閘壩結(jié)合在渠首工程中的應(yīng)用及設(shè)計(jì)特點(diǎn)

姜 楠

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

1 工程概況

鐵力市北關(guān)攔河引水渠首樞紐工程位于呼蘭河上游的一級(jí)支流依吉密河的中上游主河道上，距北關(guān)農(nóng)場(chǎng)生活區(qū)東北向0.7km處。依吉密河為松花江二級(jí)支流，發(fā)源于小興安嶺鍋盔頂，流經(jīng)鐵力市，在慶安縣慶豐村東注入呼蘭河，河水水量豐富，水質(zhì)清澈。攔河工程控制流域面積達(dá)960km2。

渠首灌區(qū)位于依吉密河左岸，灌區(qū)總面積5333hm2、設(shè)計(jì)灌溉面積2000hm2，設(shè)計(jì)引水流量4.5m3/s、加大引水流量5.4m3/s。河道水位較低，但水量較為豐富、引水量較大，不能保證自流灌溉的情況下，為了縮短干渠長(zhǎng)度已達(dá)到經(jīng)濟(jì)目的，則需要布置成閘壩結(jié)合式引水樞紐。

渠首工程主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及特征水位見(jiàn)表1。

表1 工程特性參數(shù)表 m

2 渠首總體布置

北關(guān)渠首樞紐工程自北向南布置分為：固灘工程、右岸防洪堤工程、攔河壩、沖砂閘、左岸防洪堤工程、進(jìn)水閘。攔河工程采用一字式閘壩結(jié)合方案，沖砂閘凈寬12.0m，由進(jìn)口段、寬頂堰式閘室段、消力池段和防沖海漫段組成；攔河壩寬度為31.0m，由進(jìn)口段、薄壁堰式攔河壩段、消力池段和防沖海漫段組成，攔河工程全寬43.8m。依吉密河上游單一河道平均穩(wěn)定河寬為52.0m左右，根據(jù)黑龍江省運(yùn)行效果良好的渠首工程經(jīng)驗(yàn)，采用攔河寬度為計(jì)算穩(wěn)定河寬的0.8-1.1倍為宜。

渠首攔河工程縱剖面圖見(jiàn)圖1、橫剖面圖見(jiàn)圖2。

圖1 渠首攔河工程縱剖面圖

圖2 渠首攔河工程橫剖面圖

在該工程中進(jìn)水閘引水渠的進(jìn)口布置在沖砂閘上游左側(cè)，負(fù)責(zé)引水灌溉。當(dāng)來(lái)水量較大時(shí)，由沖砂閘、攔河壩、及固灘共同泄流，以保證整個(gè)渠首和進(jìn)水閘的引水安全。泄流運(yùn)行方式如下：當(dāng)上游河道水位低于攔河壩頂頂高程234.40m時(shí)，沖砂閘單獨(dú)泄流；當(dāng)上游河道水位高于攔河壩頂高程234.40m，又低于設(shè)計(jì)固灘頂高程236.0m時(shí)，沖砂閘與攔河壩共同泄流；當(dāng)上游河道水位高于固灘頂高程236.0m，沖砂閘、攔河壩、灘地共同泄流[2]。

3 壩型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1 堰型選用

該渠首攔河壩選用豎直窄深倒“T”型薄壁堰式壩型，屬于“高寒地區(qū)有壩引水渠首工程設(shè)計(jì)新技術(shù)”，該壩型特別是銳緣薄壁堰由于過(guò)堰水流水舌下緣與堰頂接觸的面積較小，只有線的接觸，堰對(duì)水流的影響相對(duì)穩(wěn)定。

薄壁堰試驗(yàn)資料很多，其流量計(jì)算公式中，流量系數(shù)m0的選擇較為重要，該流量系數(shù)在自由出流和無(wú)側(cè)收縮的情況下應(yīng)按巴辛公式及雷?？斯接?jì)算取得m0值，公式見(jiàn)公式1及公式2)。

(1)

式中：H為堰上水頭，m；a為上游堰高，m；B為堰頂寬，m。

此公式適用條件為0.2m〈a〈1.13m，B〈2m，0.1m〈H〈1.24m。

(2)

式中：H為堰上水頭，m；a為上游堰高，m。

此公式適用條件為H≥0.025m，H≤2a，a≥0.3m

在有側(cè)收縮的情況下不單獨(dú)計(jì)算側(cè)收縮系數(shù)，將側(cè)收縮影響并入到流量系數(shù)m0中考慮，可采用巴辛公式，見(jiàn)公式3。

(3)

式中：H為堰上水頭，m；a為上游堰高，m；B為堰頂寬，m；B0為渠寬，m。

3.2 豎直窄深基礎(chǔ)穩(wěn)定性分析

根據(jù)極限平衡理論計(jì)算方法，按照土體的極限靜力平衡條件來(lái)驗(yàn)算倒“T”型基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。在擋水高度一定的情況下，倒“T”型基礎(chǔ)隨著基礎(chǔ)埋深的不斷增加，基礎(chǔ)底板最小寬度將會(huì)隨著基礎(chǔ)深度的增加而相應(yīng)的減小。并且彎矩的平衡在決定埋深與底板最小寬度選取的方面起到了決定性的作用，而水平橫向力的平衡所起的作用則越來(lái)越小[1]。

4 結(jié) 語(yǔ)

相較于常規(guī)設(shè)計(jì)的實(shí)用堰體結(jié)構(gòu)型式，該工程采用的壩型及基礎(chǔ)有以下優(yōu)點(diǎn)：①通過(guò)主體工程沖砂閘、攔河壩、及固灘聯(lián)合泄流，其過(guò)流能力遠(yuǎn)大于單實(shí)用堰。②實(shí)用堰的設(shè)計(jì)斷面偏大，施工過(guò)程中使用大量鋼筋混凝土，不但增加結(jié)構(gòu)的自重，其抗彎特性也無(wú)法達(dá)到最大限度的發(fā)揮。③該結(jié)構(gòu)在垂直方向長(zhǎng)度增加，可延長(zhǎng)基礎(chǔ)滲徑，提高結(jié)構(gòu)抗?jié)B能力。④同時(shí)也可節(jié)約工程成本，避免資源浪費(fèi)。

該結(jié)構(gòu)型式的壩型適用于平原河道上低壩灌溉渠首，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，可充分利用地基反力來(lái)維持基礎(chǔ)的穩(wěn)定，便于施工且安全性、適用性較高，對(duì)加快灌溉渠首的改造具有參考及實(shí)踐的意義。