閘壩結合在渠首工程中的應用及設計特點

姜 楠

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

1 工程概況

鐵力市北關攔河引水渠首樞紐工程位于呼蘭河上游的一級支流依吉密河的中上游主河道上，距北關農場生活區東北向0.7km處。依吉密河為松花江二級支流，發源于小興安嶺鍋盔頂，流經鐵力市，在慶安縣慶豐村東注入呼蘭河，河水水量豐富，水質清澈。攔河工程控制流域面積達960km2。

渠首灌區位于依吉密河左岸，灌區總面積5333hm2、設計灌溉面積2000hm2，設計引水流量4.5m3/s、加大引水流量5.4m3/s。河道水位較低，但水量較為豐富、引水量較大，不能保證自流灌溉的情況下，為了縮短干渠長度已達到經濟目的，則需要布置成閘壩結合式引水樞紐。

渠首工程主要設計標準及特征水位見表1。

表1 工程特性參數表 m

2 渠首總體布置

北關渠首樞紐工程自北向南布置分為：固灘工程、右岸防洪堤工程、攔河壩、沖砂閘、左岸防洪堤工程、進水閘。攔河工程采用一字式閘壩結合方案，沖砂閘凈寬12.0m，由進口段、寬頂堰式閘室段、消力池段和防沖海漫段組成；攔河壩寬度為31.0m，由進口段、薄壁堰式攔河壩段、消力池段和防沖海漫段組成，攔河工程全寬43.8m。依吉密河上游單一河道平均穩定河寬為52.0m左右，根據黑龍江省運行效果良好的渠首工程經驗，采用攔河寬度為計算穩定河寬的0.8-1.1倍為宜。

渠首攔河工程縱剖面圖見圖1、橫剖面圖見圖2。

圖1 渠首攔河工程縱剖面圖

圖2 渠首攔河工程橫剖面圖

在該工程中進水閘引水渠的進口布置在沖砂閘上游左側，負責引水灌溉。當來水量較大時，由沖砂閘、攔河壩、及固灘共同泄流，以保證整個渠首和進水閘的引水安全。泄流運行方式如下：當上游河道水位低于攔河壩頂頂高程234.40m時，沖砂閘單獨泄流；當上游河道水位高于攔河壩頂高程234.40m，又低于設計固灘頂高程236.0m時，沖砂閘與攔河壩共同泄流；當上游河道水位高于固灘頂高程236.0m，沖砂閘、攔河壩、灘地共同泄流[2]。

3 壩型基礎設計特點

3.1 堰型選用

該渠首攔河壩選用豎直窄深倒“T”型薄壁堰式壩型，屬于“高寒地區有壩引水渠首工程設計新技術”，該壩型特別是銳緣薄壁堰由于過堰水流水舌下緣與堰頂接觸的面積較小，只有線的接觸，堰對水流的影響相對穩定。

薄壁堰試驗資料很多，其流量計算公式中，流量系數m0的選擇較為重要，該流量系數在自由出流和無側收縮的情況下應按巴辛公式及雷保克公式計算取得m0值，公式見公式1及公式2)。

(1)

式中：H為堰上水頭，m；a為上游堰高，m；B為堰頂寬，m。

此公式適用條件為0.2m〈a〈1.13m，B〈2m，0.1m〈H〈1.24m。

(2)

式中：H為堰上水頭，m；a為上游堰高，m。

此公式適用條件為H≥0.025m，H≤2a，a≥0.3m

在有側收縮的情況下不單獨計算側收縮系數，將側收縮影響并入到流量系數m0中考慮，可采用巴辛公式，見公式3。

(3)

式中：H為堰上水頭，m；a為上游堰高，m；B為堰頂寬，m；B0為渠寬，m。

3.2 豎直窄深基礎穩定性分析

根據極限平衡理論計算方法，按照土體的極限靜力平衡條件來驗算倒“T”型基礎的穩定性。在擋水高度一定的情況下，倒“T”型基礎隨著基礎埋深的不斷增加，基礎底板最小寬度將會隨著基礎深度的增加而相應的減小。并且彎矩的平衡在決定埋深與底板最小寬度選取的方面起到了決定性的作用，而水平橫向力的平衡所起的作用則越來越小[1]。

4 結 語

相較于常規設計的實用堰體結構型式，該工程采用的壩型及基礎有以下優點：①通過主體工程沖砂閘、攔河壩、及固灘聯合泄流，其過流能力遠大于單實用堰。②實用堰的設計斷面偏大，施工過程中使用大量鋼筋混凝土，不但增加結構的自重，其抗彎特性也無法達到最大限度的發揮。③該結構在垂直方向長度增加，可延長基礎滲徑，提高結構抗滲能力。④同時也可節約工程成本，避免資源浪費。

該結構型式的壩型適用于平原河道上低壩灌溉渠首，結構簡單牢固，可充分利用地基反力來維持基礎的穩定，便于施工且安全性、適用性較高，對加快灌溉渠首的改造具有參考及實踐的意義。