張世泉

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

汾河新二壩項(xiàng)目為汾河流域生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目的一部分，項(xiàng)目區(qū)位于太原市劉家堡鄉(xiāng)劉家堡村，上游綜合治理三期工程與下游二壩之間的河道，距離太原市區(qū)34.7 km，河道上跨河橋梁為劉家堡大橋。工程主要目的是通過(guò)在河道上設(shè)置蓄水閘壩，抬高河道水位，在河道內(nèi)形成蓄水水面，實(shí)現(xiàn)三期工程與中游核心區(qū)水面連續(xù)，同時(shí)增補(bǔ)地下水，改善河道及周邊生態(tài)環(huán)境；工程閘壩處設(shè)置船閘建筑物，實(shí)現(xiàn)三期工程至二壩之間游船通行。

本工程蓄水區(qū)河道按20 年一遇洪水設(shè)防，設(shè)計(jì)洪水流量1 420 m3/s，主要建筑物按20 年一遇洪水設(shè)計(jì)，50 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核，校核洪水流量1 970 m3/s。

三期工程與二壩之間河道呈南北向展布，長(zhǎng)約13.5 km，現(xiàn)狀河道寬約300 m，右岸大堤緊臨城市濱河西路，兩岸堤頂高程分別為左岸765.5～773.46 m，右岸762.0～773.30 m，堤頂寬約6 m，河道內(nèi)現(xiàn)有主槽，主槽寬約60～80 m，深2.6 m 左右。工程主要建筑物包括壅水閘壩和船閘等。壅水閘壩包括主槽段弧形門(mén)擋水閘和兩岸灘地鋼壩閘。因有游船通行要求，同時(shí)考慮現(xiàn)狀河道兩岸未設(shè)排污涵，太原城市污水排放直接進(jìn)入蓄水區(qū)，在滿足河道行洪前提下，在河道主槽中部布置船閘通航，船閘兩側(cè)布置少占行洪斷面的大孔寬弧形門(mén)擋水閘，來(lái)排沙、蓄水更新置換等，左、右兩岸灘地布置鋼壩閘通過(guò)壩頂溢流滿足日常污水排放的要求。

本蓄水工程為Ⅳ等工程，相應(yīng)壅水閘壩及岸墻等建筑物級(jí)別為4 級(jí)。根據(jù)通航規(guī)模，船閘采用單級(jí)單線船閘，工程等級(jí)為Ⅶ級(jí)，相應(yīng)永久性主要建筑物級(jí)別為4 級(jí)，靠船、導(dǎo)航建筑物級(jí)別為5 級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為5 級(jí)。

2 閘壩方案布置

本段河道右臨濱河西路，左接太原市綜型改革發(fā)展起步區(qū)，河道寬度目前無(wú)法拓寬。為實(shí)現(xiàn)三期工程與二壩之間河道水面連續(xù)，主槽通航，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘看，根據(jù)下游回水關(guān)系、河床高程、通航條件、大橋影響等提出以下兩種閘壩方案。

2.1 河道內(nèi)設(shè)置一道閘壩方案（方案一）

一道閘壩布置在劉家堡大橋下游，壩址位于劉家堡大橋下游約1.7 km 處。根據(jù)下游二壩正常蓄水位764.01 m，主槽回水可達(dá)劉家堡大橋以上約1 km，且當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在河道兩岸灘地內(nèi)填土造地，兩岸灘地回水受限，實(shí)際灘地回水長(zhǎng)度約4 km，（此處灘地高程在764.0 左右，局部低洼）。按灘地上回水水深0.5 m 考慮，閘底板高程不得超過(guò)763.5 m，實(shí)測(cè)劉家堡大橋以上灘地高程在765.0 m 以上。為解決全河道灘地水面連續(xù)問(wèn)題，閘壩布置在劉家堡大橋下游。此處河床主槽高程約761.5 m，水深2.5 m，同時(shí)滿足1.2 m 的最低通航水深要求。

閘前正常蓄水位同時(shí)滿足低于劉家堡大橋橋底高程（約768.6 m），淹沒(méi)三期末端兩岸灘地（大部分高程767.5—768.4 m），游船通行最低水位766.3 m 這三個(gè)條件，最終確定為768.0 m，對(duì)三期下游灘地進(jìn)行局部清淤以實(shí)現(xiàn)全槽蓄水。王家堡大橋橋底距離設(shè)計(jì)最低通航水位2.3 m，小于過(guò)橋通行凈空3 m，限制了通航，本方案考慮拆除重建大橋。

一道壩方案布置見(jiàn)圖1。

圖1 一道壩方案布置圖

本方案中壩總長(zhǎng)291.0 m，在主槽中部布置通航建筑物船閘，船閘主體建筑橫剖面為整體式“U”字形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總寬19 m，其中左、右閘墩寬5.0 m，閘室凈寬9 m；船閘兩側(cè)各布2 孔弧形門(mén)閘擋水，總長(zhǎng)44.0 m，單孔凈寬8 m，閘前擋水高度6.0 m；左、右兩側(cè)灘地布置參考目前已運(yùn)行的鋼壩閘工程閘門(mén)規(guī)模以及市場(chǎng)上鋼閘門(mén)生產(chǎn)廠家的制造水平，灘地鋼壩閘共布置6 孔，單孔凈寬為30 m，閘底軸直徑1.0 m，壩高4.5 m。

2.2 河道內(nèi)設(shè)置二道閘壩方案（方案二）

根據(jù)三期和二壩間河道高程關(guān)系，1#、2#閘壩分別布置在劉家堡大橋上、下游側(cè)。據(jù)二壩正常蓄水位確定2#壩閘底高程763.5 m，位置選在距二壩約4 km處，灘地高程764.0 m 左右，主槽高程761.3 m，水深2.7 m，滿足游船通行的最小水深要求，灘地可通過(guò)部分清淤形成全河槽水面。1#、2#閘壩之間水面高程由劉家堡大橋橋底滿足游船通行決定，劉家堡大橋橋底高程768.6 m，水面以上船高按2.3 m 考慮，則1#、2#閘壩之間水面不得高于765.5 m，為達(dá)到全槽水面，要求1#閘壩閘底高程不超過(guò)765.0 m，1#閘壩位置選在劉家堡大橋上游700 m 處，距三期約5.6 km，壩址處主河槽762.0 m，水深2.0 m，滿足游船通行的最小水深要求，灘地高程765.0 m，通過(guò)部分清淤可形成全槽水面。1#壩以上水面由三期末端灘地高程確定1#壩閘前擋水位為768.0～768.5 m。

1#壩總長(zhǎng)311 m，主槽建筑物垂直水流方向尺寸同方案1，擋水高度6.0 m；灘地共布置5 孔鋼壩閘，單孔凈寬40.0 m，總長(zhǎng)248 m，壩高3.0～3.5 m。2#壩主槽建筑物同1#壩，擋水高度4.0 m，灘地共布置5 孔鋼壩閘，總長(zhǎng)248 m，壩高2.0 m。

兩道壩方案設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

圖2 兩道壩方案設(shè)計(jì)圖

3 閘壩方案比較

這兩種閘壩布置，主槽段均為船閘和弧形閘門(mén)，凈寬尺寸相同，故只對(duì)河道行洪安全影響比較大的兩岸灘地鋼壩閘布置進(jìn)行比較。

3.1 工程布置

方案一中灘地上鋼壩閘擋水高度4.5 m，壩高4.5 m，閘底軸直徑1.0 m，閘門(mén)規(guī)模大；因擋水位較高，啟門(mén)力較大，傳導(dǎo)至閘墩的水平力很大，對(duì)閘墩抗滑穩(wěn)定不利，經(jīng)計(jì)算閘墩邊墻厚度1.0 m，底板厚度2.0 m，穩(wěn)定安全系數(shù)才能滿足規(guī)范要求；相應(yīng)啟閉機(jī)選型容量增大，單臺(tái)為2 000 kN。方案二中壩高低，閘底軸直徑0.8 m，閘門(mén)規(guī)模較?。粏㈤T(mén)力較小，計(jì)算閘墩穩(wěn)定時(shí)，閘墩邊墻厚度減至0.8 m，底板厚度減薄至1.6 m，閘墩抗滑穩(wěn)定就能滿足；啟閉機(jī)容量小，單臺(tái)為1 000 kN。所以，方案二在閘壩規(guī)模、閘墩抗滑穩(wěn)定方面優(yōu)于方案一。

3.2 通航條件

方案一蓄水后，現(xiàn)狀劉家堡大橋底部距蓄水面0.6 m，參照內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)以及參考其他工程，游船通行凈空高度定為3.0 m，拆除大橋后方可通行。方案二中當(dāng)兩道閘壩蓄水后，距水面距離為3.1 m，游船可順利通過(guò)大橋。因此方案二比方案一通航條件優(yōu)越。

3.3 河道行洪

方案一增加了灘地閘的孔數(shù)，相應(yīng)閘墩數(shù)增多，束窄河道過(guò)流凈斷面，發(fā)生校核洪水時(shí)，經(jīng)計(jì)算閘前水面壅高值為0.69 m，同時(shí)蓄水區(qū)兩岸堤防超高不夠，對(duì)河道行洪不利。而方案二中，河道過(guò)流凈寬為200 m，比方案一增加20 m 及1 個(gè)閘墩寬度，河道泄洪寬度加大，計(jì)算的水面壅高值為0.35 m，兩岸堤防超高滿足要求，對(duì)河道行洪有利。方案二比方案一利于河道行洪。

3.4 蓄水對(duì)兩岸堤防的影響

本蓄水區(qū)兩岸均為土質(zhì)防洪堤，兩岸堤頂較為平緩，左岸堤高4.5～6.2 m，堤頂寬約6 m；右岸堤高4.3～6.5 m，堤頂寬約6 m。據(jù)調(diào)查，筑堤時(shí)主要在河漫灘取土。堤身巖性主要為淺黃、褐黃色粉土質(zhì)砂，含細(xì)粒土砂及低液限粉土組成，局部夾低液限粘土透鏡體，結(jié)構(gòu)松散，偶含碎石及煤屑，土質(zhì)不均，質(zhì)量較差。大堤兩側(cè)邊坡較陡且大部無(wú)防護(hù)，僅局部?jī)?nèi)側(cè)邊坡有少量漿砌石護(hù)坡。

針對(duì)方案一和方案二中不同蓄水位，采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所編制的水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)《AutoBANK》（V7.08 版），對(duì)兩岸堤防滲流穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，因方案一中河道蓄水位較高，導(dǎo)致兩岸大堤邊坡中浸潤(rùn)線抬高，邊坡出口段滲流坡降0.3 大于允許坡降0.25，邊坡滲透變形不穩(wěn)定；而方案二中滲流坡降0.22 小于邊坡允許坡降，同時(shí)計(jì)算出的各種工況下邊坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值。

上述比較發(fā)現(xiàn)，若長(zhǎng)期蓄水，方案二對(duì)兩岸堤防穩(wěn)定沒(méi)有影響，明顯優(yōu)于方案一。方案一需要對(duì)堤防采取邊坡加固處理措施，需增大工程投資。

3.5 工程對(duì)社會(huì)及環(huán)境的影響

3.5.1 社會(huì)影響

方案一中為滿足通航，必須拆除劉家堡大橋，此橋東連石（溝）榆（次）線，西接黃（陵）古（交）線，是連接南郊區(qū)的重要橋梁，如果重新規(guī)劃交通走向，涉及兩岸耕地征地補(bǔ)償、路線選擇等諸多問(wèn)題。拆除后，兩岸居民必須繞道而行，加大了出行成本，一段時(shí)間內(nèi)必然嚴(yán)重影響兩岸居民生活、生產(chǎn)活動(dòng)，社會(huì)影響較大。

3.5.2 環(huán)境影響

方案一和方案二中蓄水區(qū)正常高水位768.0 m，兩岸浸沒(méi)地下水臨界埋深農(nóng)業(yè)區(qū)為1.0 m，居民區(qū)為2.0 m。兩岸耕地高程764.0～769.5 低于浸沒(méi)地下水臨界高程769.0 m，靠近兩岸居民地現(xiàn)狀大部分高程767.5～770.0 m 低于浸沒(méi)地下水臨界高程770.0 m。長(zhǎng)期蓄水后，河水將通過(guò)谷底及堤基滲漏至堤外，引起堤外地下水位抬升，使堤外居民區(qū)及耕地地基土飽水、房屋潮濕、地面沼澤等，并產(chǎn)生淹沒(méi)及浸沒(méi)問(wèn)題。因方案一中蓄水區(qū)長(zhǎng)度比方案二長(zhǎng)，影響范圍比方案一大。因此，在社會(huì)及環(huán)境的影響方面，方案二優(yōu)于方案一。

3.6 工程投資

方案二中因修建兩道閘壩，土建工程量中土方量、混凝土、鋼筋量以及上下游連接工程量成倍增加、配套機(jī)電設(shè)備數(shù)量翻倍，投資估算為2.6 億，方案一中，工程投資加上大橋拆除重建費(fèi)用，投資估算2.2億。

綜上所述，盡管方案一投資較小，但在工程布置、社會(huì)及環(huán)境影響、河道行洪、通航條件等方面方案二明顯優(yōu)于方案一，故推薦采用方案二。

4 結(jié)語(yǔ)

河道上建造閘壩工程方案選擇考慮因素眾多，投資大小不能成為唯一決定條件，更應(yīng)該從閘壩布置、河道行洪、通航條件、社會(huì)及環(huán)境等多方面進(jìn)行綜合比較，最后擇優(yōu)選擇合理的閘壩方案。