石太軍，楊德超（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

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重慶市嘉陵江航運(yùn)開發(fā)草街航電樞紐工程技術(shù)特點(diǎn)

石太軍，楊德超
（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

摘 要：本文介紹了草街航電樞紐工程的樞紐布置、泄水建筑物及廠房結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、國內(nèi)最大推力的預(yù)應(yīng)力閘墩、大跨度連續(xù)跨縫高排架結(jié)構(gòu)、沖沙閘弧形工作門、施工組織設(shè)計(jì)等技術(shù)特點(diǎn)，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，節(jié)約了工程投資，縮短了工期，很多關(guān)鍵技術(shù)成果必將為類似工程起到指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：草街航電樞紐工程；優(yōu)化設(shè)計(jì)；創(chuàng)新；投資；工期；

1 工程概況

草街航電樞紐工程系嘉陵江干流合川至河口段自下而上渠化梯級開發(fā)的第二級，是以航運(yùn)為主，兼顧發(fā)電，并具有攔沙減淤、改善灌溉條件等效益的水資源綜合利用工程。樞紐工程壩址位于重慶合川市草街鎮(zhèn)境內(nèi)，上距合川市約27 km（高速公路），下距重慶市嘉陵江河口約68 km。壩址左岸有渝（重慶）合（合川）高速公路、右岸有212國道通過；河道現(xiàn)有航道等級為維護(hù)Ⅳ級，對外交通較方便。

水庫校核洪水位總庫容22．12億m3，航道及船閘等級為Ⅲ級，電站裝機(jī)容量500 MW，根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)GB50201－94》、《渠化工程樞紐總體布置設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ220－98》，確定嘉陵江航運(yùn)開發(fā)草街航電樞紐工程為一等大（1）型工程。鑒于本樞紐屬低壅水工程，在校核洪水條件下，上下游水位差小于2．0 m，根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)（GB50201－94）》、《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)（DL5180－2003）》及《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL252－2000）》，本工程主要建筑物級別降低一級，永久性主要水工建筑物按2級設(shè)計(jì)，次要建筑物按3級設(shè)計(jì)。

草街航電樞紐工程樞紐主要建筑物由船閘、河床式廠房、5孔沖沙閘段、1孔縱向圍堰改建閘段、15孔泄洪閘段及右岸擋水連接壩段組成，壩頂高程221．5 m，壩頂全長663．0 m。已建成的草街航電樞紐工程見圖1。

圖1 草街航電樞紐工程全貌

2 工程主要技術(shù)特點(diǎn)

草街航電樞紐工程是西部大開發(fā)的重點(diǎn)工程之一，也是重慶市的最大航電樞紐工程，工程規(guī)模大，技術(shù)難度高。工程主要技術(shù)特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)情況：

2．1 草街航電工程樞紐布置

草街航電工程樞紐布置合理，很好地解決了防洪、樞紐及庫區(qū)防淤、通航、發(fā)電、旅游等問題，其經(jīng)濟(jì)效益與社會效益實(shí)現(xiàn)雙豐收。

通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，工程選擇的樞紐工程壩址、建筑物型式、樞紐總體布置合理，很好地適應(yīng)了樞紐區(qū)地形地質(zhì)等基礎(chǔ)條件。樞紐布置采用左岸船閘、左岸廠房的河床式布置型式，主要建筑物從左岸至右岸依次布置二線船閘、一線船閘（內(nèi)側(cè)襯砌式閘墻）、廠房安裝間、廠房主機(jī)間、5孔沖沙閘段、1孔縱向圍堰改閘段、15孔泄洪閘段及右岸擋水連接壩段。工程樞紐布置主要特點(diǎn)：

2．1．1 防 洪

草街航電樞紐工程是嘉陵江分別與支流渠江、涪江匯合后干流上的一個(gè)航電樞紐工程。草街航電樞紐工程壩址河段為山區(qū)峽谷，河道不夠?qū)掗?，壩址區(qū)枯期河水位178 m時(shí)，水面寬440 m，正常蓄水位203 m時(shí)，壩軸線位置谷寬約550 m；左岸壩肩為渝合高速公路路肩，右岸為相對高差100多米的巖石邊坡，坡頂?shù)孛孑^為平坦。

嘉陵江在合川三江匯合后其洪水流量特大，且具有峰高量大、陡漲陡落的特點(diǎn)，本樞紐工程設(shè)計(jì)洪水Q0．2%＝59 700 m3／s，校核洪水流量Q0．1%＝63 400 m3／s，防洪問題是本工程的關(guān)鍵問題。

草街樞紐上游庫區(qū)為合川市，要求草街航電樞紐的泄流能力必須以不影響合川城的防洪標(biāo)準(zhǔn)，否則，對合川城的防洪、排水等工程的高昂投資是草街航電工程無法承擔(dān)的?；谶@些特點(diǎn)，對草街航電樞紐布置作了大量的研究工作，最終布置了21孔泄水閘，總過流凈寬282 m，通過優(yōu)化泄水閘的堰型與結(jié)構(gòu)布置，增大了樞紐泄流能力，經(jīng)水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證，該布置滿足了庫區(qū)防洪以及樞紐泄流能力的要求，同時(shí)，也不影響合川城。

2．1．2 樞紐及庫區(qū)防淤

草街航電樞紐多年平均懸移質(zhì)入庫量為11 500 萬t，推移質(zhì)入庫量為8萬t，來沙主要集中在5～10月，樞紐及庫區(qū)的防淤問題突出。草街航電樞紐為解決樞紐及庫區(qū)泥沙淤積，前期設(shè)計(jì)中進(jìn)行了大量的泥沙淤積與水力學(xué)計(jì)算工作，在借鑒類似工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了水庫運(yùn)行調(diào)度方式，并經(jīng)水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證最終確定草街樞紐的運(yùn)行方式，解決了樞紐及庫區(qū)泥沙淤積問題。

樞紐泄水建筑物的運(yùn)行方式不僅直接關(guān)系到庫區(qū)防洪，也直接影響到樞紐及庫區(qū)的泥沙淤積，同時(shí)，泄水建筑物的運(yùn)行方式對下游消能有很大影響，關(guān)系到建筑物的安全。因此，本工程的泄水建筑物的運(yùn)行方式，依據(jù)水工模型試驗(yàn)，在結(jié)合工程的特點(diǎn)，并參考已建工程的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，擬定泄洪沖沙閘的運(yùn)行方式：

（1）當(dāng)流量Q小于6 000 m3／s時(shí)，除發(fā)電引用流量外，剩余流量由沖沙閘泄放，沖沙閘應(yīng)按5孔同步均勻開啟原則，進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。

（2）當(dāng)流量Q大于6 000 m3／s小于9 000 m3／s時(shí)。除發(fā)電引用流量外，剩余流量由沖沙閘1號、3號、5號孔和2號、4號兩孔泄洪閘下泄，閘門開啟方式應(yīng)首先由3孔沖沙閘小開度開啟，待下游水位上升后再開啟泄洪閘2號、4號孔，然后再調(diào)節(jié)3孔沖沙閘開度調(diào)節(jié)水位流量。

（3）當(dāng)流量Q大于9 000 m3／s小于15 000 m3／s時(shí)，除發(fā)電引用流量外，5孔沖沙閘從小到大逐步開啟，使下游水位逐漸提升到一定程度后，再開啟泄洪閘1號、3號、5號閘孔。

（4）在流量Q小于15 000 m3／s，庫水位在200．00 ～203．00 m時(shí)，不允許開啟6號～15號孔泄洪閘泄流。因?yàn)?號～15號泄洪閘下游的消能設(shè)施不能承擔(dān)該流量區(qū)段的消能任務(wù)。

（5）在流量Q大于15 000 m3／s時(shí)，泄洪閘和沖沙閘全閘緩慢提升敞泄。

（6）在閘下游水位較低的初始狀態(tài)下，若驟然放水，將閘門一次全部打開，是十分危險(xiǎn)的，因?yàn)檫@時(shí)過閘單寬流量大，水頭高，能量大，下游河床必將產(chǎn)生嚴(yán)重沖刷，若按此種工況布置消能設(shè)施，不僅工程造價(jià)高，且在技術(shù)上也相當(dāng)困難，因此，這種開啟方式應(yīng)予禁止。

（7）在上述流量區(qū)段閘門操作運(yùn)用過程中，如某扇閘門發(fā)生故障，啟閉失靈時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整閘門開啟方式，調(diào)整應(yīng)以盡量使閘門間隔對稱開啟，兼顧出流均勻的要求為原則，盡量使縱向圍堰閘左邊沖沙閘和右邊泄洪閘出流流量相近。

2．1．3 通 航

草街航電樞紐工程壩址位于三個(gè)連續(xù)彎道上，復(fù)雜的河勢及河床條件給通航建筑物的布置帶來了較大的困難，通航條件惡劣。通過對上游部分切除方家石盤，平順岸線，開挖象山突咀，調(diào)整引航道布置較好地解決了船閘與主航道的銜接，改善了樞紐的通航條件。

本工程電站尾水位于主河槽，對下引航道右邊墻開設(shè)平壓孔等，使廠房尾水在下引航道末端的流速滿足了通航要求。

在泄水建筑物下游消力池內(nèi)設(shè)置了兩排消能墩，大大地縮短了消力池長度，并提高了下泄水流的消能率，使下引航道末端的橫向流速滿足了同行要求。

此外，右岸岸坡的開挖形式進(jìn)行了多方案的研究，并通過模型試驗(yàn)驗(yàn)證后確定其開挖形式，保證了下泄水流滿足通航的要求。

草街航電樞紐的通航流量達(dá)到了15 000 m3／s，較好地解決了通航問題，枯水期也保證了船舶的通行，因此，草街航電樞紐的建設(shè)及大地促進(jìn)了嘉陵江航運(yùn)的發(fā)展；草街樞紐泄流能力與通航專題研究作為交通部最大的研究課題之一，取得了重大的研究成果并運(yùn)用于草街航電工程中。

草街航電工程的建設(shè)可渠化嘉陵江和其支流渠江、涪江的航道180 km，對促進(jìn)嘉陵江全江渠化的早日實(shí)現(xiàn)，提高嘉陵江中、下游河段航道等級以及推動(dòng)嘉陵江水運(yùn)發(fā)展均具有重要意義。

2．1．4 發(fā) 電

草街電站廠房布置于主河道上，進(jìn)出水流平順，發(fā)電引水流量為解決引水防沙問題，在廠房進(jìn)水口前布置了攔沙導(dǎo)沙坎與束水墻，緊鄰其右側(cè)布置了5孔沖沙閘，經(jīng)水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證，該布置很好地解決了廠房進(jìn)水口前的引水防沙問題，確保了機(jī)組的正常運(yùn)行。

2．1．5 導(dǎo) 流

本工程采取分期導(dǎo)流，一期圍堰為全年導(dǎo)流（Q5%＝41 000 m3／s），二期為枯期導(dǎo)流（Q10%＝5 440 m3／s），但圍堰汛期可以過流（Q5%＝41 000 m3／s），縱向圍堰與永久泄洪設(shè)施結(jié)合利用的布置等特點(diǎn)，大大地減少了右岸的開挖。

2．1．6 旅 游

草街航電樞紐工程的建設(shè)，有效地整合了當(dāng)?shù)芈糜钨Y源，促進(jìn)了重慶市旅游業(yè)的發(fā)展。草街航電樞紐工程布置時(shí)已兼顧了旅游需要，它本身就是一個(gè)旅游景點(diǎn)（工廠式旅游），同時(shí)，結(jié)合了附近的陶行知紀(jì)念館、縉云山、合川釣魚城等旅游景點(diǎn)，極大地促進(jìn)了當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)的發(fā)展。

2．1．7 促進(jìn)工業(yè)園區(qū)建設(shè)

草街航電樞紐工程的興建極大地促進(jìn)了合川區(qū)工業(yè)開發(fā)區(qū)的發(fā)展，到目前為止，草街樞紐工程左岸的合川工業(yè)園區(qū)建設(shè)規(guī)模得到了極大地發(fā)展，年產(chǎn)值達(dá)幾十億元。

2．2 泄水建筑物的布置及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

泄水建筑物的合理布置，堰型及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提高了樞紐的泄流能力，大大地減少了右岸高邊坡的開挖，節(jié)省工程投資近4千多萬元。

在招標(biāo)技施設(shè)計(jì)階段，對草街航電樞紐泄水閘工程進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化前后泄水建筑物的尺寸變化見表1。

表1 草街航電樞紐泄水建筑物尺寸調(diào)整

在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，左岸船閘上下游引航道已完建，閘首與閘室段正在進(jìn)行結(jié)構(gòu)混凝土澆筑，右岸100多米的高邊坡二期開挖已結(jié)束。通過優(yōu)化，泄水建筑物的總長度增加了3 m，若右岸邊坡進(jìn)行再次開挖，將導(dǎo)致草街航電工程的工期延長1年，且再次開挖將增加數(shù)千萬的工程投資。為此，通過大量的優(yōu)化布置設(shè)計(jì)與計(jì)算工作，將右岸接頭壩段與泄洪閘右邊墩合二為一，并調(diào)整閘室底板分縫位置，成功地避免了高邊坡的再次開挖。

泄水建筑物布置設(shè)計(jì)優(yōu)化后總過流凈寬減少了6 m，通過多方案堰型的研究以及大量的水力學(xué)計(jì)算，將泄洪閘平底板堰型優(yōu)化為WES曲線形實(shí)用堰，通過水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證該優(yōu)化是成功的：在庫區(qū)來流量Q≤15 000 m3／s時(shí)，WES實(shí)用堰的庫水位高于寬頂堰的庫水位，但不對合川城的防洪產(chǎn)生影響；當(dāng)庫區(qū)來流量在Q＞15 000 m3／s以后，優(yōu)化后的樞紐上游庫水位比初步設(shè)計(jì)階段的庫水位降低了0．07～0．15 m，表明優(yōu)化設(shè)計(jì)后的樞紐泄流能力達(dá)到初步設(shè)計(jì)階段的水平且約有提高；

此外，為節(jié)省工程投資，對泄水閘也進(jìn)行了多方案優(yōu)化設(shè)計(jì)：

（1）閘室結(jié)構(gòu)采用底板分縫，大噸位預(yù)應(yīng)力閘墩、泄洪閘右邊墩與儲門槽壩段相結(jié)合，將沖沙、泄洪閘壩段長度縮短了近30 m；

（2）為縮短消力池的長度，采用了兩排消能墩，縮短了消力池長度約20 m；

（3）采用錨筋等措施，消力池底板的厚度平均減薄了1．0 m。通過上述等優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大地節(jié)約了工程投資。

為加快施工進(jìn)度，對泄洪閘消力池底板下的排水盲溝進(jìn)行了優(yōu)化，改用磚砌結(jié)構(gòu)，大大地縮短了水下結(jié)構(gòu)的施工工期近3個(gè)月。該項(xiàng)技術(shù)已獲得國家專利（專利號：201220011243．1）。

總之，通過對泄水閘的布置優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低了沖沙閘啟閉設(shè)備的設(shè)計(jì)制造難度，減少了沖沙閘閘墩的側(cè)向變位，提高了閘室的安全度；通過泄洪閘的堰型優(yōu)化，使樞紐泄流能力達(dá)到初步設(shè)計(jì)階段的能力且略有增加，在樞紐的總泄流凈寬減少6 m的情況下，未影響庫區(qū)淹沒范圍，并成功地避免了右岸高邊坡的再次開挖；通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)約工程投資4千多萬元。

2．3 廠房結(jié)構(gòu)優(yōu)化

草街電站采用低水頭、低轉(zhuǎn)速、大容量水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑9．5 m，風(fēng)罩直徑20．0 m。采用混凝土蝸殼，蝸殼進(jìn)口處邊墻高達(dá)20．7 m，而其邊墩厚度僅為4．15 m，單個(gè)機(jī)組段順?biāo)飨蜷L87．87 m，沿壩軸線長41．63 m，廠房進(jìn)水口底板厚達(dá)15．0 m，下游尾水位較高，屬于空間復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在同類工程中屬規(guī)模大、技術(shù)難度高的項(xiàng)目。在廠房設(shè)計(jì)的過程中，充分考慮了工程的運(yùn)行要求和今后的旅游開發(fā)要求，同時(shí)，也要盡可能地節(jié)省工程投資。

（1）草街工程廠房采用混凝土蝸殼、下游尾水位較高，系空間復(fù)雜結(jié)構(gòu)，部分結(jié)構(gòu)無法用常規(guī)結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，廠房布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大。對發(fā)電廠房，不僅進(jìn)行了廠房三維應(yīng)力應(yīng)變分析和機(jī)組振動(dòng)分析研究，還利用從法國達(dá)索系統(tǒng)公司（Dassault Systems）最新引進(jìn)的CATIA建立廠房三維模型和進(jìn)行了三維有限元整體分析和配筋計(jì)算工作，使設(shè)計(jì)方案兼顧了安全、經(jīng)濟(jì)的因素。

（2）對廠房的通風(fēng)、采光、參觀通道和流線進(jìn)行了專題布置設(shè)計(jì)研究。

（3）在廠房沖沙底孔的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)針對草街工程的洪水和泥沙特性進(jìn)行了具體分析，并對已建類似工程的沖沙底孔運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)研?？紤]到草街工程處于嘉陵江流域最下游，絕大部分推移質(zhì)已被上游各梯級攔截，且廠房進(jìn)水口上游還設(shè)有導(dǎo)沙坎攔截本河段內(nèi)的推移質(zhì)，對沖沙底孔的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行了優(yōu)化，將4條沖沙孔合并為2條沖沙孔，并取消了進(jìn)口檢修閘門，由此將廠房順?biāo)飨蜷L度由92．60 m減小為87．87 m，僅此一項(xiàng)，節(jié)約了大量的鋼筋混凝土，節(jié)約了工程投資。

（4）在4號機(jī)右邊墻內(nèi)設(shè)置了空腔并兼作觀光廊道；在安裝間底板大體積部位挖了若干空腔。有效改善了廠房的基底應(yīng)力和節(jié)約了工程投資，并兼顧了旅游開發(fā)需要。

（5）廠房基礎(chǔ)開挖采用接近垂直的邊坡開挖加噴錨支護(hù)的方式，不僅減少了工程開挖量和節(jié)省了混凝土，同時(shí)也節(jié)省了工期。

（6）施工期間在安裝間下游防洪墻預(yù)留了一個(gè)大件運(yùn)輸孔，以滿足首臺機(jī)組及橋機(jī)大件的運(yùn)輸需要，大大提高了安裝進(jìn)度，并于后期進(jìn)行了封堵。

（7）配合施工方對進(jìn)水口頂板采用倒“T”梁預(yù)制混凝土模板的施工方案，進(jìn)水口頂面曲面光滑，對發(fā)電水頭不產(chǎn)生影響，既節(jié)省了施工成本，又縮短施工工期近4個(gè)月。

2．4 國內(nèi)最大推力的沖沙閘預(yù)應(yīng)力閘墩設(shè)計(jì)

草街航電樞紐沖沙閘為開敞式平底板寬頂堰，底板高程178．00 m，單孔閘室凈寬14．8 m，閘門擋水高度25 m，中墩厚4．9 m，左邊墩厚4．5 m，閘室最大高度61．5 m。

沖沙閘在正常擋水工況時(shí)，上游水位為203．00 m，一臺機(jī)正常發(fā)電時(shí)，下游水位為178．40 m，此時(shí)上下游水位差最大，工作弧門將對泄洪閘閘墩牛腿產(chǎn)生2×34 650 kN的推力，弧門支鉸單側(cè)推力為34 650 kN。目前，草街航電工程沖沙閘預(yù)應(yīng)力（混凝土錨塊）閘墩在中國水電工程同類型中預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)噸位位列第一，見表2。

為了方便施工，沖沙閘預(yù)應(yīng)力閘墩與錨塊的連接形式采用簡單式結(jié)構(gòu)，主錨索在閘墩平面采用平行布置，閘墩立面上共設(shè)5層，總擴(kuò)散角為18°，相鄰兩層主錨索擴(kuò)散角為4．5°，預(yù)應(yīng)力主錨索合力作用線通過弧門支鉸中心，方向與弧門支鉸推力相反。泄洪閘中墩每層布置4排主錨索，邊墩每層布置3排主錨索。主錨索通過不同拉錨系數(shù)（預(yù)應(yīng)力總永存噸位與弧門總水推力比值）的比選，最終確定拉錨系數(shù)為1．8。主錨索采用OVM15－45錨固體系，單束主錨索由45根高強(qiáng)度、低松弛無粘結(jié)鋼絞線（7φ5）組成，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 860 MPa，公稱直徑15．24 mm，單束設(shè)計(jì)張拉噸位為7 037 kN，超張拉噸位為7 800 kN，永存噸位為5 700 kN，預(yù)應(yīng)力損失為19%。

表2 部分國內(nèi)水電站弧門總推力統(tǒng)計(jì)

主錨索上游錨固端在弧門下游側(cè)閘墩內(nèi)的預(yù)留平孔內(nèi)，預(yù)留平孔沿閘墩高程方向布置5層，預(yù)留平孔直徑1．5 m，可通過預(yù)留平孔進(jìn)行主錨索的安裝、張拉，預(yù)留平孔在主錨索施工完成后用同強(qiáng)度微膨脹混凝土回填，并進(jìn)行回填灌漿。

錨塊在受到弧門水推力和主錨索張拉力的作用下，在垂直主錨索方向會出現(xiàn)較大范圍和較大量值的次生拉應(yīng)力，為抵消該部分次生拉應(yīng)力對錨塊結(jié)構(gòu)的不利影響，改善其應(yīng)力狀態(tài)，在錨塊里布置了一定數(shù)量的水平次錨索，次錨索分3排在垂直弧門推力方向共布置了12束，每排均布置4束，每束布置在相鄰兩層主錨索中間，次錨索的錨固端在錨塊的外側(cè)，待錨索張拉完畢后用二期混凝土封閉。次錨索采用OVM15－15錨固體系，單束次錨索由18根高強(qiáng)度、低松弛無粘結(jié)鋼絞線（7φ5）組成，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 860 MPa，公稱直徑15．24 mm，單束設(shè)計(jì)張拉噸位為2 345 kN，超張拉噸位為2 600 kN，永存噸位為1 900 kN，預(yù)應(yīng)力損失為19%。

目前草街航電工程已投產(chǎn)發(fā)電，沖沙閘運(yùn)行正常，錨索監(jiān)測數(shù)據(jù)正常，沖沙閘閘墩和錨塊沒有出現(xiàn)裂縫等不良現(xiàn)象。

2．5 泄洪閘大跨度連續(xù)跨縫高排架結(jié)構(gòu)布置

草街航電樞紐工程泄洪閘單孔凈寬13．0 m，擋水高度23 m，閘室高度62．5 m，最大閘高67 m，共布置有15孔，閘室結(jié)構(gòu)分縫采用底板分縫，工作閘門為平板閘門，壩頂布置啟閉機(jī)排架。由于泄洪閘閘基大部分為泥巖，該微新巖石飽和抗壓強(qiáng)度為15～20 MPa，閘基承載力低，且大部分基礎(chǔ)位于弱風(fēng)化的泥巖上，因此，壩頂?shù)膯㈤]機(jī)排架布置存在一個(gè)不均勻沉降問題。同時(shí)，啟閉機(jī)的啟閉力很大，這就給排架設(shè)計(jì)帶來新的問題。為此，對泄洪閘大跨度連續(xù)跨逢高排架進(jìn)行了專題研究，采用通用ANSIS軟件進(jìn)行了多工況下的有限元計(jì)算分析與敏感性分析，同時(shí)，又采用PKPM軟件進(jìn)行驗(yàn)證，在大量的計(jì)算成果的基礎(chǔ)上，又對嘉陵江上跨縫排架進(jìn)行了實(shí)地考察調(diào)研，在總結(jié)類似工程成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，草街泄洪閘啟閉機(jī)排架采用3孔跨縫布置一榀排架，排架沿垂直水流方向長度50．9 m，沿平行水流方向長度8．2 m，排價(jià)高度28．1 m，排架結(jié)構(gòu)分縫長度突破了規(guī)范規(guī)定的長度，排架的規(guī)模達(dá)到國內(nèi)之最。通過有限元大量的計(jì)算及排架配筋計(jì)算，驗(yàn)證了此種排架布置的合理性。經(jīng)過近5年的運(yùn)行表明，排架未出現(xiàn)裂縫等問題，觀測結(jié)果一切正常。

2．6 沖沙閘弧形工作門的結(jié)構(gòu)布置

草街航電樞紐沖沙閘弧形工作閘門孔口尺寸為14．8 m×25．5 m（寬×高），設(shè)計(jì)水頭25 m，設(shè)計(jì)總靜水壓力63 000 kN，開啟高度27 m，是目前國內(nèi)外已建成工程閘門高度、開啟高度和總水壓力最大的露頂弧形閘門。該閘門在宣泄低頻率洪水時(shí)閘門門葉及支臂下部結(jié)構(gòu)、支鉸結(jié)構(gòu)和液壓啟閉機(jī)油缸均淹沒在水中，設(shè)備運(yùn)行工況復(fù)雜，設(shè)計(jì)技術(shù)難度大。本課題依托草街航電樞紐沖沙閘弧形工作閘門設(shè)計(jì)，切合當(dāng)時(shí)的閘門和啟閉機(jī)制造水平，在全面系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，深入開展閘門及啟閉機(jī)布置型式研究、斜三支臂閘門結(jié)構(gòu)研究、水下支鉸的密封研究、閘門空間有限元研究、閘門流激振動(dòng)模型試驗(yàn)研究，在工程中首次采用了可在水下工作的弧門支鉸結(jié)構(gòu)和液壓啟閉機(jī)油缸，并已成功運(yùn)行，采用的液壓啟閉機(jī)容量為2×5 000 kN，行程為13．5 m，是目前國內(nèi)水電站已建工程中最大的雙吊點(diǎn)后拉式液壓啟閉機(jī)，提出了通過基于流固耦合理論的弧形閘門空間有限元計(jì)算方法，建立了閘門水彈性振動(dòng)試驗(yàn)通過全相似水彈性模型和非恒定流試驗(yàn)采集分析動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的方法，對于大型窄高型露頂弧形閘門的設(shè)計(jì)，具有廣泛的參考和借鑒價(jià)值。本課題將草街沖沙閘弧門支鉸布置在受水流沖擊的高程上，突破了現(xiàn)行《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于“弧形閘門支鉸宜布置在過流時(shí)支鉸不受水流及漂浮物沖擊的高程上”的限制，豐富了我國現(xiàn)有的“水電水利工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范”內(nèi)容，同時(shí)將我國露頂弧形閘門的技術(shù)水平提高了一定的量級。

2．7 施工組織設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

（1）草街航電樞紐工程施工導(dǎo)流采用分期導(dǎo)流方式。根據(jù)樞紐水工建筑物的布置特點(diǎn)，主體工程分兩期施工。一期圍左岸，利用右岸擴(kuò)挖河道泄流、通航，基坑全年施工，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，相應(yīng)洪水流量為41 100 m3／s；在一期圍堰圍護(hù)下，經(jīng)三枯二汛完成船閘、廠房、5孔沖沙閘的施工。二期圍右岸，枯水期由一期完建的5孔沖沙閘過流、船閘通航，基坑施工枯期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，相應(yīng)洪水流量5 440 m3／s（11月～次年4月）；汛期基坑度汛標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，相應(yīng)洪水流量為41 100 m3／s，由五孔沖砂閘和二期基坑過流、船閘通航；枯水期在圍堰保護(hù)下，經(jīng)兩個(gè)枯水期完成右岸15孔泄洪閘及擋水壩段的施工。

混凝土縱向圍堰布置在河道江心灘上，順河向展布，長約611．00 m，為一、二期基坑施工時(shí)的縱向擋水建筑物，與水工非常泄洪閘相結(jié)合。

一期上、下游圍堰均為粘土心墻堆石壩，上圍堰堰頂高程為212．0 m，最大堰高48．0 m；下圍堰頂高程為209．5 m，最大堰高39．5 m。

二期上、下游圍堰為土石過水圍堰，上圍堰堰頂高程為192．5 m，最大高度16．5 m，堰面采用8 m×8 m×0．8 m（長×寬×厚）的混凝土楔形面板保護(hù)，下游堰腳設(shè)置混凝土鎮(zhèn)墩；下圍堰堰頂高程為185．0 m，最大高度9．0 m，堰面亦采用8 m×8 m×0．8 m（長×寬×厚）的混凝土楔形面板保護(hù)。

草街航電樞紐工程導(dǎo)流工程主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

①充分考慮工程區(qū)地形地質(zhì)條件、樞紐布置及通航要求，采用分期導(dǎo)流方式，既保證了工程施工期不斷航，又保證了工程的發(fā)電工期。草街航電樞紐工程是以航運(yùn)為主，兼顧發(fā)電，一期利用右岸擴(kuò)挖河床過流、通航，左岸一期基坑全年導(dǎo)流，有利于廠房、船閘、沖砂閘全年施工；二期枯水期圍堰擋水發(fā)電，已完建的船閘通航，5孔沖砂閘過流，汛期5孔沖砂閘和二期基坑過流。

②根據(jù)水工樞紐布置、地形地質(zhì)條件等，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，縱向混凝土圍堰與布置于河心灘上的水工非常泄洪閘充分結(jié)合布置，節(jié)省了工程投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

③縱向混凝土圍堰規(guī)模大，位居國內(nèi)圍堰工程前列。圍堰最大高度45．0 m，底寬39．0 m，采用國內(nèi)少有的U型槽型式。為滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、應(yīng)力要求，在槽內(nèi)填渣、頂部布設(shè)聯(lián)系梁。

④二期土石過水圍堰單寬過流量國內(nèi)最大。二期汛期設(shè)計(jì)洪水流量為41 100 m3／s，其中二期過水圍堰泄流量為27 000 m3／s，單寬泄流量約106 m3／s ·m。2011年汛期實(shí)際最大來流量約40 000 m3／s，接近設(shè)計(jì)頻率洪水。

⑤二期土石過水圍堰運(yùn)行時(shí)間長、堰面保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。二期土石過水圍堰運(yùn)行2年，汛期頻繁過水，且遭遇接近設(shè)計(jì)頻率洪水，但整體運(yùn)行良好，說明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量滿足使用要求。

⑥保證了工程整個(gè)施工期不斷航，一期通航流量5 400 m3／s，基本達(dá)到95%的通航保證率，二期利用已建船閘通航，確保了工程通航和發(fā)電效益。

綜上所述，草街航電樞紐工程導(dǎo)流設(shè)計(jì)充分考慮工程區(qū)地形地質(zhì)條件、樞紐布置及通航要求，采用分期導(dǎo)流方式，很好地解決了施工期通航問題；合理布置導(dǎo)流建筑物，保證了施工期通航安全；導(dǎo)流建筑物與水工樞紐建筑物充分結(jié)合，節(jié)省了工程投資；土石過水圍堰單寬流量最大，過水時(shí)間長，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、安全；整個(gè)導(dǎo)流工程的經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益突出，對于寬河床、大流量、有施工期通航要求的工程，草街航電樞紐工程的導(dǎo)流設(shè)計(jì)具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

（2）在工程初設(shè)中，采用左右兩岸不修橋溝通，兩岸分別建砂石加工廠和混凝土系統(tǒng)。左岸設(shè)置馬鞍山人工骨料加工廠和混凝土系統(tǒng)，承擔(dān)左岸主體工程約158萬m3混凝土所需的成品骨料加工和混凝土月高峰澆筑強(qiáng)度7．8萬m3（包括制冷混凝土）供應(yīng)。右岸設(shè)置周家灣人工骨料加工廠和混凝土系統(tǒng)，承擔(dān)右岸工程約51萬m3混凝土所需的成品骨料加工和混凝土月高峰澆筑強(qiáng)度4．5萬m3要求。

在工程實(shí)施中，鑒于左岸壩體在一期已建成至縱向?qū)μ?，對右岸二期工程混凝土的施工方案進(jìn)行了優(yōu)化研究，提出二期工程混凝土供應(yīng)方案：混凝土骨料由從馬鞍山人工砂石系統(tǒng)生產(chǎn)供應(yīng)，利用左岸現(xiàn)有混凝土系統(tǒng)拌制混凝土，通過左岸大壩至縱向?qū)Χ?，再通過布置在縱向圍堰內(nèi)道路將成品混凝土從左岸運(yùn)輸至右岸二期基坑內(nèi)的混凝土工作面。

該方案經(jīng)各方組織論證和實(shí)施后，由于運(yùn)距近，確保了工期和質(zhì)量，本方案和原方案的經(jīng)濟(jì)相比，在建廠土建費(fèi)用、骨料加工費(fèi)用、混凝土拌和費(fèi)用、骨料運(yùn)輸費(fèi)用、混凝土運(yùn)輸費(fèi)、征地移民費(fèi)用等幾方面均有所節(jié)約，推薦方案比原方案可節(jié)約投資約3 000萬元左右，特別是比原方案減少了周家灣料場和周家灣人工骨料加工廠的征地和移民費(fèi)用，減少征地面積約11萬m2，具有良好的社會效益。

3 結(jié) 論

草街航電樞紐工程在勘測設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用了多

項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，其中多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)成果處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約投資和縮短工期的目標(biāo)，很多關(guān)鍵技術(shù)成果必將為類似工程起到指導(dǎo)作用。

草街航電樞紐工程自2010年10月第一臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電以來，整個(gè)工程運(yùn)行正常，產(chǎn)生了較大的環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，必將為重慶經(jīng)濟(jì)發(fā)展及嘉陵江的全面渠化作出重大的貢獻(xiàn)。

目前該工程已運(yùn)行近5年，根據(jù)監(jiān)測資料分析，各建筑物性態(tài)正常，運(yùn)行狀況良好。2013年榮獲“四川省優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)”一等獎(jiǎng)。

作者簡介：石太軍（1980－），男，甘肅莊浪縣人，高級工程師，從事水電工程設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：2015-05-22

中圖分類號：TV61

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1003－9805（2016）01－0001－06