三明市巖前鎮(zhèn)景觀壩探討

廖偉浩

（三明市水利水電工程有限公司,福建 三明 365000）

1 概述

根據(jù)三明市巖前鎮(zhèn)漁塘溪巖前大橋至段呂厝橋段一河兩岸景觀規(guī)劃方案,巖前鎮(zhèn)政府?dāng)M對(duì)巖前大橋至段呂厝橋河道兩岸進(jìn)行提升改造,規(guī)劃興建濱水步道,吊索橋、觀景臺(tái)等。為進(jìn)一步提升呂厝橋段一河兩岸景觀效果,完善規(guī)劃區(qū)水景觀的建設(shè),同時(shí)改善三明市巖前鎮(zhèn)區(qū)段河道枯水期水量不足的情況,進(jìn)一步提升河道水景觀品質(zhì),在巖前鎮(zhèn)呂厝橋下游河道建設(shè)景觀壩1座。

2 工程地質(zhì)條件

壩址河谷呈較寬闊的淺“U”型,兩岸山坡地形較緩,植被發(fā)育。屬構(gòu)造侵蝕剝蝕型低山——丘陵地貌。自然崩塌,滑坡和泥石流等地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育。

壩址區(qū)設(shè)4個(gè)地質(zhì)鉆孔,地層巖性由上而下依次為卵石層、第四系坡殘積土層、弱風(fēng)化灰?guī)r。

卵石層： 以卵石為主,飽和狀,無膠結(jié),稍密～中密。原巖成分主要為花崗巖、砂巖, 呈次棱角～次圓狀,粒徑多在5 mm～20 mm,細(xì)礫和中細(xì)砂充填。卵石層中粉粘粒（細(xì)粒土）含量約15%,砂粒含量約25%～35%,卵石含量約50%～60%;原河床面 以下厚度0.48（ZK2）～1.51 m（ZK3）,下限高程165.47 m～165.50 m。

第四系坡殘積土： 原巖為上石炭統(tǒng)船山組（C3c的 灰、灰白色質(zhì)純灰?guī)r,以灰黃色粘土為主夾弱風(fēng)化灰?guī)r巖塊,塊徑0.5 m～1.0 m為主,鉆孔中最大塊徑2.3 m。原河床面以下厚度12.28（ZK2）m～7.86 m（ZK1）,下限高程155.15 m～158.81 m。

上石炭統(tǒng)船山組（C3c）：巖性為灰、灰白色質(zhì)純灰?guī)r,厚層狀,屬中硬巖,呈弱風(fēng)化；高傾角裂隙發(fā)育,傾角75°～80°,裂隙面多呈微張～閉合狀。沿裂隙面可見泥質(zhì)充填物,巖芯呈短柱～柱狀,巖體較完整。

表1 壩址區(qū)各巖土層分布表 單位：m

表2 各土層滲透試驗(yàn)成果匯總表

表3 各巖土層力學(xué)參數(shù)指標(biāo)表

3 方案要求

3.1 總體要求

景觀壩緊靠三明市萬壽巖遺址,方案比選過程中要融合遺址背景元素,要融入河道兩岸的自然景觀。

3.2 生態(tài)要求

景觀壩面層材料應(yīng)貼合河道原生態(tài),建筑物布置上還應(yīng)考慮河道最小生態(tài)下泄流量的需求。

3.3 水深要求

景觀壩建成后可供人下河戲水,水深要求主要包括兩個(gè)方面：一個(gè)是壩前水深,一個(gè)是壩上過流水深。壩前水深直接影響到壩上行人安全,壩頂露出河床面部分不宜過高。壩上過流水深一要考慮安全,二要考慮整體的水景觀效果。

4 方案探討

呂厝橋下游約150.00 m河道現(xiàn)大拐彎河勢(shì),為盡量擴(kuò)大上游水域,并保證壩頂均勻過水,將景觀壩盡可能布置在較寬較順的河道內(nèi),壩軸線選擇在呂厝橋下游125.00 m附近。

壩型采用重力壩型式,河床面以上壩體高度按1.20 m～1.80 m控制,應(yīng)避免對(duì)兩岸防洪堤的行洪安全造成影響。

為取得良好的水景觀效果,壩底寬度在滿足抗滑穩(wěn)定的前提下適當(dāng)加寬,給溢流堰面布置預(yù)留足夠的空間。

溢流堰面通過對(duì)比選擇龍鱗式。鱗片高度的選擇是關(guān)鍵,直接關(guān)系到下游能否出現(xiàn)連續(xù)跌水的景觀效果。

壩頂及溢流堰鱗片內(nèi)部鋪裝層盡量融合萬壽巖遺址背景元素,并滿足河道生態(tài)需求。

生態(tài)下泄流量放水設(shè)施布置應(yīng)避免對(duì)溢流堰面的整體性造成破壞。

5 方案擬定

5.1 基礎(chǔ)處理

為避免深基坑開挖,降低施工難度,建基面坐落在殘積土層上,屬弱透水體,無需進(jìn)行基礎(chǔ)防滲處理,但建基面遇水泥化現(xiàn)象嚴(yán)重,對(duì)壩基抗滑穩(wěn)定不利。為避免施工過程中可能出現(xiàn)的圍堰滲水及降雨對(duì)建基面造成擾動(dòng),將建基面以下30 cm厚的殘積土層挖除,換填30 cm厚碎石墊層,并碾壓密實(shí),增大建基面摩擦系數(shù)。

5.2 景觀壩方案

景觀壩為混凝土重力壩,壩軸線長(zhǎng)71.65 m,兩端通過親水平臺(tái)及下河臺(tái)階與現(xiàn)有的步道連接。河床面以上壩體高度通過分析比較后選擇1.50 m。

壩體采用埋石混凝土結(jié)構(gòu),混凝土等級(jí)C20,埋石率20%,基礎(chǔ)采用1.00 m厚C15 混凝土,上下游設(shè)有齒墻,基礎(chǔ)底寬14.50 m。壩頂高程167.50 m,壩高3.50 m,壩頂寬2.50 m,迎水面垂直,背水側(cè)為溢流堰體,整體坡比1: 9.20。見圖1。

圖1 景觀壩平面布置圖

5.3 堰面設(shè)計(jì)

溢流堰面采用龍鱗式,水流從汀步前斷面到汀步后斷面時(shí),流態(tài)由緩流漸變到急流。因此汀步下游側(cè)位置按臨界水深計(jì)算其水舌厚度。

為分析巖前鎮(zhèn)景觀壩龍鱗臺(tái)階高度定型設(shè)計(jì)流量,采用設(shè)計(jì)平水年（P=50%）、偏枯年（P=75%）和枯水年（P=90%）7月～10月的逐日平均流量進(jìn)行了保證率分析。以7月～10月的日平均流量為樣本從大到小排序,進(jìn)行保證率計(jì)算,成果見表4～表6。

表4 壩址P=50%（平水年）保證率成果表

表5 壩址P=75%（偏枯年）保證率成果表

表6 壩址P=90%（枯水年）保證率成果表

經(jīng)比較選取壩址處枯水徑流偏枯年（P=75%）,保證率50%時(shí)的來水量作為擬定龍鱗臺(tái)階高度定型設(shè)計(jì)流量。臨界水深計(jì)算公式如下：

式中：α為動(dòng)能修正系數(shù)；q為單寬流量,m3/s。

壩址處枯水徑流偏枯年（P=75%）,保證率50%時(shí)的來水量為10.60 m3/s,汀步前過水寬按72孔×0.35 m=25.20 m計(jì),汀步后過水寬按71.00 m計(jì),汀步前臨界水深為26 cm,汀步后臨界水深為14 cm,龍鱗臺(tái)階凈高度應(yīng)大于14 cm。堰頂位置水位-流量關(guān)系見圖2。

圖2 堰頂位置水位——流量關(guān)系線圖

溢流堰堰體采用C20 埋石砼結(jié)構(gòu),埋石率20%。堰面采用龍鱗式,一級(jí)坡面,共設(shè)5 級(jí)龍鱗,龍鱗外半徑3314 mm,內(nèi)半徑2914 mm,龍鱗外緣凸坎相交處臺(tái)階高度25 cm,鱗片池內(nèi)臺(tái)階高度35 cm。外緣凸坎寬40 cm,高10 cm,凸坎頂部設(shè)半徑50 mm的圓角。鱗片面層在混凝土初凝前嵌入粒徑10 cm～15 cm的卵石。見圖3。

圖3 龍鱗剖面大樣圖

5.4 過河汀步

壩頂寬2.50 m,在壩頂靠上游側(cè)一字型布置1.20 m寬的C20 現(xiàn)澆混凝土汀步,汀步上下游側(cè)寬度分別為0.30 m和1.00 m,汀步沿壩軸線方向中心間距0.95 m,過流凈寬35 cm。汀步平面長(zhǎng)1.20 m,寬60 cm,高50 cm,頂高程168.00 m。

壩頂及汀步面層混凝土在初凝前鋪設(shè)塊石并整平（近似萬壽巖石鋪地面）。

5.5 親水平臺(tái)及下河臺(tái)階

親水平臺(tái)位于左右岸兩側(cè),平臺(tái)頂高程168.00 m,壩身段平臺(tái)寬2.70 m,壩身上下游兩端平臺(tái)寬1.50 m。親水平臺(tái)面層混凝土在初凝前鋪設(shè)塊石并整平。

下河臺(tái)階沿壩身上下游兩端平臺(tái)內(nèi)側(cè)布置,寬1.20 m。臺(tái)階面層鋪裝與左右岸現(xiàn)有步道的鋪裝材料一致。

5.6 生態(tài)放水設(shè)施

為避免破壞溢流堰龍鱗整體結(jié)構(gòu),并滿足生態(tài)放水需求。在壩體左右兩岸親水平臺(tái)內(nèi)側(cè)埋設(shè)DN800 mm鑄鐵管。進(jìn)出口方向與壩軸線平行。

6 景觀效果

水流從壩頂順著五層鱗片錯(cuò)落而下后,形成了層次分明的白色水花。每一級(jí)鱗片表面都嵌入卵石,鱗片中間凹陷成小的蓄水池,從空中俯瞰如天使羽翼,又似龍鱗舞動(dòng),形態(tài)迥異。

上游來水極小或無水時(shí),堰壩上游將形成狹長(zhǎng)的水面,回水直接淹沒至上游巖前壩腳,擴(kuò)大了上游水域面積；小流量過水時(shí)水流跌入弧形堰面,將形成由高到低的連續(xù)水花；較大流量過水時(shí)堰面產(chǎn)生淹沒出流,水流將會(huì)形成錯(cuò)落有致 的“面包”形瀑布。

龍鱗壩的建成不僅可以產(chǎn)生連續(xù)跌水景觀效果,還可以通過水花進(jìn)行摻氣,提高水體含氧量。

7 結(jié)語

景觀壩設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)芈糜挝幕?將其融入到景觀壩設(shè)計(jì)當(dāng)中。

對(duì)于多級(jí)連續(xù)跌水景觀壩的方案,其工作重點(diǎn)是河道流量的選取。流量的選擇直接關(guān)系到后期運(yùn)行過程中的景觀效果,流量選擇過大,臺(tái)階分級(jí)高度大,所需壩體較高,經(jīng)濟(jì)上不合理；流量選擇過小,臺(tái)階分級(jí)高度小,壩面大部分時(shí)期都處于淹沒出流狀態(tài),景觀效果不理想。