金雞灘水利樞紐工程技術方案比選研究

何善國

（廣西南寧水利電力設計院 廣西南寧 530001）

金雞灘水利樞紐工程技術方案比選研究

何善國

（廣西南寧水利電力設計院 廣西南寧 530001）

本文側重從河道地形條件的角度，分析了金雞灘水利樞紐各比選壩址方案的地形等環境特點和選定壩址河段的不利地形條件給工程設計帶來的難點難題。研究了壩線選擇、樞紐布置、水工建筑物選型和一期施工導流布置等技術方案，因應反“S”形壩址河道形態、天然河道空間尺度不足、高邊坡等復雜地形環境及其某些因素限制的設計策略，優選了適應壩址地形地勢等環境條件的適宜方案，實施后獲得了預期效果并經過了運行實踐檢驗。

地形條件 壩址選擇 樞紐布置 水工建筑物選型 技術方案比選 因應策略 金雞灘水利樞紐

1 前言

水利或水電樞紐工程，在地形環境較復雜的丘陵山區通航河流河谷段尋選壩址，壩址河道空間形態和不利地形條件等環境因素及其限制，可能給樞紐工程及水工建筑物布置等設計增加難度或造成難題。雖然當今工程施工裝備很先進、技術力量很強大，地形似乎不再是工程施工的制約因素，可以擴寬河槽、裁直航道、掘挖明渠等，可以實現工程設計意圖，但不合理的擴寬等大開挖可能危及近岸邊已有國家重要設施安全而受到限制，還可能造成土石方挖填失衡，產出過多的棄土棄渣及其處置將對環境造成諸多負面影響，將受到生態環境的制約，增加土石方工程投資過多，技術經濟指標也不合理。面對壩址河道復雜不利地形因素限制，工程設計如何因應和研究選擇適應地形環境的適宜方案，值得思索。

2 工程概況

金雞灘水利樞紐工程系低水頭河床徑流式水利工程，位于廣西南寧市隆安縣境內，是珠江流域西江水系郁江干流綜合利用規劃第6個梯級，壩址以上集雨面積32506km2，多年平均流量472m3/s。工程建設任務是以發電、航運為主，兼有灌溉等綜合利用效益，水庫正常水位88.60m，總庫容2.309億m3，電站總裝機容量72MW，多年平均發電量3.343億kW?h，過壩通航建筑物為1000t級船閘，攔河壩最大壩高42.7m，擋水建筑物按100年一遇洪水設計，相應下泄流量9720m3/s，500年一遇洪水校核，相應下泄流量10900m3/s。概算總投資6.152億元，設計工期44個月。主體工程于2003年12月開工，船閘工程于2005年12月通過交通部門驗收并試通航，2006年3月第1臺機組投產發電，2007年2月3臺機組全部建成并網運行，樞紐工程于2010年2月3日通過竣工驗收。

3 壩址選擇及地形條件分析

壩址河段左右轉彎曲程度、河床地形高低、河槽平面寬窄和直線河段長短、河岸自然邊坡陡緩等河道空間形態與尺度等地形因素，對河水主流態勢、樞紐布置、施工組織設計、交通等產生重大影響。對于在低山丘陵河谷河段建設低水頭河床徑流式水利工程，因壩高較小（如低壩或中低壩）而對地質條件要求不是很高，此時地形條件可能成決定壩址方案成立與否的關鍵影響因素。因此，在山區通航河道考查壩址，自然條件方面除了考察工程及水文地質、水文、河勢、生態環境等因素外，應重視壩址河段地形地勢及河槽自然尺度等地形條件的勘查與分析。

3.1 壩址分析及選擇

金雞灘壩址是規劃梯級壩址，20世紀70至90年代，有關部門和設計單位曾對該梯級壩址開展過地質勘探和工程布置設計研究活動。2000年該項目獲重新立項，之后隨即開展了工程可行性研究，對壩址及其選擇問題進行了深入的勘察設計研究。擬定比選壩址方案時考慮了幾個主要原則，首先，右江為常年通航河流，老口梯級及以上干流河道已規劃為Ⅲ級航道，過壩通航建筑物為1000t級船閘，因而壩址河段河槽須滿足船閘工程布置和施工期通航等條件，除此之外，壩址還需基本滿足樞紐閘壩、發電廠房等布置及安全泄流條件；其次，壩址河段需基本滿足施工導流和其他臨時工程布置條件；第三，要考濾與上下游梯級的水位合理銜接問題，上壩進廠的交通道路與左右岸區國家已建公路網應容易連接，受其他環境制約影響較小等。據此，在金雞灘上游10km和下游8km范圍內河段曾進行了踏勘調查，擬上壩址、下壩址、金雞灘壩址（中壩址）等3個壩址進行勘測設計比選研究。

（1）上壩址。上壩址在金雞灘壩址上游2.2km處河段，地形特點及交通現狀是，壩址河道屬U型斷面河谷，河岸及近岸丘陵山地自然邊坡陡斜，平水期河槽水面寬度最寬不超過160m，河道彎曲多變，直線河段長度不超過1.0km；由于該河段兩岸為丘陵山地，山高坡陡，當地社會經濟落后，既沒有低等級鄉村公路抵近或通過壩址岸區，也沒有現成的簡易道路通達壩址現場，現狀交通條件極差。如此地形條件會帶來許多不利影響，首先，由于天然河寬偏小，閘壩及電站廠房建筑物布置較困難，船閘尤其引航道布置更困難，對施工導截流和臨時通航極其不利，不僅臨時工程布置極其困難，而且不利于一期施工期的船只安全通行；其次，需新建進壩或電站公路與外部國家公路網連接，但地形的原因，征地及土建投資較大。再次，從水位銜接條件看，壩址位置往上游移動，與下游梯級水位銜接不順，不利于枯水期下游近壩河段通航。由此知，上壩址不合適。

（2）下壩址。下壩址位于金雞灘壩址下游3km處河段，地形特點是，該壩址已離河谷河段，河道水面變寬，河道平水期水面寬度約200～230m，河道左岸臺地地勢較平緩，右岸山坡及臺地地勢相對較高。該壩址近岸區社會環境現狀是，右岸臺地有南昆鐵路線和公路國道線經過，左岸區下游附近為縣城已建成區和規劃用地區。該壩址的有利條件是，較寬的天然河寬對樞紐建筑物布置、施工導截流和臨時通航比較有利，不利影響是，與左岸銜接的接頭壩較長，右岸接頭壩及上壩交通道路將穿過河岸邊上的南昆鐵路線，此時南昆鐵路約2～3 km路段將處于近壩庫區內，該段鐵路線對樞紐建筑物布置、右岸上壩交通、工程前期工作進度等產生制約性影響，鐵路局段改線建設的前期工作程序復雜、時間長、協調難度大，且投資大。從地形條件和工程環境條件看，隆安縣城至金雞灘下游的其他河段，均不適宜建壩。故在下游河段選壩址也不合適。

（3）金雞灘壩址。金雞灘壩址離下游的隆安縣城約8km，地形特點是，壩址地處河谷出口河段，上游河道朝右拐彎、下游河道向左彎曲，平面上呈反“S”形狀，河段直線長度不足1200m，平水期天然河水面寬約180～200m，河段中上部的河中間有一偏于左河槽的順河狹長天然島嶼，其長700m，最大島寬近100m，灘地最高處高程為83.3m，高出平水期水位5～8m；河床高程62～75m，兩岸山頂高程150～190m，河道兩岸自然植被茂密，自然坡度20～40°，壩軸線下游近壩河段左岸沿河岸的幾座高山上都有高壓輸電線塔架，山頂高程147.6～160m，岸坡偏陡偏高；枯水期左河槽水深較小、孤石出露，壩區主航線在右河槽，至壩軸線下游1000m后主航線偏于左河槽，航道水流流態相對復雜。交通條件及現狀是，左岸有村級公路抵近壩址岸區，右岸金雞屯有小路通達公路國道線。

該壩址的優點是，河槽基本滿足溢流閘壩、電站廠房建筑物的布置要求，也基本滿足一期工程施工期的導流與通航要求；利用河中間有一天然島嶼可減少一期施工臨時圍堰工程量，可縮短圍堰施工期；兩岸進壩（廠）道路較短，右岸僅新建1.5km、左岸改造擴建已有的2.9km舊路便可與國家公路網連通，對外或進壩交通較方便；金雞灘壩址的樞紐建筑物與南昆鐵路線有較大的安全距離，工程布置和工程建設對鐵路沒

有影響；正常水位與上下游梯級水位銜接合理。缺點是天然河寬偏小、河段河道直線長度不足對船閘布置和運用產生不利影響，船閘主體布置在岸坡其基礎開挖出現高邊坡，可能影響山頂輸電線塔架安全，增加船閘工程的設計難度。

綜合考慮，金雞灘壩址無論是地形條件還是交通條件、水位銜接、工程布置條件等均比其他壩址優，故推薦選之。

3.2 不利地形條件下的設計難點分析

經地形及水文地質勘測知，庫區河道兩岸山體雄厚，河道是地下水排泄基面，建庫后常水位及洪水位不出河槽，不存在庫水向兩側鄰谷滲漏的可能，因此就金雞灘壩址及庫區的地形地質條件而言，完全滿足建壩及成庫條件，但河道某些不利的地形因素對樞紐工程及建筑物選型布置和導流設計產生一定的限制性影響，會給工程設計帶來一些難題。

3.2.1 河道寬度不足造成的設計難點

壩址天然河道寬度不足，對低水頭大流量河床徑流式水利樞紐工程布置設計會造成一些不利影響。本壩址河段天然河道平水期水面最大寬度不超過200m，而溢流閘壩段、電站廠房及船閘上閘首按常規設計其總長度需近250 ～270m，為了使泄洪順暢和改善流態，溢流閘壩段一般置于河道中間主流區部位，此時廠房及船閘的一部分或船閘全部將在岸邊或岸上布置，基礎開挖將形成深基坑或高邊坡，土石方開挖及棄渣量均增加，棄渣場面積和工程投資亦增加；天然河寬偏小，一期土石圍堰施工已擠占部分河道過水斷面，將致導流過水斷面寬度變小，流速增大，對船只安全通行不利。

3.2.2 河道直線河段長度不足帶來的設計難題

根據右江航運規劃，右江航道近期、遠期分別為Ⅳ、Ⅲ級航道。經論證，本船閘工程按遠期Ⅲ級航道、1000t級船閘建設。如前所述，由于壩址河段直線長度不足1200m，反“S”形河段形態及地形條件的限制，按常規思路，引航道布置設計不易滿足設計規范要求。

3.2.3 船閘高邊坡問題帶來的設計難點

由于壩區天然河道寬度不足，船閘閘室及部分下游引航道基本布置在岸坡上，基礎基坑要從下半山腰開挖而成，閘室基坑底部最低高程為66.30m，開挖形成的臨時邊坡高度達77.0～85.0m，基坑回筑后永久邊坡高度最大達61.0m，臨時和永久的高邊坡及其穩定性問題，對工程施工、主體建筑物及結構安全運行、左岸邊坡頂部附近山頂220kV高壓輸電線塔架產生較大不利影響，給結構設計增加難度，需要設計者高度重視并認真研究應對措施。

4 不利地形條件下的設計策略

4.1 壩線方案優選

在選定的壩址河段和某些地形條件限制的情況下，如何優選一條合理的壩線，是本樞紐工程設計需要研究解決的關鍵技術問題之一。壩線的合適位置宜根據地形條件、河勢或水流條件，并通過工程布置及技術經濟等綜合比較后優選。本工程，反“S”形狀河段上下游彎道不是急轉彎（轉角大于90°），但河道主流經過上游彎道后需要一定河段長度來調順，并考慮船閘上下引航道布置條件要求，故比選壩線方案宜在反“S”形河道直段中偏上部位擬定并優選。曾擬定3條壩線即上、中、下壩線進行工程布置比選。

（1）上壩線。此處河道寬度比中壩線和下壩線稍大，基本滿足閘壩和廠房建筑物布置要求，而船閘需在岸坡上布置。壩線離上游彎道過近，水流調順段長度過短，按慣性上游河道來水主流將偏向左河槽，建庫后在正常運用期對左岸廠房發電有利，但汛期閘壩泄洪可能不順暢、影響泄流能力且致流態不佳，另外上壩線的上游側河段岸邊自然直線長度約230m過短，不能滿足船閘上游引航道布置要求，需要朝岸內擴挖形成航道，另外兩岸上壩公路較長且布置困難，部分路段開挖形成高邊坡。上游左岸巖石山壁陡峭，引航道土石開挖工程量和土建投資較大。

（2）中壩線。此壩線河道寬度也比下壩線稍大，尚可布置閘壩和廠房建筑物，但船閘需在岸坡上布置。壩線距上游彎道約350m偏近，水流調順段長度不足2倍河寬、偏短，汛期上游來水主流按慣性將朝向左河槽、可能造成閘壩泄洪不順暢，同時上游側河段岸邊自然直線長度偏小，還是需要朝岸內擴挖航道才能滿足船閘上游引航道布置要求，船閘工程開挖工程量和土建投資較大，另外兩岸上壩公路局段開挖形成高邊坡。

（3）下壩線。該壩線距上游彎道約480m，

上下游側河段岸邊自然直線長度均能基本滿足船閘引航道布置要求，河道寬度稍小，樞紐布置有難度，船閘需在岸坡上布置。水流調順段長度不理想，僅為壩軸線處河槽寬度的2.4倍，但下壩線位置不宜再下移過多，壩軸線下游側需要留出上下游閘首段、閘室段和下游引航道位置。汛期閘壩泄洪條件和壩前壩后（包括引航道口門區）流態需要水工模型試驗驗證及優化。兩岸上壩公路較短，近壩路段開挖可避免出現高邊坡。岸上土石開挖工程量和土建投資相對較小。

綜合比較，下壩線優于上中壩線，故選之。

4.2 樞紐布置方案優選

右江是常年通航河流，建壩前壩區左河槽河床及河中島嶼的地面較高，右河槽河床地面較低，枯水期及平水期左河槽水深很淺不具通航條件，天然航道位于壩區河段右河槽，但下游河道拐彎后左河槽為天然航道。水庫蓄水后，庫水位大幅提高，壩前左河槽正常通航最小水深大于5m，滿足船只通行要求。根據工程施工進度目標要求，廠房和船閘是本工程施工進度控制性部位，無論其布于左岸還是右岸均必須在一期施工期同時施工，而二期施工截流、右河槽斷航時船閘工程必須建成通航，首臺機組可利用二期圍堰水位發電。因此，本樞紐建筑物相對位置和施工分期優先順序宜根據上述情況進行布局。

樞紐布置曾擬定左岸船閘右岸廠房、左岸廠房右岸船閘、左岸廠房左岸船閘3個方案進行比選，每個方案均把溢流閘壩段布置于河道主流區部位，以順應河勢利于泄洪。

（1）左岸船閘右岸廠房方案。船閘和廠房分別布于左右岸區并在一期施工期同期開工，左右岸兩區同時圍堰，其位置完全擠占了左右部河槽，中部河槽導流過水斷面很小，施工洪水位較高且流速大，無法滿足臨時通航安全要求，船閘或廠房須向岸上移，以擴大一期導流過水斷面，無論是圍堰工程還是永久主體工程，其土石工程量及投資均很大。該方案使左岸船閘上下游引航道順應河道水流趨勢，與天然航道的銜接順暢，易滿足通航條件要求。

（2）左岸廠房右岸船閘方案。左岸廠房雖有利于發電，但右岸船閘的上下游引航道與天然航道銜接不順。除此之外，其他缺點與左岸船閘右岸廠房方案相同。

（3）左岸廠房左岸船閘方案。電站廠房和船閘同布于河道左側與2孔閘壩（含3號中墩）在施工一期內同時開工，電站正常發電時期河道水流將偏向左邊，船只從上游進入左岸引航道時較順應水流趨勢，而下游左岸引航道末端正好與下游左河槽天然航道自然銜接，利于船只安全航行。利用右河槽天然航道作一期施工導流，一期施工期間可正常通航，且可實現工程二期施工截流、右河槽斷航時船閘建成通航和電站首臺機組利用二期圍堰及閘壩1、2號閘孔下閘蓄水提前發電的工程施工階段性目標。

從河道水流趨勢及地形環境的適應性、建壩前后航道位置及與上下游天然航道的銜接條件、一期施工導流及臨時通航條件、開挖量及投資指標和工程建設目標等方面的綜合考察，左岸廠房左岸船閘方案優勢明顯，故被選定為實施方案。

4.3 應對高邊坡問題的樞紐局部調整

船閘閘室段基坑開挖施工過程中，因裸露邊坡不及時襯護，受到日曬及雨水影響，左岸高邊坡下部局部地段產生多次崩塌，邊坡上部受影響而出現開裂和變位，危及山頂高壓輸電塔架安全，船閘基坑無法繼續下挖。為永久解決船閘左岸高邊坡穩定性問題，在溢流閘壩和廠房位置不變的前提下，優化壓縮廠房安裝間左側邊墻的結構尺度（壓縮2m），并優化其與船閘上閘首右側閘墻的分縫銜接方式，將樞紐作了適當的局部調整，即船閘軸線及閘室和上下閘首向河中方向平移2m，船閘基坑開挖下部臨時邊坡適度放緩，同時移走山頂高壓輸電塔架，并削緩邊坡、降低高邊坡高度形成高程為120.0m平臺，把原布置于壩軸線上游側左岸辦公生活區前的升壓站移到該平臺，使電站廠房出線與升壓站的連接更順。

4.4 溢流閘壩布置設計策略

本樞紐工程的特點是河床式、水頭小、流量大，閘壩段泄洪溢流前緣較長，作為擋水建筑物的發電廠房段的機組尺寸和過壩通航建筑物上閘首橫向尺度均相對較大，這三大水工建筑物將占據較大的河道橫向寬度。根據壩區河段自然河寬和河勢情況，溢流閘壩設計時，在閘壩布置形式、閘門孔數及孔口尺度、堰型及其堰頂高程、閘墩厚度等采取了有效應對措施。

溢流閘壩采用開敞式低堰大孔口有閘控制

布置形式，以降低壩前洪水位、減少庫區淹沒損失。百色水利樞紐建成后，右江防洪能力將提高到50年一遇。因此，要求本工程泄水建筑物在渲泄50年一遇及以下各級洪水（在百色水庫限泄3000m3/s流量情況下）時壩上雍水比同標準的天然洪水線的增高值應不大于0.3m。為滿足這一要求，溢流閘壩須布置在河床偏右主河槽中，以求泄流順暢、獲得較大的泄洪能力，壩后消能方式采用底流消能。為適應壩址天然地形環境條件，在河床自然寬度和廠房及船閘規模及基本尺寸確定情況下，采取的技術策略是盡可能縮短溢流閘壩前沿總寬度，增大閘孔尺度及優化布置方案，并盡可能降低堰頂高程。溢流閘壩堰型采用流量系數相對較大的WES曲線實用堰，堰上設計水頭Hd經優化由初設的18.0m變至實施的13.6m；堰頂高程比較了3種方案，最后選用75.0m；閘墩厚度經比較，中墩厚取3.0m，邊墩厚取2.5m；閘孔數及孔口寬度等比較了多個方案，經水力計算和水工模型試驗，各布置方案均滿足泄洪能力及淹沒水位限制要求，壩后流態平穩并接近天然狀態，其中7孔×16m（孔口寬）方案的溢流壩總長度較短，投資較少，故選之。

4.5 電站機組選型策略

針對壩區河段自然河寬不足，電站機組機型和臺數選擇時采取相應的對策是，在優先考慮適應發電水頭變幅能力及提高發電效益等因素的同時，選取較小的廠房布置尺度，應盡可能壓縮廠房沿壩軸線方向的總長度，以減輕樞紐其他建筑物布置壓力。

廠房長度與機組臺數及廠房形式有關，當電站裝機容量一定時，機組臺數愈多，廠房長度愈大。本電站形式為河床徑流式，流量變幅大，機組臺數過少則使單機容量過大，枯水期水量不足時，使機組在低效率區運行，影響機組的出力和效率，同時單機容量過大將使轉輪直徑過大，單機設備造價變得昂貴。經綜合比較，機組臺數選用3臺，其優點是不僅機組運行工況較優、運行方式靈活、廠房投資指標合適，而且廠房長度合適。鑒于本電站機組最大工作水頭不超過15m，最低設計水頭3.5m，發電設計引用流量729.6m3/s，屬低水頭大流量徑流式電站，選用燈泡貫流式機組更適應本工程電站發電水頭變幅特點，同時比立式軸流式機組可獲提高4%的發電效率即每年增加約1350萬kWh發電量的良好效益。沿壩軸線方向的廠房長度，本電站燈泡貫流式機組比立式軸流式機組不僅縮短了廠房長度19m，給樞紐其他建筑物布置留出了較多空間，更適合本壩址天然河道寬度相對不足的地形環境條件,而且流道簡單、方便施工，土建工程量小，利于縮短電站廠房土建施工工期。

4.6 船閘布置設計策略

4.6.1 縮減閘室及閘首尺度及其技術措施

本船閘按1000t級規模設計，閘室有效長度為190m、凈寬12m、吃水深度3.5m。在滿足布置要求的前提下，為減少船閘主體工程量，實施階段對船閘結構布置及門型進行了比選及優化，以求縮減閘室結構尺寸。為適應本壩軸處天然河寬較小的地形條件，根據地質條件和結構要求，上閘首及閘室第1～4段采用整體式結構，兩邊墩寬均取8m，閘首凈寬12m，故上閘首沿壩軸線方向的總寬為28m，比同類型的船閘閘首總寬小約6m左右；按規范要求，本閘室的有效長度為190m，在布置上充分利用上閘首的下游側及下閘首的上游側工作門外的有效空間作為閘室有效長度的一部分，經計算把閘室段結構長度壓縮至178.5m，閘室段長度縮短了11.5m；上閘首工作門型曾比較了人字門及下沉門，鑒于我院金結專業人員對12m跨度下沉平板門側封止水構造的創新性優化設計，其成果的應用，解決了側封止水片變形漏水等問題，液壓啟閉設備應用比例控制技術，解決了啟閉不同步致閘門卡槽等技術難題，大大降低了運行維修率，提高了船閘運行效率，滿足本工程要求，故推薦選用下沉門，使上閘首長度縮短8m。上述一系列的優化設計，使船閘主體長度沿縱向軸線方向縮短了19.5m，減輕了壩址直線河段長度偏小對下游引航道布置的壓力。經船閘輸水系統模型試驗驗證，船閘閘室的優化設計方案合理可行，實施后經過了近8年的運用實踐檢驗，達到預期效果。

4.6.2 優化上下游引航道布置

初設階段，按規范金雞灘水利樞紐船閘上、下游引航道直線段長度均為385m，其中導航段110m，調順段165m，停泊段110m，引航道底寬正常段38m、口門區段57m。技施階段，針對壩址直線河段長寬度不足等問題，船閘引航道布置

設計上采取如下一些技術優化措施。

首先，上下游引航道按實際地形條件布置，并根據《船閘總體設計規范》（JTJ 305-2001）5.5.1.1條第（7）款“對山區Ⅲ～Ⅶ級和平原Ⅵ～Ⅶ級的船閘，當受地形等條件限制，不能滿足直線段長度要求時，可在滿足安全進、出閘和通過能力要求的條件下，通過技術經濟論證進行布置。”的規定，按通航1000t船只來優化上下游引航道直線段長度，并復核船閘通過能力。根據《船閘總體設計規范》要求，引航道直線段長度取3.5倍單船長（1000t駁船船型長度為67.5m）即直線段長度為238m（其中導航段長68m，調順段102m，停泊段68m），由此，上、下游引航道均可縮短147m。經水工模型試驗驗證，優化縮短后的上、下游引航道口門區水流條件滿足通航要求。因地形等條件限制，引航道直線段長度比規范要求短，過閘速度比正常情況稍慢，但經船閘通過能力的計算復核，船閘的設計通過能力近期和遠期單向年過閘貨運量均滿足遠期預測貨運量的要求。

其次，上、下游引航道采用反對稱平面布置方式，以適應河段河勢、河道岸邊地形，減小岸上開挖工程量。上游引航道導航段沿河外側（河中一側）保持直線、內側向岸邊斜線擴展，至調順段后以平行于導航段外側線向上游延伸至停泊段及制動段，下游引航道布置與上游引航道相反。

2005年12月船閘通過了交通部門組織的初步驗收并試通航，據現場體驗和船主反映，船只通過閘室和上下游引航道及口門區較平順，船閘運行效果好。

4.7 船閘高邊坡處理措施

壩軸線下游左岸山體巖性主要為泥巖，上部為含砂石粘土和全風層，中部為強風化層，下部為弱風化至新鮮巖層。船閘高邊坡原設計經比較采用全削坡方案，邊坡下部支護結構為閘室鋼筋混凝土邊墻及引航道混凝土擋土墻，墻頂以上邊坡沿垂直高度每8～10m設一馬道，閘室中前段對應所處山坡其頂高程147.6m，該段閘室邊墻頂以上永久邊坡坡比1∶1.5，船閘閘室末段和下閘首段對應所處山坡其頂高程160.0m，該段墻頂以上永久邊坡坡比1∶1～1∶1.25。

由于閘室邊墻高度達24m，墻頂以上永久邊坡高達53m，為適應高邊坡的地形地勢和邊坡底部的受力環境，提高結構穩定性，邊墻經方案比較優選了衡重式斷面形式，衡重臺面以下墻背緊貼開挖的巖石面，衡重臺面之上選用排水效果較好的砂石土回填，并埋設反濾排水管引排地面及地下滲水至河道，墻頂以上邊坡防護面層為薄層噴錨砼襯砌結構，馬道及邊坡邊沿布設截排水溝，坡面埋設點狀分布式反濾排水管。

船閘邊坡開挖過程中，發現閘室中前段邊坡局部有軟弱破碎帶并有滲水，船閘主體段高邊坡裸露過久（施工單位不及時襯護，裸露時間超過半年之久）而多次塌方，危及高壓輸電鐵塔及基坑施工安全，后比較了適當削坡加預應力錨桿支護和削緩坡方案，預應力錨桿支護方案的投資較大且施工期較長，船閘工期延后影響樞紐工程總進度，負面影響較大，故此方案不可取；削緩坡方案因投資較小，具工程技術簡單、利于快速施工、快速除險、施工期短等優點，故采用。處理措施除了調整移動船閘位置和移走輸電鐵塔外，對高邊坡采取削坡減載和改變襯護結構等措施，即山頂高程由147.6m降到120.0m，經穩定分析計算，永久邊坡需由原來1∶1.5放緩到1∶2，臨時開挖邊坡由原來1∶0.5放緩到1∶1；表層支護結構由薄層噴錨砼改為漿砌石，并完善排水措施。

船閘閘室末段和下閘首段臨時邊坡較陡，巖層傾角不利，局部范圍巖石裂隙發育，泥巖開挖后因暴露過久，經過日曬及雨水作用，下部邊坡局部軟化崩塌，并不斷發展到邊坡中上部。根據左岸通航建筑物邊坡地質條件的變化情況，對高邊坡及擋土墻重新進行了穩定性計算分析，根據計算成果需采用進一步削緩邊坡處理，穩定安全系數才能滿足規范要求，永久邊坡坡比由原來1∶1～1∶1.25統一放緩為1∶1.5，表層支護采用漿砌石結構，并完善排水措施。

4.8 一期施工導流設計優化

工程施工分期和施工導流設計方案應有利于節省圍堰工程量、利于一期施工導流及臨時通航安全、利于縮短工期、提前發電等，并根據河床地形、河道水勢及其通航條件和工程布置等具體情況合理選擇。本工程經綜合比較，主體工程施工分兩期。僅從本壩址河段地形條件、河道水勢和現狀航道位置情況來考察，樞紐布置方案不

宜選擇右岸船閘右岸廠房方案，不宜把右岸區列為一期施工區，因為壩區左河槽河床及河中島嶼的地面較高，枯水期及平水期左河槽水深很淺不具通航條件，若右岸區先施工，為了使左河槽滿足通航，則需要疏浚左河槽長度近1200m，疏浚開挖工程量大。由樞紐布置方案比選結果知，左岸廠房左岸船閘方案較優，列為一期工程先施工，一期施工期間可利用右河槽天然航道導流和船只通航，且可實現較短時間內船閘建成通航和電站首臺機組提前發電的工程施工階段性目標。

以閘壩3號中墩為界，左岸區主體工程包括船閘、電站廠房、2孔閘壩段及3號中墩（含導墻）等列為一期工程先施工。圍堰及導流工程布置尤其是縱向圍堰設計充分利用河中間自然形成的狹長砂灘島嶼這一地形條件，可減小一期臨時圍堰尤其是縱向圍堰工程量，縮短圍堰施工期。圍堰工程包括一期縱向及下游砼圍堰和臨時土石圍堰，縱向砼圍堰軸線與閘壩3號中墩重合。為了一期砼圍堰及3號中墩的施工，需要在一期混凝土圍堰外側做臨時土石圍堰。一期施工臨時土石圍堰擠壓了右河道部分過水斷面，為保證過流能力，減小縱向流速，在縱向圍堰長度及其進出口外側一定范圍內的河段右河槽，采取適當疏浚（清除河床暗礁）擴寬（往岸邊開挖）河道的方法來增大導流過水斷面寬度，并通過施工導截流模型試驗驗證及設計優化，對不滿足通航流速要求的個別斷面或個別測點進行了斷面優化調整，改善了水力條件及過流流態，確保了一期施工期間船只安全通航。

5 結語

根據金雞灘水利樞紐工程壩址地形條件及其問題，設計采取的因應策略是適宜的，選擇的金雞灘壩址是合適的，樞紐總體布局及三大水工建筑物布置合理。工程建成投產以來，運行情況正常。

針對壩區天然河寬偏小情況，設計采取合理壓縮沿壩軸線方向建筑物總長度的措施取得了實效，閘壩段、主廠房段、船閘上閘首段三段共優化壓縮32.5m，減少邊坡土石開挖工程量近100萬m3。

針對壩址河道平面形態及岸邊直線河段長寬不足的實際情況，船閘上閘首及閘室結構和引航道通過合理布局與設計優化，水流條件滿足規范要求并得到水工模型試驗驗證，過閘貨運量大于預測指標，滿足要求。實施后僅船閘工程就節省投資約1036萬元，其中引航道部分節省670萬元。

針對船閘高邊坡問題，采取了上部卸荷減載、放緩邊坡、下部固腳支護并完善截排水措施等進行綜合整治。從施工和工程運行情況分析，經整治處理后，已消除影響高邊坡工程安全的重大隱患，但運行中需要注意巡查和對邊坡設施的維護管理。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.09.021

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1672-2469(2014)09-0066-07

何善國（1964年—），男，教授級高級工程師。