新疆塔城某引水枢纽设计及稳定性分析

赵华伟

（新疆塔城地区水利水电勘察设计院，新疆 塔城 834700）

1 引水枢纽概况

新疆塔城引水枢纽位于某电站的变电站下游约85 m，河水由东向西，河床高程1063 m～1065 m，河道为浅滩，宽度约80 m，水面宽约15 m～30 m。它的功能是为下游隧洞拦河壅高水位，满足引水排砂创造条件。引水枢纽主要由溢流坝、泄洪冲砂闸、引水闸、挡水坝及鱼道组成。考虑到原河道主槽位于右侧，枢纽壅水不高，溢流坝、排砂泄洪闸优先考虑坐落于主河槽，左、右岸为挡水坝。溢流坝轴线大致呈南北方向，垂直于河流方向布置，溢流坝在左，泄洪冲砂闸布置右侧。为便于泄洪冲砂闸冲砂，闸底板高程确定为原河床高程1063 m。为了简化泄洪闸的操作，考虑遇到3年一遇的洪水无需操作闸门放水，在泄洪闸左侧建溢流坝。左岸的土石坝与溢流坝在同一轴线。为了便于引水排砂，方便闸门控制，确定隧洞进水口布置在引水枢纽上，引水闸底板高程高于排砂闸1.5 m。考虑到右岸有交通道路，为了保证鱼道进口远离人群和噪音，且考虑坝顶右岸布置了引水闸，常年引水，上溯鱼类从鱼道出口后不被吸入输水隧洞，故鱼道布置在坝顶左岸，与生态放水管上下叠合布置在溢流堰左侧导墙上，鱼道位于导墙的上部，生态放水管位于导墙底部。

综合考虑实际情况，将该引水枢纽设计如下：溢流坝溢流前沿长度为11 m，最大溢流量25.2 m3/s；泄洪冲砂闸2孔，泄洪冲砂闸设计泄洪流量Q3.3%=126 m3/s，校核泄洪流量Q1%=187 m3/s；引水闸1孔，正常蓄水位1067.4 m，设计流量Q=15 m3/s；挡水坝左侧为土石坝，最大坝高7.0 m，右侧为混凝土坝；鱼道长85 m，设计流量0.04 m3/s，生态放水管设计流量1.32 m3/s。

2 工程布置及结构设计

根据坝址的地形地质条件及枢纽的作用，引水枢纽从左岸到右岸分别建设土石挡水坝、鱼道、溢流坝、泄洪冲砂闸、引水闸和混凝土挡水坝。

2.1 土石挡水坝设计

土石挡水坝长92.4 m，浆砌石护坡厚度为0.4 m，最大坝高7.0 m。上游坝坡1∶2，下游坝坡1∶2，坝顶宽6.0 m。

2.2 溢流坝结构设计

溢流坝为WES堰型式，最大堰高5.0 m，堰长10 m。溢流坝上设工作桥，溢流坝后紧接消力池，消力池长15 m，池深0.8 m，底板厚0.6 m，坎高0.8 m，末端接海漫段。海漫段长15 m，混凝土底板厚0.6 m，海漫段后接防冲抛石坑，坑内回填抛石，顶部放置长1.0 m厚1.0 m的钢筋石笼[1]。

2.3 泄洪冲砂闸设计

泄洪闸冲砂闸设2孔，闸室段长13 m，闸墩高7.0 m，两端闸墩厚1.5 m，中墩厚2.0 m，底板厚1.2 m，闸墩上游胸墙高 3.5 m，闸孔尺寸 4 m(宽)×3.5 m(高)，进口设置平板检修闸门，其后设置弧形工作闸门。闸室段后紧接消力池段，消力池长15 m，为矩形断面，池深0.8 m，底板厚0.8 m，消力池末端接海漫段，海漫段长15 m，海漫段后接防冲抛石坑。

2.4 引水闸设计

引水闸段包括闸室段、消力池段和渐变段。闸室段长12 m，闸墩高5.5 m，厚1.5 m，底板厚1.2 m。闸墩上游胸墙高3.5 m，引水闸为1孔，闸孔尺寸为 2.0 m(宽)×2.0 m(高)。进口设置回转式清污机，其后设置弧形工作闸门。闸室段后紧接消力池段，消力池长7 m，池深0.25 m。底板厚0.8 m，末端接渐变段连接隧洞。

2.5 鱼道和生态放水管结构设计

在左岸土石坝与溢流坝之间的导墙上布置鱼道和生态放水管。导墙顶部布置鱼道下部布置生态放水管。导墙宽1.6 m，鱼道槽身宽0.6 m，总长78 m，鱼道底坡1∶20，鱼道采用槽式鱼道，隔板采用竖缝式，鱼池尺寸为0.6 m（宽）×0.8（长）m，共100个鱼池。鱼道进出口均设有闸门，闸门尺寸为0.6 m×0.8 m（宽×长），设机闸一体的螺杆启闭机及铸铁闸门。

在鱼道的底部设有生态放水管，生态放水管为钢管，直径为650 mm，壁厚6 mm，钢管出口处分岔，分别接直径400 mm和500 mm的闸阀控制流量，以适应生态基流汛期和非汛期的不同流量需要[2]。

3 稳定及基底应力分析

3.1 溢流坝稳定及基底应力计算

3.1.1 计算方法

依据《混凝土重力坝设计规范》、《水工建筑物荷载设计规范》，编写Excel计算表格，对溢流坝抗滑、抗浮、和基础面上的垂直正应力计算。

①抗滑稳定：

②抗浮稳定：

③应力计算：

3.1.2 计算条件

溢流坝基础坐落在砂卵石Q3ap+pl地层上。根据地质报告，混凝土与地基的摩擦系数f为0.4～0.45，地基允许承载力为0.45～0.50 MPa，其稳定性计算条件、成果和地基应力计算详见表 1、表 2、表 3。

表1 溢流坝稳定计算条件

表2 溢流坝稳定计算成果表

表3 溢流坝地基应力计算成果表

计算结果表明，溢流坝抗滑、抗浮稳定满足规范要求，地基应力满足承载力要求。

3.2 泄洪闸稳定及基底应力计算

采用《水闸设计规范》中公式及要求，对泄洪闸的抗滑、抗浮、和基础面上的垂直正应力计算。计算公式同溢流坝，且泄洪闸基础条件与溢流坝相同。泄洪闸稳定及地基应力计算结果详见表4和表5。

表4 泄洪闸稳定计算成果表

表5 泄洪闸地基应力计算成果表

计算结果表明，泄洪闸抗滑、抗浮稳定满足规范要求，地基应力满足承载力要求。

4 结语

结合坝址的地形地质条件及枢纽的作用，引水枢纽从左岸到右岸分别建设土石挡水坝、鱼道、溢流坝、泄洪冲砂闸、引水闸和混凝土挡水坝。依据《混凝土重力坝设计规范》、《水闸设计规范》，对土石挡水坝、溢流坝结构、泄洪冲砂闸、引水闸及鱼道和生态放水管结构进行设计，并计算分析计算溢流坝和泄洪闸的稳定和基底应力，得知，其抗滑、抗浮稳定均满足规范要求，地基应力均满足承载力要求。