金沟河引水枢纽型式及坝型比选

肖 兵

(新疆水利水电项目管理有限公司，乌鲁木齐 830000)

1 概 述

水利枢纽工程建设对当地经济、环境等都具有十分重要的促进作用，如三峡水利枢纽就是一座造福全国人民的重要工程[1-3]。由于大型水利枢纽工程建设投资大，因此合理选取坝型、枢纽型式等，有利于节约工程投资。本文结合金沟河引水枢纽工程，分析其枢纽型式及坝型。

2 引水枢纽型式比选

金沟河枯水期水全部入渠，导致上下游淤积严重。金沟河引水枢纽弯道宽度达到45 m，转弯半径约为300 m，无法有效形成弯道环流冲砂。因此，选取以下3种枢纽型式进行比选[4-5]。

2.1 直线式引水枢纽布置方案

直线式引水枢纽方案如下：3孔泄洪闸位于河床右侧，单孔净宽6.5 m。沉砂冲砂槽长70 m、宽8.6 m，位于泄洪闸左侧。冲砂闸设置于沉砂冲砂槽末端，共2孔，单孔3.5 m。

2.2 弯道式引水枢纽布置方案

将泄洪闸设置于引水弯道的凸岸，闸底高于原河床2.0 m左右。引水弯道进口处设置挡砂坎，可将部分推移质淤积至弯道进口以上，待洪水期开闸冲砂。

通过计算，弯道设计流量Q=90 m3/s，宽度为8.6 m，半径为251.8 m，纵坡为1/228.9。

2.3 内外库引水枢纽布置方案

内外库引水枢纽主要由泄洪冲砂闸、引水闸、溢流堰、上下坝等组成。内外库方式具有一定淤积库容，利用洪水将淤积在外库泥沙带入枢纽下游。

泄洪冲砂闸采用3孔敞式平底闸，闸孔净宽均为6.5 m。引水闸闸井为单孔，孔口尺寸4 m×4 m。

泄洪冲砂闸位于主河床右侧，采用砂砾石基础。闸前为长10.8 m混凝土斜墙铺盖，底下为C20混凝土防渗墙。斜墙铺盖上部基坑采用抛石回填。闸前左右岸两侧均为C25混凝土扶壁式挡土墙护岸，长39.26 m，墙底高程807.562～811.000 m，墙顶高程823.000 m，侧墙及底板厚均为1.0 m，扶壁厚0.5 m，间距3 m。

引水闸段总长80.40 m，分为进口段、闸井段、消力池以及翼墙。进口长17.2 m，净宽4～11.9 m，两侧为扶壁式八字墙，墙净高2.48～6.92 m，底板厚0.6 m。消力池为C25钢筋混凝土矩形槽结构，长25 m，净宽4 m，净高4.71～9.71 m，底板厚0.6 m，坎高1 m，消力池底板高程811.000 m。消力池后接C20混凝土出口翼墙，长20 m，底宽由4 m扩散至36 m。

溢流堰宽30 m，高11.94 m，顶宽14.6 m。溢流堰左右两侧分别为4 m×16.5 m平台，平台为填箱结构，外部为C25钢筋混凝土箱，内填砂砾石，平台顶高程823.000 m，平台底高程为817.400 m。

2.4 引水枢纽型式比选

工程区两侧山体高，河道为天然河道，但曲度不大。若人工引水弯道转弯半径较小、弯曲度较大时，则导致河道总宽增大，无法与水库上游河道平顺连接，引水效果较差。为了避免弯道淤积，必须保证足够的冲砂流量，设计流量为90～100 m3/s。根据金沟河洪水过程线，两年一遇洪水方可满足冲砂流量要求，引水道易淤积。

直线式引水枢纽采用正向泄洪冲砂，布置形式简单，后期维护、管理较为便捷。由于金沟河来水不均，在高引水比条件下，只能大间歇冲砂，可能出现无水冲砂的窘境。

对于内外库引水枢纽方案，具有以下优势：①内外库方案 “水砂分离”，保证供水质量；②具有调蓄能力，可集中冲砂，延缓泥砂淤积，增加工程寿命。

因此，推荐采用内外库引水枢纽方案。

3 坝型比选

考虑坝址区地质条件以及不同坝型施工方案，选择3种坝型进行比较。

3.1 钢筋混凝土面板坝方案

金沟河引水枢纽附近具有级配良好、储量丰富的砂砾料场，因此挡水坝主要采用砂砾石材料坝。

坝长132.05 m，坝高10～15.75 m，坝顶宽度4.5 m。根据工程经验，坝上游坝坡采用1∶1.7，下游坝坡采用1∶1.6。

面板坝上游坡设钢筋砼面板防渗，面板下设厚1 m砂砾石垫层。面板厚度为0.3 m，混凝土标号C25、F200、W6。面板垂直缝间距为12 m，周边缝设三道止水，面板张性垂直缝设两道止水，压性垂直缝仅设一道止水。面板与地基接触部位设C25混凝土趾板作为面板基础。趾板外侧设置厚0.8 m的C20混凝土防渗墙深入泥岩，防渗墙深5～13 m。防渗墙与趾板之间采用断面尺寸为2 m(宽)×0.6 m(厚)的连接板。

下游护坡采用预制网格梁护坡。坡底布置干砌石排水沟，排水沟底宽0.5 m，坡比1∶2，深0.75 m，由内至外分别为20 cm砂砾石反滤料、厚30 cm干砌石。

3.2 土工膜斜墙坝方案

坝轴线布置同钢筋混凝土面板坝方案。其为复合土工膜斜墙坝，上游坝坡采用1∶2.25，下游坝坡采用1∶2，坝体主要采用砂砾石填筑。

上游护坡采用C25混凝土护坡板，厚度20 cm，砼板尺寸为4.0 m×4.0 m。防渗土工膜位于护坡板下，采用两布一膜，膜厚0.5 mm，采用长纤针刺非织造土工布，布重200 g/m2，膜上膜下分别铺设厚5 cm的砂浆垫层和10 cm砂保护层。混凝土面板与地基接触部位设混凝土齿墙作为护坡板基础，坝体防渗土工膜边缘埋固在齿墙内，齿深1.5 m，齿墙下部设置厚0.8 m的C20砼防渗墙深入泥岩内，防渗墙深12 m。

下游护坡采用0.5 m×0.5 m预制网格梁护坡。坡底布置干砌石排水沟，排水沟底宽0.5 m，坡比1∶2，深0.75 m，由内至外分别为20 cm砂砾石反滤料、厚30 cm干砌石。

3.3 土工膜心墙坝方案

土工膜心墙坝方案布置基本同斜墙坝方案，其区别在于防渗土工膜位于坝体中部，膜布底部深入坝基以下3 m，采用两布一膜，呈Z形铺膜。膜厚0.5 mm，采用长纤针刺非织造土工布，布重200 g/m2，膜周为厚1 m砂保护层。

3.4 坝型比选结论

通过对钢筋混凝土面板坝、土工膜斜墙坝、土工膜心墙坝方案进行综合技术经济比较，选择最优坝型。见表1。

表1 不同坝型比较表

根据表1，各方案比选结果如下：

1) 从技术上比较。3种坝型均可用于坝址区的地形地质条件，不同坝型枢纽布置方案基本一致。采用土工膜斜/心墙坝时，具有较强的不均匀沉降适应性，在保护层保护下，土工布具备良好的耐久性。采用钢筋混凝土面板坝，需要考虑加强抗冻设计提高使用耐久性，同时需要避免出现不均匀沉降，导致出现裂缝，影响使用。

由于坝址区属于Ⅷ度设防烈度区，钢筋混凝土面板坝属于刚性结构，在地震作用下易开裂，抗震性较土工膜斜/心墙坝差。

3种坝型在工程实践中较为常用，施工方法已经较为成熟，施工难度基本一致。

2) 从经济指标来看，钢筋混凝土面板坝坝投资最高，而土工膜斜墙坝投资最低。

综上，下坝坝型推荐方案为土工膜斜墙坝。上坝坝型考虑到上坝为内外库两侧挡水，推荐采用土工膜心墙坝方案。

4 结 论

以金沟河引水枢纽工程为研究对象，分析其引水枢纽布置方案和坝型；选取了直线式、弯道式、内外库式3种方案进行分析，确定内外库为推荐方案，具有调洪能力强、工程投资低等优势；选取钢筋混凝土面板坝、土工膜斜墙坝、土工膜心墙坝3种坝型进行分析，下坝坝型为土工膜斜墙坝，上坝坝型采用土工膜心墙坝方案，具有挡水效果好、投资低、耐久性好等优势。