鐘 飛

（陜西省商洛市水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，陜西 商洛 726000）

1 概況

龍駒寨鎮(zhèn)位于丹江中游商丹盆地東端的丹鳳縣城邊，現(xiàn)轄17個(gè)村，6個(gè)社區(qū)，人口7萬人，耕地面積33298畝。丹鳳縣2號(hào)橡膠壩下游1.6 km以內(nèi)河堤基本完整，漿砌石護(hù)坡，河道呈自然狀態(tài)，河槽較深，灘面寬闊，但灘多水少，景觀性較差，與周圍環(huán)境不符。根據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃，此區(qū)域未來為生態(tài)觀光型旅游區(qū)。為給市民提供休閑游憩親水的場(chǎng)所，打造丹江及丹鳳文化展示空間，規(guī)劃在丹江龍駒寨鎮(zhèn)修建橡膠壩蓄水工程。

2 工程地貌及設(shè)計(jì)洪水分析

2.1 地形地貌

工程區(qū)位于丹鳳縣城南丹江干流河道，蓄水區(qū)南北長(zhǎng)約1.4 km，東西寬約0.15 km左右，河道自然比降約3.6‰，地形較平坦，總體起伏高差小于5 m。工程區(qū)河岸順直，近壩段為一彎道，兩岸主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積卵石、沖積堆積卵石層及基巖岸坡，目前穩(wěn)定性較好。蓄水后，左右岸已成護(hù)岸穩(wěn)定性較好，不存在岸坡穩(wěn)定問題?；鶐r岸坡段整體邊坡基本穩(wěn)定，僅局部存在崩塌掉塊現(xiàn)象，整個(gè)蓄水區(qū)基本不存在塌岸問題。

2.2 設(shè)計(jì)洪水分析

丹江上游的洪水由暴雨形成。洪水最早出現(xiàn)在4月，年最大洪水主要發(fā)生在7月～9月,一次洪水過程一般為一日左右，洪水過程線大多數(shù)呈單峰，且峰形尖瘦。隨著匯流面積的增大，洪水過程延長(zhǎng)至2天～5天，峰形則具有多峰鋸齒狀特點(diǎn)。2015年，商洛市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院編制的《商洛市丹江梁家灣、太吉河、柳樹灣重點(diǎn)段防洪工程初步設(shè)計(jì)》中的洪水分析計(jì)算成果通過了市水利局的審查，為和丹江流域防洪工程設(shè)計(jì)保持一致，本次設(shè)計(jì)直接采用已審查確定的設(shè)計(jì)成果。工程區(qū)20年一遇洪水洪峰流量為1740 m3/s，10年一遇洪水洪峰流量為1310 m3/s。

3 蓄水壩設(shè)計(jì)分析

規(guī)劃在丹江丹鳳縣龍駒寨至現(xiàn)狀2號(hào)橡膠壩（即東河口以上），下至G40滬陜高速橋下游300 m約1.6 km以內(nèi)建設(shè)攔蓄工程，形成水面景觀，改善城區(qū)下游段水生態(tài)環(huán)境，宜居人民群眾。工程主要建設(shè)內(nèi)容為：新建蓄水壩一座。防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，相應(yīng)洪水洪峰流量為1310 m3/s。

3.1 蓄水壩址選擇

按照穩(wěn)定河床，保護(hù)兩岸安全，形成蓄水水面景觀，提升工程區(qū)品質(zhì)，改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和人居環(huán)境的原則，本次設(shè)計(jì)選擇3處壩址進(jìn)行比選（見表1）：方案一：上壩址，現(xiàn)狀橡膠壩下游800 m，東河口下游430 m；方案二：中壩址，現(xiàn)狀橡膠壩下游1200 m，東河口下游830 m；方案三：下壩址，現(xiàn)狀橡膠壩下游1400 m，東河口下游1050 m。經(jīng)分析比較，方案三設(shè)計(jì)效果較好，所以推薦方案三下壩址為蓄水壩建設(shè)區(qū)。

表1 壩址分析選擇表

3.2 蓄水壩型選擇

本次設(shè)計(jì)壩型壩基起穩(wěn)定河床作用，壩體日常立壩蓄水形成水面景觀，洪水期塌壩，滿足行洪要求。如果采用漿砌石溢流壩等壩型，則容易被河道推移質(zhì)淤積報(bào)廢，另外，在洪水期造成洪水位抬高，影響河道泄洪和兩岸群眾的防洪安全。根據(jù)本河段洪水特性、河道地形條件、保護(hù)范圍的重要性、景區(qū)旅游要求等條件，本次分別對(duì)液壓壩、自動(dòng)翻板閘、橡膠壩等3種壩型進(jìn)行比較（見表2）。按照壩體堅(jiān)固耐用、壩型美觀、升降迅速，滿足行洪要求，經(jīng)綜合分析比較，確定采用方案一液壓壩型式。

表2 壩型比較表

3.3 蓄水壩設(shè)計(jì)分析

根據(jù)工程區(qū)實(shí)測(cè)地形圖，近年來，丹江河道由于采砂河床下降，現(xiàn)狀工程區(qū)河底高程539.21 m～533.20 m，河道平均縱比降為2.6‰，設(shè)計(jì)壩址斷面河床平均高程537.00 m。因此，本次設(shè)計(jì)壩底板高程與河床平均高程一致，相應(yīng)壩底板高程為537.00 m。

根據(jù)工程區(qū)發(fā)展要求和設(shè)計(jì)回水位置河道內(nèi)高程，蓄水水面高程確定為540.50 m，設(shè)計(jì)壩底板高程為537.00 m，因此設(shè)計(jì)壩高為3.5 m。根據(jù)實(shí)測(cè)資料，現(xiàn)狀2號(hào)橡膠壩下游丹江河槽枯水水位540.40 m，現(xiàn)狀河槽平均高程為540.00 m，新建壩蓄水后蓄水深度0.5 m?，F(xiàn)狀東河口處丹江河槽枯水水位539.00 m，現(xiàn)狀河槽平均高程為538.50 m，新建壩蓄水后蓄水深度1.5 m。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘及實(shí)測(cè)資料，設(shè)計(jì)壩址斷面右岸為山坡，上部有縣道X205通過，左岸為高速公路及天然河灘岸坎，河灘內(nèi)壩址下游50 m處現(xiàn)狀修建有砌石堤防，位于高速公路臨水側(cè)23 m處，長(zhǎng)217 m，頂寬1.5 m，高3 m。右岸山坡至左岸高速公路寬度為135 m，右岸山坡至左岸現(xiàn)狀堤防寬度為108 m。本次設(shè)計(jì)右岸壩邊墩位于現(xiàn)狀山坡腳，左岸壩邊墩擋墻位于現(xiàn)狀堤防處，與上下游現(xiàn)狀灘面齊平，不縮小行洪寬度，設(shè)計(jì)壩長(zhǎng)114 m。壩主體建筑物（順?biāo)鞣较颍╅L(zhǎng)55.6 m，其中截滲墻厚0.6 m，壩底板長(zhǎng)8 m，消力池長(zhǎng)27 m，海漫長(zhǎng)20 m，左右岸邊墻及翼墻共196 m。

4 壩基滲透穩(wěn)定計(jì)算及處理措施

根據(jù)工程區(qū)地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，基巖面深度一般在12 m，砂礫石的允許水力坡降為0.08，下游壩前水頭為ΔH=4 m，當(dāng)基底沿水流方向最小寬度B=ΔH/J實(shí)=4/0.08=50 m時(shí)，壩基才能達(dá)到滲透穩(wěn)定。因此，當(dāng)壩底板或上下游鋪蓋總長(zhǎng)度達(dá)到以上計(jì)算值時(shí)，壩基才能達(dá)到滲透穩(wěn)定。而修建壩上游水平鋪蓋，在本河段容易受洪水和推移質(zhì)沖毀，因此不采用該方案處理。本次設(shè)計(jì)采用垂直截滲墻方案。

4.1 滲透穩(wěn)定分析

當(dāng)壩上游有水、下游無水時(shí)，對(duì)壩體抗滑穩(wěn)定最為不利，因此，選取該工況進(jìn)行分析計(jì)算。本次計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院以有限元理論為基礎(chǔ)開發(fā)的《滲流穩(wěn)定計(jì)算程序》。截滲墻高度為10 m時(shí)，即截滲墻完全穿透砂礫石層時(shí)（砂礫石滲透系數(shù)60 m/d），計(jì)算的壩基穩(wěn)定值仍不能滿足滲透穩(wěn)定要求?；鶐r面深度為12 m，風(fēng)化層厚度約2 m，因此，設(shè)計(jì)將截滲墻深入到弱風(fēng)化基巖面以下0.5 m，以滿足滲透破壞要求。為防止繞滲破壞，截滲墻沿壩縱軸線向兩岸延伸布置，總長(zhǎng)130 m，厚0.6 m，平均深度15 m，由于左右岸修建有翼墻等工程措施，兩岸不會(huì)發(fā)生繞滲破壞。根據(jù)以上分析計(jì)算，采用大開挖方案施工，C20砼澆筑連續(xù)成墻。

4.2 壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析

本工程壩面板及底板結(jié)構(gòu)按立壩結(jié)構(gòu)型式計(jì)算，當(dāng)立壩上游有水，下游無水時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)安全最為不利，對(duì)該工況進(jìn)行分析計(jì)算。壩沿基礎(chǔ)底面的抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式如下：

式中：Kc為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為基礎(chǔ)底面與地基之間的摩擦系數(shù)；ΣG為作用在底板上的全部豎向荷載，kN；ΣH為作用在底板上的全部水平荷載，kN。

壩抗傾穩(wěn)定計(jì)算公式如下：

式中：K0為抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；ΣMV為對(duì)前趾的抗傾覆力矩，kN·m；ΣMH為對(duì)前趾的傾覆力矩，kN·m。

采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院開發(fā)的《巖土工程計(jì)算分析軟件》分析計(jì)算。當(dāng)壩上游有水、下游無水時(shí)，對(duì)壩體抗滑穩(wěn)定最為不利，因此，選取該工況進(jìn)行計(jì)算。地基土天然容重23 kN/m3，地基土內(nèi)摩擦角31°，墻底摩擦系數(shù)0.4。經(jīng)計(jì)算，壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.0≥KC=1.2，抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)為6.0≥K0=1.4，計(jì)算地基應(yīng)力為63.8 kPa，小于壩基礎(chǔ)砂礫石層天然情況地基承載力260 kPa，均滿足規(guī)范要求。

4.3 翼墻穩(wěn)定計(jì)算

本工程設(shè)計(jì)壩上下游翼墻采用扶壁式擋墻。扶壁式擋墻最高8.0 m，墻頂寬0.6 m，墻趾長(zhǎng)1 m，墻踵長(zhǎng)5.4 m，底板厚0.8 m，扶肋間距4 m，扶肋厚0.5 m。采用C25鋼筋砼澆筑。兩側(cè)翼墻當(dāng)墻后填土、臨河無水時(shí)，對(duì)擋墻抗滑穩(wěn)定最為不利，因此，選取該工況進(jìn)行計(jì)算。地基土天然容重23 kN/m3，地基土內(nèi)摩擦角31°，墻底摩擦系數(shù)0.4。計(jì)算公式與壩穩(wěn)定計(jì)算公式相同。經(jīng)計(jì)算，扶壁式擋墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.84≥KC=1.2，抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)為6.2≥K0=1.4，計(jì)算最大地基應(yīng)力為223 kPa，小于壩基礎(chǔ)砂礫石層天然情況地基承載力260 kPa，均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)語

丹江龍駒寨段河勢(shì)穩(wěn)定，通過勘踏論證地質(zhì)環(huán)境和洪水分析，經(jīng)過方案比選和優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，以及對(duì)壩基的滲透穩(wěn)定分析，提出在2號(hào)橡膠壩下游1400 m，東河口下游1050 m處，建設(shè)高3.5 m的液壓壩進(jìn)行蓄水，并采用垂直截滲墻方案，以達(dá)到安全蓄水、形成水面的目地。工程建成后將新增29.4萬m2水面，對(duì)提升當(dāng)?shù)厝宋穆糜纹肺?、加快城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展、改善商丹主線城鎮(zhèn)面貌有很大促進(jìn)作用。

5.2 建議

（1）對(duì)丹江干流蓄水壩建立聯(lián)合運(yùn)行機(jī)制，建立健全預(yù)警機(jī)制，并向上下游各單位及群眾進(jìn)行通告，確保本工程提前塌壩，安全泄。

（2）本工程蓄水可能會(huì)對(duì)河道產(chǎn)生淤積，影響行洪，應(yīng)經(jīng)常塌壩拉沙沖淤，或機(jī)械清除河道泥沙。

（3）根據(jù)丹江河道魚類洄游特點(diǎn)、要求，按照當(dāng)?shù)毓芾聿块T要求，在該段時(shí)期，塌壩運(yùn)行。