桑干河山阴县河头村生态蓄水工程设计

2019-01-08康振生

山西水利 2018年10期

关键词：拦河闸主槽桑干河

康振生

（朔州市水利勘测设计院，山西朔州 036002）

1 工程概况

桑干河发源于宁武县管涔山庙儿沟，属海河流域永定河水系，控制流域面积17 744 km2。桑干河山阴县河头村生态蓄水工程，位于山阴县合盛堡乡河头村附近的桑干河干流上，控制流域面积4 892 km2。

1.1 水文气象条件

桑干河流域地处内陆高原，属北温带较干燥的大陆性气候，受季风影响强烈，并具有山区气候特征。根据山阴县县城气象站资料，多年平均降水量362.4 mm，主要集中在7～8月份，多年平均气温7.6℃，年内1月份平均气温最低，7月份平均气温最高，多年平均风速为2.6 m/s，汛期最大风速达20.0 m/s，多年平均蒸发量为1 967 mm，最大冻土深为1.47 m，无霜期为171 d，出现大风天数为17.4 d。

1.2 工程地质

本区属大同盆地洪积冲积平原区，为山间断陷盆地，盆地内地形较平缓，且西南高、东北低，走向呈西南～东北向，长达100余km，宽30～60 km。工程区所处大地构造单元为桑干河新裂陷的后所凹陷西南部，北临黄花梁陷隆，桑干河新裂陷的西部为吕梁—太行断块的云冈块坳。相应地震基本烈度为7°。

2 工程任务及规模

2.1 工程现状

河道现状存在地表径流量持续减少，河床沙化、河道两侧植被覆盖率低、水土流失严重，个别河段河床被农业作物侵占等诸多问题，对河流生态造成极大影响。河头村生态蓄水工程作为桑干河河道综合治理的一部分，有增加水面面积和湿地面积、改善河道生态环境、提高河水自净能力，提升区域景观效果的重要作用。

2.2 工程等别及建筑物级别

河头村生态蓄水工程，包括主河槽闸，左、右岸滩地拦河闸。河头村拦河闸蓄水水位为1 007 m，蓄水量90.8万m3。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 250-2000），工程等别为Ⅴ等，主要建筑物拦河闸、启闭机房级别为5级。本工程最大挡水高度为3 m，根据《防洪标准》（GB 50201-2014）规定，建筑物洪水标准按平原、滨海区标准确定，主要建筑物设计洪水标准为10年一遇，校核洪水标准为20年一遇。

3 工程设计

蓄水拦河闸分设主河槽拦河闸和滩地拦河闸，根据两岸台地高程，闸顶高程取1 008.2 m，工程总蓄水面积85.06万m2，蓄水量90.8万m3，水域平均蓄水深度1.1 m。主槽拦河闸长度取40 m，拦河闸高3 m，底板高程1 004 m，左岸滩地拦河闸长度取120 m，右岸滩地拦河闸长度取120m，滩地拦河闸高2m，底板高程1005m。为防止风浪淘刷，洪水冲刷，结合地形条件，对拦河闸上下游近闸的主槽岸坡和滩地岸坡进行生态护岸。在蓄水区内根据蓄水深度不同，搭配种植湿地植物和水生植物，以达到净化水质，改善水生态环境，提升景观效果的作用。

左侧河岸地势较高，拦河闸启闭机房建在拦河闸左边挡水土坝外侧，采用砖混结构，启闭设备室地面高程1 008.2 m。

3.1 拦河闸设计

工程采用拦河闸加挡水坝型式布置，可升降的钢坝闸利于调沙、蓄水、行洪，拦河闸跨河总长310 m，由左岸滩地120 m拦河闸段、主槽40 m拦河闸段、右侧滩地120 m拦河闸段组成，主槽和滩地拦河闸之间设中墩衔接。顺水流方向，拦河闸由上游护底、铺盖、闸室、消力池、海漫五部分组成，总长38 m。上游连接段由护底、铺盖、两岸翼墙和护坡组成，并与闸室、防渗墙共同构成防渗地下轮廓，确保在渗流作用下闸基的抗渗及抗滑稳定。主槽和上游连接段长均为12 m。

闸室为分离式钢筋混凝土结构，顺水流方向主槽闸室长8 m，底板高程1 004 m；滩地闸室长8 m，底板高程1 005 m。闸门为可升降的钢坝闸门。主槽拦河闸为1孔，闸板总长40 m，挡水高度3.0 m；左岸滩地拦河闸为3孔，闸板总长120 m，单扇闸板宽度40 m，挡水高度2.0 m；右岸滩地拦河闸为3孔，闸板总长120 m，单扇闸板宽度40 m，挡水高度2.0 m；拦河闸由设在左岸的液压控制室控制启闭。拦河闸闸墩为钢筋混凝土箱式结构，根据超高计算，闸墩顶高程1 008.2 m。下游连接段，包括消力池、海漫以及两岸翼墙和护坡。引导出闸水流均匀扩散，下游连接段总长18 m。

3.2 拦河闸基础处理

工程地基液化处理采用振冲挤密碎石桩，振冲碎石桩处理范围确定为闸室基础向外各扩大5.0 m。碎石桩桩径采用0.8 m，桩距2.5 m，等边三角形布孔，桩端伸至液化土层底部，桩长15 m。桩顶和闸室基础之间铺设300 mm厚的级配碎石垫层和0.1 m厚C 15混凝土垫层。

闸底防渗采用高压喷射灌浆防渗墙，防渗墙底部深入低（高）液限粘土层1.0 m，墙深15 m。高压喷射灌浆采用摆喷，防渗墙最小厚度确定为30 cm。防渗墙轴线布置在蓄水闸闸室底板基础上边线向下0.8 m处，左右岸穿过闸室边墙基础向两侧各延伸30 m。

3.3 生态护岸设计

生态护岸为蓄水闸上下游近坝段护岸，其中左岸0.96 km，右岸长1.2 km，总长度约2.16 km。护岸坡度设计为1∶3.0。结构形式，蓄水位1 007.0 m以下0.5 m为格宾石笼，厚0.5 m，防止护岸冲刷破坏；蓄水位1 007.0 m以下0.5 m至顶护岸高程为土石笼袋，厚度0.5 m，防止护岸冲刷破坏，同时可种植水生植物、美化环境；岸坡护脚为格宾石笼，深入河床地面以下2.0 m，布置4层，单层厚度0.5m，下部两层宽度4.0m，上部两层厚度2.0m，底部铺设1层土工反滤布。

格宾石笼网格尺寸为4.0 m×1.0 m×0.5 m（长×宽×高），内装块石；土石笼袋外层网格尺寸和笼袋尺寸规格均为2.0 m×1.0 m×0.5 m（长×宽×高），内填种植用腐殖土。

3.4 施工导流

拦河水闸蓄水水位为1 007 m，蓄水量90.8万m3，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物级别为5级。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL 303-2004）的规定，确定导流建筑物级别为5级，导流建筑物设计洪水标准为10～5年洪水重现期，本工程选用洪水重现期5年标准，采用非汛期施工导流方式，非汛期为每年10月至次年6月，流量为42.1 m3/s。拦河闸施工，采用分期导流方式。施工时，先右岸后左岸。即先围护右岸，在闸坝右侧修筑一期围堰挡水，左岸束窄河床泄流，进行右岸拦河闸坝段施工，汛前完成右岸拦河闸坝段施工；汛期停工，拦河闸坝过水；汛后填筑二期围堰，围护左岸，围堰挡水，右岸已完工段泄流，进行左岸拦河闸坝段施工。一、二期围堰均采用土围堰，一期围堰长310 m。按非汛期5年一遇洪水设计，堰顶高程1 005.5 m，最大堰高2.0 m（主河槽部分），顶宽为3 m，围堰迎水面边坡1∶2.0，背水面边坡1∶1.5。围堰迎水面采用编织袋土护坡，护坡厚0.5 m。二期围堰长230 m，堰顶高程1 006.0 m，最大堰高2.5 m（主河槽部分），顶宽为3 m，围堰迎水面边坡1∶2.0，背水面边坡1∶1.5。