林勇 ，曾敏，唐旭鐘

（四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610031）

1 概述

某水電站位于通航河流的中下游河段，該水電站以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、防洪、旅游等綜合利用效益。根據(jù)水運(yùn)發(fā)展規(guī)劃，該河段規(guī)劃為Ⅴ級(jí)航道，因此，其通航建筑物按Ⅴ級(jí)航道、300t 級(jí)船型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，并考慮其改造為通過500t 級(jí)船型的可能性。

該水電站采用堤壩式開發(fā)，樞紐主要由攔河壩、泄洪沖沙建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)、通航建筑物、變電站等組成。水庫正常蓄水位602m，設(shè)計(jì)洪水位603.8m，水庫總庫容為11.39 億m3，其中調(diào)節(jié)庫容為3.09 億m3。擋水建筑物為碾壓混凝土重力壩，最大壩高110m，壩頂高程612m；泄洪沖沙建筑物包括溢流表孔和左、右沖沙底孔，其中溢流壩段布置在河床右岸灘地位置，共7 孔，孔口尺寸為15m×21m（寬×高）；電站廠房布置在左岸壩后，為壩后式廠房。通航建筑物布置于6#、7#壩段，右鄰1#表孔，左鄰2#表孔，上閘首兼有擋水壩段和上閘首的雙重功能，上接上游引航道[1]。

該工程上游引航道位于壩軸線上游，與庫區(qū)航道連接，全長(zhǎng)約250m。上游引航道兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)航建筑物，引航道左側(cè)的主導(dǎo)航建筑物總長(zhǎng)約228m，右側(cè)輔導(dǎo)航建筑物長(zhǎng)約57m。上游段無需開挖右側(cè)岸坡，自然地形形成的庫區(qū)引航道寬度已超過50m，滿足規(guī)范要求。

引航道導(dǎo)航建筑物起著引導(dǎo)船舶安全順利地進(jìn)出船閘或升船機(jī)的重要作用，是不可缺少的一部分。導(dǎo)航建筑物[1]設(shè)計(jì)方案的合理確定，關(guān)系著通航建筑物的安全運(yùn)行、船舶安全順暢的進(jìn)出及工程投資的合理性，本文結(jié)合該工程的實(shí)際情況，從安全、合理、可行及經(jīng)濟(jì)性等多方面進(jìn)行綜合比較分析，得出合理可行的設(shè)計(jì)方案。

2 設(shè)計(jì)條件

2.1 通航水位及水位變率

上游最高通航水位：602.0 m（正常蓄水位）；上游最低通航水位：591.0 m（死水位）；上游水位變率的最大值為：上漲及下降速度均小于1.0 m/h。

2.2 通航保證率

當(dāng)下游最高通航水位544.90m，上游庫區(qū)水位為602.00m 時(shí)，高水通航保證率為95%。

當(dāng)下游最低通航水位534.80m 時(shí)，低水通航保證率為98%。

2.3 上游引航道口門區(qū)允許流速

參照《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]，結(jié)合本工程的具體情況，上、下游引航道口門區(qū)的最大允許流速為：縱向流速≤1.5 m/s，橫向流速≤0.25 m/s，回流流速≤0.4 m/s。

2.4 航道水流條件

電站建成運(yùn)行后，在庫區(qū)水位保持正常蓄水位602.0m 與死水位591.0m 間運(yùn)行時(shí)，壩前水位較天然情況大幅壅高，平均水深可達(dá)60m～70m，同時(shí)水面拓寬至650m 左右，過流面積增加較多，達(dá)到24500m2～28600m2，壩前水流平均流速在0.02m/s～0.14m/s（對(duì)應(yīng)流量500m3/s～3330m3/s）；在汛期流量Q=3330m3/s～7100m3/s 時(shí)，壩前斷面平均流速僅0.12m/s～0.29m/s 范圍內(nèi)，水流仍極其平緩。根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果，在兩年一遇洪水7100m3/s 及各級(jí)流量情況下，上游引航道及其口門區(qū)內(nèi)水面較為平靜，流速小，無不良流態(tài)發(fā)生，完全能夠滿足船舶安全進(jìn)出上游引航道的要求。

2.5 地形地貌

通航建筑物上閘首布置于主河道右岸，地形高程約為540～550.0m，地形較陡，為滿足施工導(dǎo)流洞及壩基地基承載力要求，開挖面高程為534.0m，導(dǎo)航建筑物下游端與上閘首閘墻連接，上游端連接庫區(qū)航道，地形高程約為540.0m。

3 方案研究及方案比較

3.1 方案研究

導(dǎo)航建筑物[2]是上閘首閘墩的延續(xù)，引導(dǎo)船舶安全順利地進(jìn)出船閘或升船機(jī)，對(duì)于通航建筑物安全穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用。

其主要結(jié)構(gòu)形式有實(shí)體導(dǎo)航墻和浮式導(dǎo)航堤結(jié)構(gòu)[3]。其中浮式導(dǎo)航堤[3]包括拋錨系固式和墩柱式兩種形式，浮式導(dǎo)航堤可采用鋼筋混凝土躉船[4]或鋼躉船，為減少后期維護(hù)，可初步擬定采用混凝土躉船更合理。

根據(jù)前述，上游為最高通航水位602.0m 時(shí)，建基面高程為540.0m，水深約為62m，上游為最低通航水位591.00 m 時(shí)，水深約為51m，因此，主要有以下三個(gè)方案進(jìn)行比較分析研究。

方案一：采用實(shí)體鋼筋混凝土導(dǎo)航墻結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)航墻高度達(dá)62m，導(dǎo)航墻結(jié)構(gòu)可采用重力式結(jié)構(gòu)或墩柱式結(jié)構(gòu)，墩柱間墻在最低通航水位以上可采用透空式鋼筋混凝土板。布置示意圖如圖1所示。

圖1 實(shí)體導(dǎo)航墻方案示意圖

方案二：浮式導(dǎo)航堤—拋錨系固式，浮堤與上閘首閘墻間采用滑槽滑輪連接，可隨水位變化而自行升降，各浮堤之間采用柔性連接和拋錨固定，布置方案示意如圖2所示。

圖2 拋錨系固式導(dǎo)航浮堤方案示意圖

方案三：浮式導(dǎo)航堤—墩柱式[3]，各浮堤布置于混凝土墩柱間，通過導(dǎo)槽設(shè)施連接，浮堤隨水位變化而相應(yīng)升降，以滿足船舶不同水位?？考盀榇斑M(jìn)出閘起導(dǎo)航作用。布置方案示意如圖3所示。

圖3 墩柱式導(dǎo)航浮堤方案示意圖

3.2 方案比較

采用鋼筋混凝土導(dǎo)航墻方案時(shí)，其高度達(dá)62m，對(duì)地基承載力要求高，開挖及工程量均較大，投資較大；在低水位時(shí)，受風(fēng)荷載作用、導(dǎo)航墻兩側(cè)不同水位的水壓差及波浪壓力等不利因素影響大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不可控因素較多，存在安全隱患，該方案在本工程中不適用，一般情況下，該方案適用于水深不超過25m。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件可知，浮式導(dǎo)航堤在本工程中較為適用。墩柱式導(dǎo)航浮堤具有隨水位變化而自行升降，后期維護(hù)管理較為簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，但該方案工程投資較大，后期航道不能進(jìn)行拓寬或調(diào)整的缺點(diǎn)。拋錨系固式浮堤在深水庫區(qū)中較為適用，浮堤錨鏈從船底出口，拋鏈與水面有足夠的高度，不會(huì)影響過往船舶，該方案投資遠(yuǎn)小于上述兩個(gè)方案，但當(dāng)水位變幅大于3m 時(shí)需對(duì)錨鏈進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，正常情況下，水位變幅小于3m 時(shí)也無需調(diào)整，因此投入使用后需派專人維護(hù)管理。

從安全、合理、經(jīng)濟(jì)及后期維護(hù)等多方面進(jìn)行綜合比較分析，本工程中擬采用拋錨系固式浮式導(dǎo)航堤方案。

3.3 浮堤布置

根據(jù)前述，引航道的導(dǎo)航建筑物擬采用拋錨系固式浮式導(dǎo)航堤方案，引航道兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)航浮堤，左主導(dǎo)航浮堤總長(zhǎng)約228m，右輔導(dǎo)航浮堤長(zhǎng)約57m。浮堤通過錨鏈鏈接，下游端部浮堤通過進(jìn)水口閘墻 的滑槽滑輪隨著水位變化而升降，以滿足船舶停靠及為進(jìn)閘船舶起導(dǎo)航作用。布置方案如圖2所示。

浮堤間采用柔性聯(lián)接，即在浮堤中間夾舊橡膠輪胎，用鋼索絞緊，聯(lián)接處配過人便橋。每個(gè)浮堤內(nèi)設(shè)10 道橫艙壁，分7 個(gè)水密艙。兩端尖艙各設(shè)兩道縱艙壁，浮堤內(nèi)各艙均為空艙。緊鄰上閘首閘墻浮堤，通過進(jìn)水口閘墻的滑槽滑輪連接，浮堤隨著水位變化而升降，同時(shí)各浮堤采用拋錨固定。

庫區(qū)水位變幅大于3m 時(shí)，運(yùn)行期需設(shè)專人管理維護(hù)，因此，為便于管理，在中間浮堤甲板上游設(shè)4 米×4 米上部建筑物，內(nèi)分設(shè)值班室、配電室。其余甲板上設(shè)有錨泊用的纜樁、錨鏈筒、?？看美|樁、下艙人孔、通風(fēng)孔、燈桿、欄桿等。浮堤甲板上不考慮堆放貨物。浮堤布置示意見圖4。

圖4 導(dǎo)航浮堤布置示意圖

4 結(jié)語

引航道導(dǎo)航建筑物起著引導(dǎo)船舶安全順利地進(jìn)出船閘或升船機(jī)的重要作用，是不可缺少的一部分。導(dǎo)航建筑物設(shè)計(jì)方案的合理確定，關(guān)系著通航建筑物的安全運(yùn)行、船舶安全順暢的進(jìn)出及工程投資。

因此，本文針對(duì)上述各方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合該工程所在庫區(qū)水深情況、引航道水流條件及通航建筑物等級(jí)，對(duì)上游導(dǎo)航建筑物從安全、合理、可行及經(jīng)濟(jì)性等多方面進(jìn)行綜合比較分析后，得出合理可行的設(shè)計(jì)方案，可為其他類似項(xiàng)目提供借鑒。