丹江干流丹鳳縣城區(qū)液壓壩工程設計

鳳宏亮

（陜西水環(huán)境工程勘測設計研究院，陜西 西安 710018）

1 工程概況

丹鳳縣屬土石山區(qū)縣，有“九山半水半分田”之稱，縣城位于丹江中游商丹盆地東端的龍駒寨鎮(zhèn)，境內丹江均為丹江國家濕地公園范圍，城區(qū)丹江河道兩岸均已修建防洪工程，漿砌石護坡，城區(qū)丹江中部及上游修建橡膠壩水面工程，丹江漂流起于此，下游河道呈自然狀態(tài)，河槽較深，灘面寬闊。

液壓壩水面工程蓄水范圍上至東河口以上50 m現狀2號橡膠壩，下至滬陜高速橋下游300 m，約1.4 km，攔蓄形成水面，改善水生態(tài)環(huán)境。主要建筑物為新建液壓壩一座，壩長114 m，壩高3.5 m；新建丹江右岸護岸工程長305 m；河道灘區(qū)綠化工程等。

工程等別為Ⅴ等小（2）型工程，建筑物級別為5級。防洪標準10年一遇洪水洪峰流量為1310 m3/s。

2 壩址選擇

根據總體布設，主要從工程地質、主要工程量、回水長度、蓄水效果等方面進行對比選擇，擬定上、中、下3處壩址進行比選：上壩址位于東河口下游430 m；中壩址位于東河口下游830 m；下壩址位于東河口下游1050 m。比較結果見表1。

表1 壩址分析選擇表

3 壩型選擇

設計壩型選擇的原則：壩基要起到穩(wěn)定河床的作用，壩體要形成攔蓄水面景觀，過洪時要塌壩能滿足行洪要求。根據本河段河道屬性、洪水特性、地形條件、旅游要求等條件，若采用漿砌石、混凝土溢流壩等壩型，則河道推移質容易產生淤積，影響河道過洪能力和防洪安全，故分別對橡膠壩、液壓壩、自動翻板閘等3種壩型進行比選，比選結果見表2。

4 工程設計

4.1 主要高程參數確定

現狀工程區(qū)河底高程約539.00 m～533.00 m，河道縱比降2.6‰，設計蓄水水面高程確定為540.50 m，設計壩底板高程為537.00 m，壩高為3.5 m。上游回水末端東河口處丹江枯水位539.00 m，現狀河槽平均高程538.50 m，工程建成蓄水后蓄水深度達到2.0 m。

4.2 液壓壩結構設計

設計壩長114 m，為滿足枯水期丹江漂流的正常應用，預留枯水期漂流通道，采用102 m長×3.5 m高+12 m長×4.0 m高壩板組合，壩面為平板型鋼板，設計壩高3.50 m、4.00 m，正常蓄水位3.50 m、4.00 m。壩板單扇寬度6 m，共19扇，為3.5 m高17扇和4 m高2扇，液壓壩壩面由背水面的液壓缸支撐，通過油管路由液壓泵站控制。岸邊設控制室（管理房）1座。

表2 壩型比較表

4.3 主要建筑物設計

壩底板（垂直水流方向）長114 m，（順水流方向）長8 m，壩軸線位于壩底板2.4 m處，厚1.5 m，采用C30鋼筋砼澆筑，底部鋪設10 cm厚C10素砼墊層。

消力池（垂直水流方向）長114.15 m，（順水流方向）長27 m，底板厚0.8 m，采用C30鋼筋砼澆筑，設置φ50 mmPVC排水管，底部鋪設10 cm厚C10素砼墊層。

海漫（垂直水流方向）長118.20 m，（順水流方向）長20 m，其中上游10m采用C30鋼筋砼澆筑，板厚0.5m，設置φ50mmPVC排水管，底部鋪設10 cm厚C10素砼墊層，下游10 m采用格賓籠石防護。海漫下游設置2.5 m長的防沖槽。

左右岸邊墻及翼墻共196 m。其中兩側邊墻分別長8 m，采用C25鋼筋砼扶壁式擋墻；左岸上、下游翼墻分別長100 m，均采用C25鋼筋砼扶壁式擋墻；右岸上、下游翼墻分別長80 m，采用C25鋼筋砼扶壁式擋墻，下游翼墻均設置φ50 mmPVC排水管。

4.4 防滲設計

工程區(qū)基巖面深度約12 m，下游壩前水頭為ΔH=4 m，砂礫石允許水力坡降0.08，根據豐枯水文計算，滿足蓄水要求下，壩底板或上下游鋪蓋總長度達到基底沿水流方向最小計算寬度B=ΔH/J實=4/0.08=50 m時，壩基達到滲透穩(wěn)定。滿足防滲要求。受洪水和推移質影響，修建壩上游水平鋪蓋易沖毀，故綜合考慮后設計采用垂直截滲墻方案。

為滿足滲透穩(wěn)定的要求，將截滲墻深入到弱風化基巖面以下0.5 m。基巖面深度為12 m，考慮風化層約2 m，墻身最深達到14.5 m，為防止繞滲破壞，沿壩縱軸線截滲墻向兩岸延伸布置，總長130 m，左右岸有翼墻等工程措施輔助，兩岸不會發(fā)生繞滲破壞。

4.5 漂流通道設計

為滿足工程修建后漂流中心正常運行，在壩最右側2扇閘板底板處設置0.5 m深槽，寬12 m，形成漂流槽，供塌壩時漂流使用；在液壓壩右側設置一道漂流通道，供立壩蓄水時使用，右岸漂流通道凈寬3.4 m，長45 m，上游起點為壩邊墻上游邊線，下游末點為海漫段，前段40 m長為漂流滑道，滑道底板為縱向坡比1∶10陡坡，后段5 m長為緩沖池。滑道兩側及底板采用花崗巖鋪裝。

4.6 最大溢流水深及塌壩流量

塌壩流量是控制壩進行開啟、關閉最重要的指標之一，選定該流量要比常流量要偏大些，在豐水量期盡量減少塌壩次數，以保證蓄水區(qū)能形成較為寬闊的水面景觀，產生良好的視覺效果，使得豐枯水季節(jié)壩頂溢流水深能達到溢流壩頂形成瀑布的景觀效果。液壓壩結構安全允許的最大溢流水深為0.5 m，按薄壁堰型式計算過流能力為73.6 m3/s；壩址處年平均流量為16.77 m3/s，壩頂溢流水深19 cm；枯水季節(jié)月平均流量為8.72m3/s，壩頂溢流水深12 cm。根據丹鳳站實測資料統計得出工程區(qū)多年平均流量、工程區(qū)多年平均發(fā)生大于某流量的次數、典型年發(fā)生大于某流量的次數，統計分析優(yōu)選塌壩頻次，選擇設計塌壩流量為60 m3/s，即當來水流量大于60 m3/s，堰頂水深0.44 m時，應塌壩運行，保障壩體安全和行洪安全。

4.7 過洪能力計算

當洪水大于60 mm3/s時，應塌壩運行，塌壩時液壓壩壩板平放于河床中，泄洪流量計算采用寬頂堰流量公式計算，堰頂高程為壩基礎頂高程。

式中：ε值取1；m值取0.385；B取114 m。

經計算，不同水深計算的泄洪流量見表3。當過壩流量為10年一遇洪水1310 m3/s時，過壩水深3.74 m。當過壩流量為20年一遇洪水1740 m3/s時，過壩水深4.49 m。

表3 塌壩時泄洪流量計算表

5 結語

丹江干流丹鳳縣城區(qū)液壓壩工程是根據城市發(fā)展規(guī)劃，融合防洪、生態(tài)、文化等需求，提升丹江濕地公園、丹江漂流區(qū)域生態(tài)環(huán)境，為群眾提供休閑游憩親水的場所，為游客提供天然生態(tài)山水游覽區(qū)，同時為結合縣城工人文化宮的建設，打造丹江及丹鳳文化展示空間的重要工程之一。在設計過程中，通過從功能需求、選址、選型、建筑物設計等方面對方案進行了深入研究和比選，最終確定合理、經濟、可靠的技術方案，工程建成后，近年來運行正常，發(fā)揮了較好的社會效益和生態(tài)效益。