工程投資1105萬(wàn)元。上壩線比下壩線省145萬(wàn)元經(jīng)過(guò)比較，選用上壩線方案。

（二）工程總體布置

營(yíng)城子區(qū)渠首位于龍鳳山水庫(kù)下游50km，牤牛河九三公里鐵路橋下1.3km處，營(yíng)城子渠首由進(jìn)水閘、溢流壩、泄洪沖砂閘及固灘四部分組成。

進(jìn)水閘2005年建成。設(shè)計(jì)水位163.25m，設(shè)計(jì)流量10.42m3/s。

二、溢流壩

進(jìn)水閘2005年建成。上游設(shè)計(jì)水位163.25m，下游設(shè)計(jì)水位163.11m，閘底板高程為161.31m，設(shè)計(jì)流量10.42m3/s。由溢流壩至進(jìn)水閘由210m引水渠連接，渠道比降為1/5000。因此堰頂高程選擇163.30m。

（一）結(jié)構(gòu)布置和材料

溢流壩由進(jìn)口段、控制段、消力池段及海漫段組成，總長(zhǎng)91m。設(shè)計(jì)泄流量585m3/s。

進(jìn)口段前部渠底高程160.00m，采用0.4m厚雷諾護(hù)墊干砌石護(hù)砌，長(zhǎng)10m。進(jìn)口段導(dǎo)墻為懸臂式，控制段前渠底采用厚度0.6m的鋼筋混凝土板，護(hù)砌長(zhǎng)8m,底高程160m。

控制段現(xiàn)狀溢流壩壩頂高程為163.30m，經(jīng)多年運(yùn)用，水流順暢，高度合適。本次設(shè)計(jì)堰頂高程163.30m。長(zhǎng)10m，堰體為WES堰，泄流寬度為90m，每10m設(shè)一伸縮縫，凈寬90m。堰體底板上下游均設(shè)齒墻。

消能選擇底流消能形式。消力池長(zhǎng)度12m，底高程159.2m，凈寬度90m。采用分離式，底板為1.2m厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。左、右側(cè)采用懸臂式邊墻。

海漫段采用雷諾護(hù)墊護(hù)砌長(zhǎng)34m，厚度0.4m。下設(shè)0.15m厚砂礫石，無(wú)紡布反濾。末端設(shè)拋石結(jié)構(gòu)防沖槽。海漫段兩側(cè)護(hù)坡坡比為1：2.5，采用0.4m厚雷諾護(hù)墊干砌石，下設(shè)0.15m厚砂礫石，無(wú)紡布反濾。固腳采用混凝土梯型結(jié)構(gòu)，下底寬1m，上底寬0.9m，高1.0m。

（二）設(shè)計(jì)計(jì)算

1.水力計(jì)算

堰型設(shè)計(jì)：采用開(kāi)敞式WES型實(shí)用堰，確定堰面曲線方程為：

雙圓弧曲線參數(shù)為：R1＝0.5，Hd=1.2m；a＝ 0.175，Hd=0.42；R2＝ 0.2，Hd =0.48；b=0.282，Hd=0.68。冪曲線在堰頂下游處與半徑為3.04m，圓心角51°的反弧段相切，反弧段在159.20m高程處與消力池底板相切。

泄流能力計(jì)算：采用《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL253-2000）中開(kāi)敞式WES型實(shí)用堰的泄流能力公式進(jìn)行驗(yàn)算，當(dāng)溢流壩寬度90m,上設(shè)人行橋，凈過(guò)流寬度B=79.2m時(shí)，溢流壩過(guò)流能力滿足設(shè)計(jì)流量要求.

消能計(jì)算：計(jì)算消力池的長(zhǎng)度、深度及底板厚度，海漫段長(zhǎng)度，防沖槽深度。

根據(jù)上游設(shè)計(jì)水位，下游設(shè)計(jì)水位，經(jīng)計(jì)算深度為0.8m，消力池長(zhǎng)度18m。消力池底板厚度經(jīng)計(jì)算取值1.20m。海漫長(zhǎng)度經(jīng)計(jì)算得到22.98m，設(shè)計(jì)與沖砂閘海漫段末端相銜接，取長(zhǎng)度33m。

2.擋土墻穩(wěn)定分析計(jì)算

進(jìn)、出口擋土墻均為懸臂式結(jié)構(gòu)型式。進(jìn)、出口擋土墻的高度不同，取最不利斷面分別計(jì)算擋土墻穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)計(jì)算，滿足穩(wěn)定要求。

3.滲透穩(wěn)定計(jì)算

壩基允許滲徑系數(shù)為5，上下游最大水頭差為3.3m。

允許滲徑長(zhǎng)度L=C×ΔH=5×3.3=16.5m，而防滲長(zhǎng)度為32m，大于允許滲徑長(zhǎng)度，滿足防滲要求。

三、泄洪沖砂閘

（一）工程布置

泄洪沖砂閘由進(jìn)口段、控制段、消力池段及海漫段組成，總長(zhǎng)91m。設(shè)計(jì)泄流量618m3/s。

進(jìn)口段前部底高程160m。采用0.4m厚雷諾護(hù)墊干砌石護(hù)砌長(zhǎng)10m。進(jìn)口段導(dǎo)墻為懸臂式，墻頂高程166.45m。控制段前渠底采用厚度0.6m的鋼筋混凝土護(hù)砌，長(zhǎng)度8m，底高程160m。

控制段根據(jù)審查意見(jiàn)及考慮過(guò)冰。閘室為3孔，每孔泄流寬度為12m、長(zhǎng)8m、寬頂堰，堰頂高程160m。每孔設(shè)一伸縮縫，中墩為縫墩。墩頂高程166.45m，上部設(shè)2.1 m寬人行廊橋。

消能選擇底流消能形式。消力池長(zhǎng)度18m，底高程159.2m，凈寬度42m。采用分離式，底板為1.2m厚的鋼筋混凝土。左、右側(cè)為懸臂式邊墻，墻頂高程166.45m。

海漫段長(zhǎng)35m,設(shè)0.4m厚雷諾護(hù)墊干砌石護(hù)砌，末段設(shè)拋石結(jié)構(gòu)防沖槽。海漫段兩側(cè)堤坡坡比為1：2.5，采用0.40m厚雷諾護(hù)墊干砌石護(hù)砌，護(hù)砌長(zhǎng)度為38m。

（二）設(shè)計(jì)計(jì)算

泄洪沖砂閘過(guò)流能力計(jì)算：采用寬頂堰流量公式， B=36m(每孔凈寬12m,分3孔)。過(guò)流能力計(jì)算結(jié)果,滿足設(shè)計(jì)流量要求。

消能計(jì)算：采用底流消能措施,計(jì)算包括消力池的長(zhǎng)度、深度及底板厚度，海漫段長(zhǎng)度，防沖槽深度。依據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）中消能計(jì)算公式。經(jīng)計(jì)算，校核水位下為控制情況。設(shè)消力池深度0.8m,長(zhǎng)度為18m。

海漫長(zhǎng)度：校核水位計(jì)算長(zhǎng)度為33.34m，取海漫長(zhǎng)度35m。

防沖槽面積：取防沖槽深度為2m。經(jīng)計(jì)算面積為18.28m2。

控制段（閘室段）穩(wěn)定計(jì)算：控制段（閘室段）采用U型槽結(jié)構(gòu)，中墩分縫，共3孔。選擇其中1孔進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265-2001中的抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算：校核水位情況下，開(kāi)閘放水。經(jīng)計(jì)算滿足抗滑穩(wěn)定要求。

閘室段基底應(yīng)力：經(jīng)過(guò)計(jì)算，滿足穩(wěn)定要求。

擋土墻穩(wěn)定計(jì)算：進(jìn)出口擋土墻均為懸臂式結(jié)構(gòu)形式。取最不利斷面進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)與受力條件均與溢流壩部分的相同，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)溢流壩部分，滿足穩(wěn)定要求。

滲透穩(wěn)定計(jì)算：閘基允許滲徑系數(shù)為5，上下游最大水頭差為3.3m。允許滲徑長(zhǎng)度L=C×ΔH=5×3.3=16.5m，而防滲長(zhǎng)度為28m，大于允許滲徑長(zhǎng)度，滿足防滲要求。

四、廊道建筑設(shè)計(jì)

根據(jù)水利設(shè)計(jì)與環(huán)境景觀設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)啟閉機(jī)房及廊道。

廊道坐落于泄洪沖砂閘墩上。廊道總高3.9m。長(zhǎng)×寬為52.80m×2.65m。整座建筑仿明清風(fēng)格，屋面為橙黃色琉璃瓦，朱紅柱身，寶藍(lán)色及白色涂料裝飾塊，墨綠色鐵藝欄桿，配以琉璃掛落、雙龍戲珠、戧獸、寶頂、博古等裝飾構(gòu)件，色彩艷麗，又富于變化，建筑立面處理風(fēng)格統(tǒng)一。同時(shí)，廊亭與周圍翠綠景觀互相襯托，給人端莊、寧?kù)o的美感，同時(shí)將生活、工作、休憩等功能有機(jī)結(jié)合，為渠首增加了一道靚麗的風(fēng)景。

五、結(jié)論

按照以上設(shè)計(jì)要點(diǎn)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，結(jié)合設(shè)計(jì)技術(shù)說(shuō)明，可以滿足施工要求。