水工建筑物论文
摘 要： 会昌县规划在湘江河建设梯级生态景观坝，麻州拦河景观坝坝址位于麻州镇下游500m,工程旨在抬高湘江河水位形成景观水面。文章从坝址位置选择、正常蓄水位确定、坝型选择、闸坝泄流能力计算、闸坝稳定计算等方面对设计方案进行了分析。
关键词 : 拦河景观坝;液压翻板坝;冲砂闸;船闸;设计方案分析;
1、 工程概况
麻州拦河景观坝位于江西省会昌县麻州镇，所在河流湘江河属赣江水系贡江一级支流，是一座以景观为主、兼有通航、泄洪等综合效益的中型工程。坝址控制流域面积1758km2,该闸坝为湘江景观坝梯级工程之一。坝址航道通航等级5级，通航船舶300T。
2、 工程总体布置
2.1、 坝址位置选择
规划坝址建设主要目的为：①改善湘江麻州镇段两岸水生态环境；②配合麻州“省百强中心镇”建设，抬高河流水位形成景观环境。麻州镇下游1.5km为麻州水文站，根据水文观测要求，坝址距离水文站要求>500m, 因此，坝址选择范围为麻州镇大桥下游1km之内。根据现场地形条件和麻州镇原始森林景区对水面的需要，坝址选择在大桥下游1.0km处，坝址距离麻州水文站550m, 可以满足水文观测要求。
2.2、 正常蓄水位确定
根据工程使用功能选择173.0m; 172.5m; ;172.0m三种正常蓄水位，三个方案，都是根据现状河道特性，通过增设拦河坝满足生态蓄水需要，主要不同之处在于堰体过流及挡水高度不同，从而使各方案在溢流坝工程泄流量、以及对河道上下游影响等方面存在差异，三种水位的工程特性见表1。
1)泄流能力：
由于坝体在洪水期塌坝泄洪，且泄流宽度较大，坝体洪水期泄流能力大于河道泄流能力，三种方案均能满足河道泄洪要求，因此，三种方案泄流能力均能满足要求。
2)景观功能方面：
172.0m方案水位较低，水面淹没至大桥上游400m处。172.5m方案水面淹没至大桥上游600m处。173m方案水位方案水面淹没至大桥上游1200m处。水位较深，水面较宽，景观较好。
3)对上游河道及房屋的影响：
三种水位均未淹没房屋和农田及景区公路。因此，三种方案产生的淹没影响较小。
综合比较，第三方案正常蓄水位173.0m, 景观水面较长，可以较好的满足景观要求，本次设计推荐采用173.0m方案。
表1 方案比较特性表
2.3、 坝型选择
为了不抬高洪水位，本次坝型选择行洪断面较大的翻板闸坝型式，坝型选择参照类似工程经验，比选国内闸坝工程较为先进型式，拟选择两种适宜可行的方案进行比较，各方案分述如下。
2.3.1、 液压坝型方案
泄流形式采用翻板堰型，底板高程169.5,顶高程为173.0m, 过流总净宽120`m。由上游至下游分别布置上游铺盖、堰体段、下游消力池、海漫段。建筑物上下游两岸翼墙采用混凝土悬臂式挡墙[1]。
2.3.2、 翻板闸坝方案
泄流形式采用翻板闸，底板高程169.5,顶高程为173.0m, 过流总净宽135m。由上游至下游布置分别是上游护坦、翻板闸室、消力池、海漫及防冲槽。上下游两岸翼墙采用混凝土挡墙[2]。
图1 推荐方案的闸坝纵剖面图
图2 比较方案的闸坝纵部面图
2.3.3、 方案比较
上述两个方案，都是根据现状现状地形条件，在不增加河道底板高程的情况下挡水，正常情况下闸门关闭挡水，洪水期闸门打开泄洪。主要不同之处在于闸门开启方式和运行管理方式不同，两种方案的技术特性比较如下。
1)泄流能力：
从泄流能力看，自控翻板闸流量系数为0.33左右，液压坝闸门开启后，闸坝为宽顶堰过流，流量系数为0.385左右，因此，从泄流能力方面，液压坝方案较大。
2)工程可靠性能：
从翻板闸多年运行经验分析，由于翻板闸行洪期在河道中为平开状态，受河道漂浮物撞击容易引起闸门止水和结构变形，导致漏水等现象；气盾坝方案行洪期闸门平置在堰底板，受河道漂浮物撞击影响较小，闸门不容易损坏，因此，从工程可靠性能比较，液压坝方案较好。
3)工程造价方面：
两种方案翻板闸方案造价较低。液压坝方案方案较高。
4)运行管理：
翻板闸方案由于自动开启，河流漂浮物对闸门影响较大，较大的漂浮物可能对闸门冲击造成损坏，后期管理不便，液压坝方案可以人工调节闸门开关，管理较为便利。因此本次设计推荐液压坝方案作为设计方案。
2.4、 建筑物布置
2.4.1、 冲砂闸
工程由船闸、溢流坝组成，溢流坝底板高程如果布置过低，须增加液压坝挡水高度，工程投资较大，船闸按照规范规定严禁冲砂和行洪，因此，为了解决坝前淤积和航道淤积等问题，工程须设置泄冲砂闸，本次设计拟在河床中部船闸与溢流坝之间设置冲砂闸，闸体钢筋混凝土结构。顺水流方向长度10.0m, 垂直水流方向溢流宽度6.0m, 底板高程167.5m, 闸室上游设有混凝土护坦，顺水流方向长度5.0m, 厚度0.5m, 顶面高程167.5m。下游出口接斜坡段，斜坡段长5.4m, 坡度为1∶3.0,斜坡直接与消力池相连。消力池长度15.0m, 宽度8.0m, 深度0.8m, 底板为混凝土结构，厚度0.6m。消力池后以海漫与下游河床衔接，海漫防冲槽最低高程164.50m。
2.4.2 、溢流坝
溢流坝型式为可控制液压翻板坝，钢结构。分为三段，每段堰体顺水流方向长度10m, 垂直水流方向溢流宽度40m, 平板堰型，顶高程173.0m, 底板高程169.5m, 上游设有混凝土护坦，顺水流方向长度5.0m, 厚度0.4m, 顶面高程169.0m。下游出口接斜坡段，斜坡段长5.4m, 坡度为1∶3.0,斜坡直接与消力池相连。消力池长度10.0m, 宽度138m, 深度1.0m, 消力池后以海漫与下游河床衔接，海漫防冲槽最低高程164.5m。
2.4.3、 船闸
船闸等级为Ⅴ级，过船300T,船闸布置在右岸，其水流条件和地质条件较好，船闸设上游引航道、上闸首、闸室、下闸首和下游引航道。
上游引航道长度78m, 宽度12-36m, 设2个导航墩，上闸首长度20m, 宽度20m, 右侧设门库，门库长度14.8m, 宽度9.1m, 船室长度85m, 宽度12m, 两侧为空箱式挡墙，下闸首长度16m, 宽度20m, 右侧设门库，门库长度14.8m, 宽度9.1m, 闸室设活动交通桥，桥宽3.5m, 下游引航道长度70m, 宽度12-36m, 设2个导航墩。
船闸闸门为了考虑景观因素，采用横向推拉门，尺寸12×5.6m, 排水廊道采用4个直升门，孔径1.2×1.2m。液压启闭机启闭。
2.4.4、 左右岸岸坡
坝址左岸为河床滩地，右岸为山体，左岸护坡长度145m, 上下游坡均采用格宾护坡。左岸岸坡被水流淘刷严重，本次设计利用围堰拆除料对岸坡补坡，使左岸岸坡顺直，水流平顺。
2.4.5、 交通桥及上闸公路
现状闸坝左岸无交通道路，为满足工程防洪要求和管理要求，本次设计拟建设上坝道路，左右岸交通道路长度0.47km, 右岸交通道路长度0.53km, 路面宽度4.5m, 混凝土路面。
3 、溢流建筑物设计
3.1、 溢流坝溢流宽度
该工程溢流建筑物由冲砂闸、溢流坝组成，其中冲砂闸过流净宽4.0m, 溢流坝3孔过流，过流净宽120m。
3.2、 闸坝泄流能力计算
按冲砂闸、溢流坝同时全段面开启过流工况计算，计算结果见表2。
表2 溢流坝、闸泄流能力计算成果表
3.3、 基抗滑稳定及基底应力复核计算
3.3.1 、计算工况
根据地质勘察资料，本区域地震烈度为Ⅵ度，地基土类型为中硬土，场地类别Ⅱ类，在Ⅵ度地震力作用下，可不考虑砂土液化的影响，地震危害较小，3级建物不需抗震设防，因此坝基稳定复核计算考虑以下工况。
1)正常高水位工况：坝前正常高水位173.0m, 下游水位为河床消力池出口段断面底高程168.0m。水位差5.0m。
2)设计水位工况、坝前设计高水位173.40m, 下游水位为下游河床断面水位172.60m。水位差0.8m。
3)校核水位工况：坝前设计高水位174.05m, 下游水位为下游河床断面水位173.3m。水位差0.75m。
3.3.2 、计算断面
选取坝中轴线处1个计算断面，坝基础为砂砾石和砂。
3.3.3 、坝基地质情况
根据地质勘察资料，本区域地震烈度为Ⅵ度，地基土类型为砂砾石和沙，场地类别Ⅱ类，在Ⅵ度地震力作用下，可不考虑砂土液化的影响，地震危害较小，3 级建物不需抗震设防。
表3 冲沙闸基础稳定计算成果表
表4 溢流坝稳定计算成果表
计算成果见表5、表6,由表中数据可知坝基抗滑稳定满足要求，地基承载力也满足要求。
3.4 、消力池设计
3.4.1 、计算工况及参数
影响消能防冲的因素很多，主要因素有溢流坝的上、下游水位差、过闸单宽流量、下游水深等。根据《规范》要求，溢流坝下游消能防冲必须在各种可能出现的水流条件下都满足要求。运行中可能出现以下几种情况。
1)运行工况：
当上游水位平堰顶高程，开始泄流。
2)设计工况：
通过消能设计(P=3.33%)洪峰流量2210m3/s。当上游为设计洪水位173.8m时。
3.4.2 消能防冲计算
1)消力池设计
如果工程无消能设施，未经消能的水流在下游河道内形成紊动水流，将对河床产生冲刷破坏。从计算结果可以看出，小流量工况下，第二共扼水深大于下游水深，因此工程须做消能工。经计算，溢流坝消力池最大池深d=0.66m, 池长Lk=8.8m。本次设计消力池池深取0.8m, 池长取10.0m。冲砂闸消力池最大池深d=0.76m, 池长Lk=12.1m。本次设计消力池池深取0.8m, 池长取15.0m。
2)海漫长度计算
在设计洪水位下计算海漫最大长度为31.14m。
3)河床冲刷深度计算
在设计洪水位下理论计算河床冲刷最大深度为3.0m, 现状河床不能满足防冲要求，应进行防护。现状河床高程166.5m, 设计防冲槽底部高程取165.0m, 已至岩顶面高程，可以满足冲刷要求。海曼长度计算需要40m, 考虑到防冲槽已到基岩面，可以对护面形成保护，为了减少工程投资，取海曼长度为20m。
4 结 语
麻州拦河景观坝工程由液压坝、冲砂闸以及船闸等建筑物组成，是一座以景观为主、兼有通航、泄洪等综合效益的中型工程。溢流坝段采用一种新型闸坝型式——液压翻板坝，文章从坝址位置选择、正常蓄水位的确定、坝型选择、闸坝泄流能力、闸坝稳定计算、消力池设计等方面对液压坝进行分析计算，得出液压坝满足工程安全要求以及抬高水位的景观功能需求。
参考文献
[1]王雪岩,李国宁,等景观河道液压坝结构优化设计分析[J].内蒙古水利, 2020(04):23-24.
[2]白玉龙广河县广通河景观工程翻板坝设计[J]甘肃水利水电技术, 2011(06)-29-31,34.