萬載縣棧下抬水工程泄水閘設計分析

張萬里，張生太

（1.江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司，南京 210029；2.南京市市政設計研究院有限責任公司，南京 211100）

1 工程概況

萬載縣棧下抬水工程位于贛江流域錦河中上游（萬載縣鵬程大橋下游1430m 處），壩址以上控制流域面積1145km2，泄水閘為中型水閘，本工程是錦河干流上一座以城區抬水美化城市環境為主，兼具發電功能的水利樞紐工程。正常蓄水位80.20m，抬水工程由泄水閘、電站進水口等組成，樞紐呈“一”字型布置，水閘共13 孔，每孔10m，均為卷揚直升鋼閘門。

2 壩址及壩型選擇

2.1 閘壩壩址選擇

根據萬載縣城市發展的規劃及業主要求，在鵬程橋下游850m、1250m 及1430m 處根據地形條件確定了三條壩線，相距分別為400m 和180m。

上壩線壩線址河寬約160m，勘察期水面寬約135m，河床底高程為74.7～78.7m，河床底坡較平緩。兩岸為沖積地形，地形較平坦，地勢較開闊，左岸地面標高約為82.7m，右岸地面標高約為84.5 m，河床底高程為74.9～78.6m。

中壩線壩址處河寬約125m，水面寬約96m，河床底高程為75.1～76.6m，河床底坡較平緩。兩岸為沖積地形，地形較平坦，地勢較開闊，左岸地面標高約為82.0m，右岸地面標高約為84.2m。

下壩線壩址處河寬約145m，水面寬約115m，河床底高程為74.8～75.8m，河床底坡較平緩。兩岸為沖積地形，地形較平坦，地勢較開闊，左岸地面標高約為81.5m，右岸地面標高約為83.3m。

1）建基面及防滲墻底高程：根據鉆孔資料，上、中、下壩址均采用強風化泥質粉砂巖為建基面，兩壩址建基面相差不大，壩基伸入強風化基巖以下0.5m（相對不透水層(q≤10Lu)以下0.5m）。

2）地基承載力及不均勻沉降：

根據地勘分析，壩基地層較單一，為強風化基巖，其承載力均可滿足要求，不均勻沉降可能性較小。

3）閘基抗滑穩定條件：上、中、下壩址均采用強風化泥質粉砂巖為建基面，上壩址建基面高程為73.60～74.80m，下游河床高程為74.90～75.80m。中壩址建基面高程為74.50～74.60m，下游河床高程為75.50～75.70m。下壩址建基面高程為73.10～74.50m，下游河床高程為74.90～75.50m。巖層傾下游偏右岸，傾角較緩，但鉆孔中未發現存在緩角的裂隙，壩址下游未發現存在深坑等臨空面，因此其抗滑穩定面為壩體與基礎的接觸面。

4）閘基滲漏與繞壩滲漏：

上、中、下壩址均采用強風化泥質粉砂巖作為基礎持力層，強風化泥質粉砂巖具弱透水性[1]。不存在壩基滲漏問題。

上壩線左岸分布有連續穩定且較厚的砂壤土、粉細砂及砂卵石，具中等～強透水性，閘壩蓄水后將沿閘壩左端產生繞壩滲漏。右岸具中等～強透水性的砂壤土、砂卵石分布高程雖然較高，但污水管附近小范圍仍有低于閘壩蓄水后的水面高程，蓄水后易產生繞壩滲漏。

中壩線左右岸分布有連續穩定且較厚的砂壤土、粉細砂及砂卵石，具中等透水性，閘壩蓄水后將在閘壩兩端產生繞壩滲漏。

下壩線左右岸分布有連續穩定且較厚的砂壤土、粉細砂及砂卵石，具中等透水性，大壩蓄水后將在大壩兩端產生繞壩滲漏。

5）壩線比較：

根據對三壩址的工程及水文地質資料分析，其工程性質如表1 所示。

表1 上、中、下壩線工程性質表

從上表可以看出，上壩線河床寬度最大，下壩線次之，中壩線很床寬度最小。

預計開挖深度，左壩端上壩線較中壩線略深，考慮由于鉆孔位置的因素，實際深度相當，下壩線開挖深度最深；河床段上壩線比中、下壩線略大；右壩端上壩線開挖深度最淺，中壩線最深。

防滲深度，左端上、中壩線較下壩線淺。中、下壩線左、右岸均存在繞壩滲漏問題；上壩線僅左岸存在繞壩滲漏問題，右岸不存在繞壩滲漏問題，僅污水管附近小范圍的需防滲處理。

綜合比選，上、中、下壩線地質條件相差不大，壩線應根據建筑物場地布置要求及經濟比選確定。

2.2 壩線比較

壩址的技術經濟比較選用相同正常高水位（80.20m）、相同壩型(卷揚直升鋼閘門)進行。壩線比較情況見表2。

表2 壩址方案比較表（H正＝80.20m，采用卷揚直升鋼閘門方案）

根據表2 知，從投資方面比較：三壩線投資相差不大，上壩線方案投資略省且施工條件較好；中壩線河道較窄，開挖量較大，投資居中，下壩線河床較寬，但下游有個急拐彎，對水流條件不利，需要增加防護工程，故投資相對其他兩座壩線略大。從景觀方面比較：下壩線水面面積最大，景觀效果最好，再次上壩線位于擬建220 國道多江大橋上游約330m，中、下壩線分別位擬建220 國道多江大橋下游約70m、250m，從土地升值和經濟效益方面，下壩線優于其他兩條壩線[2]。下壩線考慮以后興建電站水頭略大，電站效益更好。綜合各方面因素考慮，設計推薦下壩線。

2.3 壩型比較

根據壩址比較結果，選定下壩址方案。根據下壩址現狀地形地質條件，考慮行洪安全、閘壩擋水高度條件，可考慮液壓底軸驅動鋼閘門方案和卷揚直升鋼閘門進行比較。

1）液壓底軸驅動鋼閘門方案（方案Ⅰ）：

工程從左至右依次為泄水閘、沖砂閘、電站進水口，樞紐呈“一”字型布置。泄水閘采用液壓底軸驅動鋼閘門，沖砂閘采用卷揚直升鋼閘門，總寬度167.80m(過流總凈寬130m，其中液壓底軸驅動鋼閘門120m，卷揚直升鋼閘門10m，不含電站進水口)。泄水閘共三跨，每跨泄水閘由1 孔閘門尺寸為4.2m×43.0m(高×寬)的液壓底軸驅動鋼閘門控制，沖砂閘由1 孔閘門尺寸為5.0m×10.0m(高×寬)的卷揚直升鋼閘門控制。

泄水閘順水流方向長17.50m，設3 跨，每跨凈寬43.0m，閘底板頂高程為76.00m，每跨泄水閘由1 孔4.2m×43.0m 的液壓底軸驅動鋼閘門控制［3］。泄水閘下游設有長20.50m 的C25 鋼筋消力池，底板厚0.80m、池深1.2m。后接9.5m 長C25 鋼筋砼護坦，底板頂高程75.50～75.20m，底板厚0.50m；后接11.0m 長干砌石海漫與下游河床銜接。

沖砂閘順水流方向長10.80m，設1 跨，凈寬10.0m，沖砂閘底板頂高程75.50m，由1 孔5.0m×10.0m 卷揚直升鋼閘門控制，門頂高程為為80.50m(即正常蓄水位80.20m+0.30m)。沖砂閘下游設有長5.30m 的C25 鋼筋銜接段和21.90m長的C25 鋼筋消力池，底板厚0.80m、池深1.2m。后接9.5m 長C25 鋼筋護坦，底板頂高程75.50～75.20m，底板厚0.50m；后接11.0m 長干砌石海漫與下游河床銜接。該方案工程總投資6166萬元。

2）卷揚直升鋼閘門（方案Ⅱ）：

工程從左至右依次為泄水閘、電站進水口（河床式廠房），樞紐呈“一”字型布置。泄水閘共13孔，每孔10m，均為卷揚直升鋼閘門，泄水閘總寬度150.40m(過流總凈寬130m)。

泄水閘總寬150.40m，共13 孔，為卷揚直升鋼閘門控制，每孔10.0m，凈寬130.0m，中敦厚1.30m，邊墩厚度為0.90m。其中左側10 孔閘門尺寸均為4.5m×10.0m(高×寬)，右側3 孔閘門尺寸均為4.2m×10.0m(高×寬)，可閘門頂過水。泄水閘消能段由銜接段、消力池、和海漫組成。其中閘室段一次設有檢修閘門和工作閘門。順水流方向長10.80m，閘底板頂高程為76.00m，左側10 孔閘門門頂高程均為80.50m(即正常蓄水位80.20m+0.30m)，右側3 孔閘門門頂為80.20m(可閘門頂過水)。泄水閘下游設有長7.30m 的C25 鋼筋銜接段和20.50m 長的C25 鋼筋消力池，底板厚0.80m、池深1.20m。后接9.50m 長C25 鋼筋護坦，底板頂高程75.50～75.20m，底板厚0.50m；后再接11.0m 長干砌石海漫與下游河床銜接。該方案工程總投資5424 萬元。

經比較方案Ⅱ比方案Ⅰ少742 萬元；從檢修方面方案Ⅱ比方案Ⅰ維修方便；從造價、檢修、運行等方面綜合考慮，推薦采用卷揚直升鋼閘門方案。

3 泄水閘復核計算

復核計算包括：①閘底板防滲長度復核；②防滲刺墻防滲長度復核；③閘基抗滑穩定復核；④閘基基底應力復核。

1）閘底板長度復核：

由于閘基座落在強風化粉砂巖層上，其閘基具弱透水性，不存在滲透問題。

2）防滲刺墻長度復核：

因閘壩兩岸地基有透水性較大的砂壤土層和砂卵石層，有必要對其進行防繞滲處理。為減少開挖工程量，擬建防滲刺墻往兩岸延伸，延長滲徑。計算公式如下：

式中：L 為防滲長度（m；C——滲徑系數（取5）；△H 為上下游水位差（取正常蓄水位情況，即△H=3.90m）。

計算得L=17.5m，設置防滲刺墻向兩岸延伸10m，滲徑長20.60m，可滿足繞滲長度。

3）閘基抗滑穩定及基底應力復核：

根據《水閘設計規范》荷載計算及組合，常規水閘計算工況一般取施工完建期、正常蓄水位情況、設計洪水位情況及校核洪水位情況，本次設計為抬水工程，采用卷揚直升鋼閘門設計方案，在設計洪水位及校核洪水位運行時，閘門不擋水，僅在正常蓄水位擋水，同時考慮設計洪水位和校核洪水位下上下游水位差較小，非控制工況，本次設計僅計算正常蓄水位時下游水位為河床底高程76.00m 和施工完建期兩種工況[5]。計算結果見表4。

表4 閘底板穩定及基底應力計算計算成果表

由表4 計算結果可知，閘壩底板抗滑穩定和基底應力復核計算均滿足規范要求。

4 結語

萬載棧下抬水工程由泄水閘及電站進水口等建筑物組成。文章根據地形條件確定了上、中、下三條壩線，從開挖深度、防滲處理范圍、施工條件、水景觀效果、電站效益以及工程投資等多角度綜合比選，最終確定下壩線為推薦方案；通過對液壓底軸驅動鋼閘門和卷揚直升鋼閘門兩種壩型進行比較，根據下壩線現狀地形地質條件，考慮行洪安全、閘壩擋水高度條件，從造價、檢修、運行等方面綜合考慮，推薦采用卷揚直升鋼閘門方案；通過對正常蓄水位和施工完建期兩種工況的復核計算結果表明，在上述兩種工況下，閘壩底板抗滑穩定和基底應力復核計算均滿足規范要求，為保障工程的建設質量提供數據支撐。