丹凤县龙驹寨镇蓄水坝建设方案探析

2018-08-04钟飞

陕西水利 2018年4期

钟飞

（陕西省商洛市水电勘测设计院，陕西商洛 726000）

1 概况

龙驹寨镇位于丹江中游商丹盆地东端的丹凤县城边，现辖17个村，6个社区，人口7万人，耕地面积33298亩。丹凤县2号橡胶坝下游1.6 km以内河堤基本完整，浆砌石护坡，河道呈自然状态，河槽较深，滩面宽阔，但滩多水少，景观性较差，与周围环境不符。根据城市发展规划，此区域未来为生态观光型旅游区。为给市民提供休闲游憩亲水的场所，打造丹江及丹凤文化展示空间，规划在丹江龙驹寨镇修建橡胶坝蓄水工程。

2 工程地貌及设计洪水分析

2.1 地形地貌

工程区位于丹凤县城南丹江干流河道，蓄水区南北长约1.4 km，东西宽约0.15 km左右，河道自然比降约3.6‰，地形较平坦，总体起伏高差小于5 m。工程区河岸顺直，近坝段为一弯道，两岸主要为第四系全新统冲洪积卵石、冲积堆积卵石层及基岩岸坡，目前稳定性较好。蓄水后，左右岸已成护岸稳定性较好，不存在岸坡稳定问题。基岩岸坡段整体边坡基本稳定，仅局部存在崩塌掉块现象，整个蓄水区基本不存在塌岸问题。

2.2 设计洪水分析

丹江上游的洪水由暴雨形成。洪水最早出现在4月，年最大洪水主要发生在7月～9月,一次洪水过程一般为一日左右，洪水过程线大多数呈单峰，且峰形尖瘦。随着汇流面积的增大，洪水过程延长至2天～5天，峰形则具有多峰锯齿状特点。2015年，商洛市水利水电勘测设计研究院编制的《商洛市丹江梁家湾、太吉河、柳树湾重点段防洪工程初步设计》中的洪水分析计算成果通过了市水利局的审查，为和丹江流域防洪工程设计保持一致，本次设计直接采用已审查确定的设计成果。工程区20年一遇洪水洪峰流量为1740 m3/s，10年一遇洪水洪峰流量为1310 m3/s。

3 蓄水坝设计分析

规划在丹江丹凤县龙驹寨至现状2号橡胶坝（即东河口以上），下至G40沪陕高速桥下游300 m约1.6 km以内建设拦蓄工程，形成水面景观，改善城区下游段水生态环境，宜居人民群众。工程主要建设内容为：新建蓄水坝一座。防洪标准为10年一遇，相应洪水洪峰流量为1310 m3/s。

3.1 蓄水坝址选择

按照稳定河床，保护两岸安全，形成蓄水水面景观，提升工程区品质，改善当地的生态环境和人居环境的原则，本次设计选择3处坝址进行比选（见表1）：方案一：上坝址，现状橡胶坝下游800 m，东河口下游430 m；方案二：中坝址，现状橡胶坝下游1200 m，东河口下游830 m；方案三：下坝址，现状橡胶坝下游1400 m，东河口下游1050 m。经分析比较，方案三设计效果较好，所以推荐方案三下坝址为蓄水坝建设区。

表1 坝址分析选择表

3.2 蓄水坝型选择

本次设计坝型坝基起稳定河床作用，坝体日常立坝蓄水形成水面景观，洪水期塌坝，满足行洪要求。如果采用浆砌石溢流坝等坝型，则容易被河道推移质淤积报废，另外，在洪水期造成洪水位抬高，影响河道泄洪和两岸群众的防洪安全。根据本河段洪水特性、河道地形条件、保护范围的重要性、景区旅游要求等条件，本次分别对液压坝、自动翻板闸、橡胶坝等3种坝型进行比较（见表2）。按照坝体坚固耐用、坝型美观、升降迅速，满足行洪要求，经综合分析比较，确定采用方案一液压坝型式。

表2 坝型比较表

3.3 蓄水坝设计分析

根据工程区实测地形图，近年来，丹江河道由于采砂河床下降，现状工程区河底高程539.21 m～533.20 m，河道平均纵比降为2.6‰，设计坝址断面河床平均高程537.00 m。因此，本次设计坝底板高程与河床平均高程一致，相应坝底板高程为537.00 m。

根据工程区发展要求和设计回水位置河道内高程，蓄水水面高程确定为540.50 m，设计坝底板高程为537.00 m，因此设计坝高为3.5 m。根据实测资料，现状2号橡胶坝下游丹江河槽枯水水位540.40 m，现状河槽平均高程为540.00 m，新建坝蓄水后蓄水深度0.5 m。现状东河口处丹江河槽枯水水位539.00 m，现状河槽平均高程为538.50 m，新建坝蓄水后蓄水深度1.5 m。

根据现场查勘及实测资料，设计坝址断面右岸为山坡，上部有县道X205通过，左岸为高速公路及天然河滩岸坎，河滩内坝址下游50 m处现状修建有砌石堤防，位于高速公路临水侧23 m处，长217 m，顶宽1.5 m，高3 m。右岸山坡至左岸高速公路宽度为135 m，右岸山坡至左岸现状堤防宽度为108 m。本次设计右岸坝边墩位于现状山坡脚，左岸坝边墩挡墙位于现状堤防处，与上下游现状滩面齐平，不缩小行洪宽度，设计坝长114 m。坝主体建筑物（顺水流方向）长55.6 m，其中截渗墙厚0.6 m，坝底板长8 m，消力池长27 m，海漫长20 m，左右岸边墙及翼墙共196 m。

4 坝基渗透稳定计算及处理措施

根据工程区地质经验，基岩面深度一般在12 m，砂砾石的允许水力坡降为0.08，下游坝前水头为ΔH=4 m，当基底沿水流方向最小宽度B=ΔH/J实=4/0.08=50 m时，坝基才能达到渗透稳定。因此，当坝底板或上下游铺盖总长度达到以上计算值时，坝基才能达到渗透稳定。而修建坝上游水平铺盖，在本河段容易受洪水和推移质冲毁，因此不采用该方案处理。本次设计采用垂直截渗墙方案。

4.1 渗透稳定分析

当坝上游有水、下游无水时，对坝体抗滑稳定最为不利，因此，选取该工况进行分析计算。本次计算采用北京理正软件设计研究院以有限元理论为基础开发的《渗流稳定计算程序》。截渗墙高度为10 m时，即截渗墙完全穿透砂砾石层时（砂砾石渗透系数60 m/d），计算的坝基稳定值仍不能满足渗透稳定要求。基岩面深度为12 m，风化层厚度约2 m，因此，设计将截渗墙深入到弱风化基岩面以下0.5 m，以满足渗透破坏要求。为防止绕渗破坏，截渗墙沿坝纵轴线向两岸延伸布置，总长130 m，厚0.6 m，平均深度15 m，由于左右岸修建有翼墙等工程措施，两岸不会发生绕渗破坏。根据以上分析计算，采用大开挖方案施工，C20砼浇筑连续成墙。

4.2 坝结构稳定分析

本工程坝面板及底板结构按立坝结构型式计算，当立坝上游有水，下游无水时，对结构安全最为不利，对该工况进行分析计算。坝沿基础底面的抗滑稳定计算公式如下：

式中：Kc为抗滑稳定安全系数；f为基础底面与地基之间的摩擦系数；ΣG为作用在底板上的全部竖向荷载，kN；ΣH为作用在底板上的全部水平荷载，kN。

坝抗倾稳定计算公式如下：

式中：K0为抗倾覆稳定安全系数；ΣMV为对前趾的抗倾覆力矩，kN·m；ΣMH为对前趾的倾覆力矩，kN·m。

采用北京理正软件设计研究院开发的《岩土工程计算分析软件》分析计算。当坝上游有水、下游无水时，对坝体抗滑稳定最为不利，因此，选取该工况进行计算。地基土天然容重23 kN/m3，地基土内摩擦角31°，墙底摩擦系数0.4。经计算，坝抗滑稳定安全系数为2.0≥KC=1.2，抗倾稳定安全系数为6.0≥K0=1.4，计算地基应力为63.8 kPa，小于坝基础砂砾石层天然情况地基承载力260 kPa，均满足规范要求。

4.3 翼墙稳定计算

本工程设计坝上下游翼墙采用扶壁式挡墙。扶壁式挡墙最高8.0 m，墙顶宽0.6 m，墙趾长1 m，墙踵长5.4 m，底板厚0.8 m，扶肋间距4 m，扶肋厚0.5 m。采用C25钢筋砼浇筑。两侧翼墙当墙后填土、临河无水时，对挡墙抗滑稳定最为不利，因此，选取该工况进行计算。地基土天然容重23 kN/m3，地基土内摩擦角31°，墙底摩擦系数0.4。计算公式与坝稳定计算公式相同。经计算，扶壁式挡墙抗滑稳定安全系数为1.84≥KC=1.2，抗倾稳定安全系数为6.2≥K0=1.4，计算最大地基应力为223 kPa，小于坝基础砂砾石层天然情况地基承载力260 kPa，均满足规范要求。

5 结论与建议

5.1 结语

丹江龙驹寨段河势稳定，通过勘踏论证地质环境和洪水分析，经过方案比选和优缺点对比，以及对坝基的渗透稳定分析，提出在2号橡胶坝下游1400 m，东河口下游1050 m处，建设高3.5 m的液压坝进行蓄水，并采用垂直截渗墙方案，以达到安全蓄水、形成水面的目地。工程建成后将新增29.4万m2水面，对提升当地人文旅游品位、加快城乡统筹发展、改善商丹主线城镇面貌有很大促进作用。