万载县栈下抬水工程泄水闸设计分析

张万里，张生太

（1.江苏省水利工程科技咨询股份有限公司，南京 210029；2.南京市市政设计研究院有限责任公司，南京 211100）

1 工程概况

万载县栈下抬水工程位于赣江流域锦河中上游（万载县鹏程大桥下游1430m 处），坝址以上控制流域面积1145km2，泄水闸为中型水闸，本工程是锦河干流上一座以城区抬水美化城市环境为主，兼具发电功能的水利枢纽工程。正常蓄水位80.20m，抬水工程由泄水闸、电站进水口等组成，枢纽呈“一”字型布置，水闸共13 孔，每孔10m，均为卷扬直升钢闸门。

2 坝址及坝型选择

2.1 闸坝坝址选择

根据万载县城市发展的规划及业主要求，在鹏程桥下游850m、1250m 及1430m 处根据地形条件确定了三条坝线，相距分别为400m 和180m。

上坝线坝线址河宽约160m，勘察期水面宽约135m，河床底高程为74.7～78.7m，河床底坡较平缓。两岸为冲积地形，地形较平坦，地势较开阔，左岸地面标高约为82.7m，右岸地面标高约为84.5 m，河床底高程为74.9～78.6m。

中坝线坝址处河宽约125m，水面宽约96m，河床底高程为75.1～76.6m，河床底坡较平缓。两岸为冲积地形，地形较平坦，地势较开阔，左岸地面标高约为82.0m，右岸地面标高约为84.2m。

下坝线坝址处河宽约145m，水面宽约115m，河床底高程为74.8～75.8m，河床底坡较平缓。两岸为冲积地形，地形较平坦，地势较开阔，左岸地面标高约为81.5m，右岸地面标高约为83.3m。

1）建基面及防渗墙底高程：根据钻孔资料，上、中、下坝址均采用强风化泥质粉砂岩为建基面，两坝址建基面相差不大，坝基伸入强风化基岩以下0.5m（相对不透水层(q≤10Lu)以下0.5m）。

2）地基承载力及不均匀沉降：

根据地勘分析，坝基地层较单一，为强风化基岩，其承载力均可满足要求，不均匀沉降可能性较小。

3）闸基抗滑稳定条件：上、中、下坝址均采用强风化泥质粉砂岩为建基面，上坝址建基面高程为73.60～74.80m，下游河床高程为74.90～75.80m。中坝址建基面高程为74.50～74.60m，下游河床高程为75.50～75.70m。下坝址建基面高程为73.10～74.50m，下游河床高程为74.90～75.50m。岩层倾下游偏右岸，倾角较缓，但钻孔中未发现存在缓角的裂隙，坝址下游未发现存在深坑等临空面，因此其抗滑稳定面为坝体与基础的接触面。

4）闸基渗漏与绕坝渗漏：

上、中、下坝址均采用强风化泥质粉砂岩作为基础持力层，强风化泥质粉砂岩具弱透水性[1]。不存在坝基渗漏问题。

上坝线左岸分布有连续稳定且较厚的砂壤土、粉细砂及砂卵石，具中等～强透水性，闸坝蓄水后将沿闸坝左端产生绕坝渗漏。右岸具中等～强透水性的砂壤土、砂卵石分布高程虽然较高，但污水管附近小范围仍有低于闸坝蓄水后的水面高程，蓄水后易产生绕坝渗漏。

中坝线左右岸分布有连续稳定且较厚的砂壤土、粉细砂及砂卵石，具中等透水性，闸坝蓄水后将在闸坝两端产生绕坝渗漏。

下坝线左右岸分布有连续稳定且较厚的砂壤土、粉细砂及砂卵石，具中等透水性，大坝蓄水后将在大坝两端产生绕坝渗漏。

5）坝线比较：

根据对三坝址的工程及水文地质资料分析，其工程性质如表1 所示。

表1 上、中、下坝线工程性质表

从上表可以看出，上坝线河床宽度最大，下坝线次之，中坝线很床宽度最小。

预计开挖深度，左坝端上坝线较中坝线略深，考虑由于钻孔位置的因素，实际深度相当，下坝线开挖深度最深；河床段上坝线比中、下坝线略大；右坝端上坝线开挖深度最浅，中坝线最深。

防渗深度，左端上、中坝线较下坝线浅。中、下坝线左、右岸均存在绕坝渗漏问题；上坝线仅左岸存在绕坝渗漏问题，右岸不存在绕坝渗漏问题，仅污水管附近小范围的需防渗处理。

综合比选，上、中、下坝线地质条件相差不大，坝线应根据建筑物场地布置要求及经济比选确定。

2.2 坝线比较

坝址的技术经济比较选用相同正常高水位（80.20m）、相同坝型(卷扬直升钢闸门)进行。坝线比较情况见表2。

表2 坝址方案比较表（H正＝80.20m，采用卷扬直升钢闸门方案）

根据表2 知，从投资方面比较：三坝线投资相差不大，上坝线方案投资略省且施工条件较好；中坝线河道较窄，开挖量较大，投资居中，下坝线河床较宽，但下游有个急拐弯，对水流条件不利，需要增加防护工程，故投资相对其他两座坝线略大。从景观方面比较：下坝线水面面积最大，景观效果最好，再次上坝线位于拟建220 国道多江大桥上游约330m，中、下坝线分别位拟建220 国道多江大桥下游约70m、250m，从土地升值和经济效益方面，下坝线优于其他两条坝线[2]。下坝线考虑以后兴建电站水头略大，电站效益更好。综合各方面因素考虑，设计推荐下坝线。

2.3 坝型比较

根据坝址比较结果，选定下坝址方案。根据下坝址现状地形地质条件，考虑行洪安全、闸坝挡水高度条件，可考虑液压底轴驱动钢闸门方案和卷扬直升钢闸门进行比较。

1）液压底轴驱动钢闸门方案（方案Ⅰ）：

工程从左至右依次为泄水闸、冲砂闸、电站进水口，枢纽呈“一”字型布置。泄水闸采用液压底轴驱动钢闸门，冲砂闸采用卷扬直升钢闸门，总宽度167.80m(过流总净宽130m，其中液压底轴驱动钢闸门120m，卷扬直升钢闸门10m，不含电站进水口)。泄水闸共三跨，每跨泄水闸由1 孔闸门尺寸为4.2m×43.0m(高×宽)的液压底轴驱动钢闸门控制，冲砂闸由1 孔闸门尺寸为5.0m×10.0m(高×宽)的卷扬直升钢闸门控制。

泄水闸顺水流方向长17.50m，设3 跨，每跨净宽43.0m，闸底板顶高程为76.00m，每跨泄水闸由1 孔4.2m×43.0m 的液压底轴驱动钢闸门控制［3］。泄水闸下游设有长20.50m 的C25 钢筋消力池，底板厚0.80m、池深1.2m。后接9.5m 长C25 钢筋砼护坦，底板顶高程75.50～75.20m，底板厚0.50m；后接11.0m 长干砌石海漫与下游河床衔接。

冲砂闸顺水流方向长10.80m，设1 跨，净宽10.0m，冲砂闸底板顶高程75.50m，由1 孔5.0m×10.0m 卷扬直升钢闸门控制，门顶高程为为80.50m(即正常蓄水位80.20m+0.30m)。冲砂闸下游设有长5.30m 的C25 钢筋衔接段和21.90m长的C25 钢筋消力池，底板厚0.80m、池深1.2m。后接9.5m 长C25 钢筋护坦，底板顶高程75.50～75.20m，底板厚0.50m；后接11.0m 长干砌石海漫与下游河床衔接。该方案工程总投资6166万元。

2）卷扬直升钢闸门（方案Ⅱ）：

工程从左至右依次为泄水闸、电站进水口（河床式厂房），枢纽呈“一”字型布置。泄水闸共13孔，每孔10m，均为卷扬直升钢闸门，泄水闸总宽度150.40m(过流总净宽130m)。

泄水闸总宽150.40m，共13 孔，为卷扬直升钢闸门控制，每孔10.0m，净宽130.0m，中敦厚1.30m，边墩厚度为0.90m。其中左侧10 孔闸门尺寸均为4.5m×10.0m(高×宽)，右侧3 孔闸门尺寸均为4.2m×10.0m(高×宽)，可闸门顶过水。泄水闸消能段由衔接段、消力池、和海漫组成。其中闸室段一次设有检修闸门和工作闸门。顺水流方向长10.80m，闸底板顶高程为76.00m，左侧10 孔闸门门顶高程均为80.50m(即正常蓄水位80.20m+0.30m)，右侧3 孔闸门门顶为80.20m(可闸门顶过水)。泄水闸下游设有长7.30m 的C25 钢筋衔接段和20.50m 长的C25 钢筋消力池，底板厚0.80m、池深1.20m。后接9.50m 长C25 钢筋护坦，底板顶高程75.50～75.20m，底板厚0.50m；后再接11.0m 长干砌石海漫与下游河床衔接。该方案工程总投资5424 万元。

经比较方案Ⅱ比方案Ⅰ少742 万元；从检修方面方案Ⅱ比方案Ⅰ维修方便；从造价、检修、运行等方面综合考虑，推荐采用卷扬直升钢闸门方案。

3 泄水闸复核计算

复核计算包括：①闸底板防渗长度复核；②防渗刺墙防渗长度复核；③闸基抗滑稳定复核；④闸基基底应力复核。

1）闸底板长度复核：

由于闸基座落在强风化粉砂岩层上，其闸基具弱透水性，不存在渗透问题。

2）防渗刺墙长度复核：

因闸坝两岸地基有透水性较大的砂壤土层和砂卵石层，有必要对其进行防绕渗处理。为减少开挖工程量，拟建防渗刺墙往两岸延伸，延长渗径。计算公式如下：

式中：L 为防渗长度（m；C——渗径系数（取5）；△H 为上下游水位差（取正常蓄水位情况，即△H=3.90m）。

计算得L=17.5m，设置防渗刺墙向两岸延伸10m，渗径长20.60m，可满足绕渗长度。

3）闸基抗滑稳定及基底应力复核：

根据《水闸设计规范》荷载计算及组合，常规水闸计算工况一般取施工完建期、正常蓄水位情况、设计洪水位情况及校核洪水位情况，本次设计为抬水工程，采用卷扬直升钢闸门设计方案，在设计洪水位及校核洪水位运行时，闸门不挡水，仅在正常蓄水位挡水，同时考虑设计洪水位和校核洪水位下上下游水位差较小，非控制工况，本次设计仅计算正常蓄水位时下游水位为河床底高程76.00m 和施工完建期两种工况[5]。计算结果见表4。

表4 闸底板稳定及基底应力计算计算成果表

由表4 计算结果可知，闸坝底板抗滑稳定和基底应力复核计算均满足规范要求。

4 结语

万载栈下抬水工程由泄水闸及电站进水口等建筑物组成。文章根据地形条件确定了上、中、下三条坝线，从开挖深度、防渗处理范围、施工条件、水景观效果、电站效益以及工程投资等多角度综合比选，最终确定下坝线为推荐方案；通过对液压底轴驱动钢闸门和卷扬直升钢闸门两种坝型进行比较，根据下坝线现状地形地质条件，考虑行洪安全、闸坝挡水高度条件，从造价、检修、运行等方面综合考虑，推荐采用卷扬直升钢闸门方案；通过对正常蓄水位和施工完建期两种工况的复核计算结果表明，在上述两种工况下，闸坝底板抗滑稳定和基底应力复核计算均满足规范要求，为保障工程的建设质量提供数据支撑。