韓江高陂水利樞紐工程結構設計探討

陳冠廷

(廣東省水利電力勘測設計研究院，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

韓江高陂水利樞紐工程位于廣東省的梅州市大埔縣高陂鎮上游約5 km處。樞紐主要建筑物泄水閘、河床式電站廠房上游擋水部分、船閘上閘首及兩岸連接擋水壩為2級建筑物；電站廠房非擋水部分、船閘閘室和下閘首為3級建筑物；船閘導航、靠船建筑物為4級；各主要建筑物邊坡級別為4級。樞紐主要建筑物泄水閘、河床式電站上游擋水部分、船閘上閘首及兩岸連接擋水壩設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為1 000年一遇；電站廠房非擋水部分、船閘閘室和下閘首設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為200年一遇；消能防沖建筑物設計洪水標準采用50年一遇。工程總體布置，即河床中央布置泄水閘，其左側布置船閘，右側布置電站廠房，兩岸采用混凝土重力壩連接，魚道布置于電站廠房左側，魚道左側布置1孔開敞式排漂孔。初設階段應進一步優化魚道位置；結合水工模型試驗，對右岸灘地開挖治理方案進行效益費用定量對比分析，優化工程總布置。

2 樞紐工程結構設計

2.1 樞紐布置

在實際水利工程布置過程中，要嚴格遵守以下基本原則：①要在實際地形方面比較有優勢的壩址進行優先性的選擇，例如一些壩軸線長度相對來講比較短的，而且實際河谷寬度也比較窄的位置。②樞紐在實際布置過程中要比較緊湊，要滿足水利工程的相關功能和實際需求，要以節省實際工作量為原則，同時也要考慮后期施工和后期的運行和管理。③壩軸線兩端位置的岸坡要有一定的高度及厚度，兩岸壩肩在位置上要選擇比較緩的岸坡。④要考慮選址地的實際地址條件，因為地址條件會對壩址的選擇產生較大程度的影響。⑤要充分考慮所選壩址周圍的實際建筑物情況，其也會對壩址的確定產生較大程度影響。⑥要充分考慮到壩址附近的河流情況，要盡量做到和河流的相關規劃保持統一。⑦還要關注壩址周圍的實際施工條件，以便為后續施工創造良好的施工環境。

2.2 韓江高陂水利樞紐工程結構設計相關探討

2.2.1 優化選址，創新樞紐運行調度模式

韓江高陂水利樞紐是從20世紀50年代初開展及建設的，期間經歷過數次規劃和研究，在數次的規劃中，實際樞紐位置在不斷上移，如果繼續進行上移的話，勢必會使周圍居民的日常生活產生一定的影響。因此，韓江高陂水利樞紐工程的實際選址只能在高陂鎮上游進行選擇。

2.2.2 優化結構布置，創新全貫通弧門檢修通道

在韓江高陂水利工程中，泄洪閘采用了液壓式弧形閘門來進行擋水處理，其液壓啟閉機支鉸一般情況下是固定在閘墩側面，且需要在閘墩一期混凝土施工中設置相關圓形的二期混凝土孔洞位置，并在此位置暗轉液壓啟閉機的支鉸。為了方便后期施工并保證整體工程的實際質量，在實際施工中，應有效避免使用圓形或異形的模板，并對傳統的二期混凝土在施工和布置方面進行了優化，提出了一種全新的弧形閘門閘墩結構，如圖1。現階段，此種技術也已經獲得了國家知識產權局給予的專利批準。

圖1 全新的弧形閘門的閘墩結構圖

對于此種新型泄水閘千孔石的弧形閘門來說，其一般情況下，在不影響其閘門開始和關閉及實際泄洪的前提下，為了有效滿足相關日常檢修和實際維護需求，在閘墩及胸墻上也設置了使用混凝土或者使用鋼結構制作的相關爬梯，并將其作為日常的檢修通道。與此同時，為了有效提高相關檢修通道的安全性，在不影響其實際外觀的基礎上，提出了一種全新的水閘縱向的全部貫通的檢修通道，也就是在閘墩內部布置一個豎向或者斜向的孔洞，且直至貫穿該閘墩的實際檢修通道，該通道和通道兩側胸墻下游的側門楣梁頂的縱向方向的通道是相連的，而且也是相同高度的，進而將全部查孔進行縱向的全部貫通，使得該通道不僅在外觀上比較簡潔，在投資上也比較節省，而且其在相關閘門的開啟之后還可以繼續使用，這從最大程度上滿足了實際運行和檢修等方面的實際需求。

2.2.3 創新施工倒流方案，減少施工期的臨時淹沒

根據韓江高陂水利樞紐工程的實際特點和地質及水文條件等，在實際施工中也采取了河床內部的分期倒流方案。由于河床位置比較狹窄，在施工時綦江的洪水峰值是比較大的，就會出現在實際施工期間臨時淹沒現象，產生一定損失。為了有效降低此種現象的出現，在實際施工的倒流方式中，采取了兩起四段先圍船閘的方案，也就是在工程一段和三段中采用全年的洪水圍堰，而在二段和四段中采取枯水期圍堰擋水，并將實際施工期間的最高水位大幅度降低，并減少相關淹沒實踐的發生，對整體社會的安全和穩定有較大的促進作用，如圖2。

(a)平面圖；(b)下游立視圖；(c)導流底孔縱斷面圖

2.2.4 開展急彎束窄河道樞紐區流態及通航條件的研究

韓江高陂水利樞紐工程在實際河道位置上是比較彎曲的，實際位置下游的河道也是比較窄小的，實際地形整體來說比較復雜。水利樞紐工程在實際施工綦江采取了河床內部分歧倒流的實際方案，如圖3，河床束窄程度比較高，在實際運行中泄水閘下的泄流量是比較大的，且伴有發電、通航及過魚的實際要求，整體水流條件也是比較復雜的。為有效研究該河道的世界級水流狀態對水利工程施工期間和后續運行期間，對周圍建筑物和實際通航方面產生影響，開展了急彎縮窄性的河道樞紐流態及實際通航條件的研究，其主要包含樞紐流態、實際通航條件及實際過魚條件等的施工導流研究。并通過相關數學模型和物力模型的分析和實驗，得出比較完整且系統的水利樞紐工程在實際施工和后續運行期間的流動狀態及實際通航條件等，為水利樞紐供貨才能在設計和實際施工等方面提供了可靠依據，并以此為基礎進行了水利樞紐工程在結構方面的優化和設計。

圖3 河床內部分歧倒流的實際方案圖

2.2.5 開展外摻MgO厚層碾壓混凝土的研究和應用

現階段，國內外有關碾壓混凝土RCC筑壩技術在實際發展中是非常迅速的，技術整體來講也非常成熟，但是RCC筑壩主要采用薄層碾壓的方式，也就是說壓實的厚度普遍都在30 cm左右，壩體碾壓混凝土的層面比較多，在層面結合上非常容易出現各種各樣的問題，且由于壩體的實際施工工程量是非常大的，很難在一個低溫的季節內完成度，為了能夠切實保證實際施工進度，并保持工程可以在高溫季節進行施工，有關溫度控制這方面問題就成為了一個比較大的問題，會從不同程度上增加施工的實際難度和資金成本的投入。

為了能夠從根本上解決RCC筑壩在技術方面的不足之處，韓江高陂水利工程開展了外摻MgO厚層碾壓混凝土快速筑壩技術的研究和應用。研究的主要內容包括碾壓混凝土的比例、外摻MgO碾壓混凝土的實驗、MgO對碾壓混凝土的補償效應等，并利用增加實際壓實厚度來減少實際層面結合中出現的問題，在增加工程整體施工速度的時候，縮短工程工期。與此同時，因為外摻MgO可以讓混凝土有一定的膨脹性，會對壩體的應力有顯著的補償效果，并起到防裂效果，進而簡化對溫度的控制工作，在降低整體工程成本投入的同時，有效推動碾壓混凝土筑壩技術的發展。

3 結語

綜上所述，韓江高陂水利樞紐工程在實際工程結構設計中，根據客觀條件，在以最大程度滿足多項實際需要的基礎上，從多個方面進行深入思考，對水利樞紐工程的結構設計方面進行科學論證和優化，提出全新的方案，使得韓江高陂水利樞紐工程能夠健康有序地持續推進。