人和攔河壩重建工程設(shè)計(jì)實(shí)例

1、<p>　　人和攔河壩重建工程設(shè)計(jì)實(shí)例</p><p>　　摘 要：本文介紹了人和河壩水利樞工程重建設(shè)計(jì)，通過(guò)比選優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并對(duì)工程進(jìn)行水力計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算復(fù)核。人和攔河壩建成至今，運(yùn)行良好。該設(shè)計(jì)方案可為類(lèi)似工程設(shè)計(jì)提供參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：攔河壩；水閘；船閘；電站；設(shè)計(jì)； </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TV66文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文

2、章編號(hào)： </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　人和攔河壩樞紐工程，是流溪河最下游的開(kāi)發(fā)梯級(jí)，位于廣州市白云區(qū)，距離流溪河河口約18.3km，是一座集防洪、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、供水、生態(tài)等于一體的綜合利用水利工程。該樞紐工程由攔河壩、電站、管理中心，船閘組成。人和攔河壩重建工程規(guī)模屬大（2）型，工程等級(jí)為Ⅱ等，主要建筑物級(jí)別為2級(jí)，次要建

3、筑物為3級(jí)。電站屬于壩后式電站，廠(chǎng)房不直接擋水，因此電站的工程等別按裝機(jī)容量（2000KW）定為V等，屬?。?）型工程，主要建筑物級(jí)別5級(jí)。采用50年一遇洪水設(shè)計(jì)，100年一遇洪水校核。 </p><p>　　人和攔河壩于1974年建成投入使用，期間經(jīng)歷多次較大規(guī)模的維修加固工作。在本次改建前，人和攔河壩存在的主要問(wèn)題有：1）工程嚴(yán)重老化、砂漿剝落，結(jié)構(gòu)外觀凹凸不平的現(xiàn)象到處可見(jiàn)，強(qiáng)度、穩(wěn)定及整體性大幅度降低；2

4、）攔河壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)低，原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇；3）閘室漿砌石和砼部分標(biāo)號(hào)低，嚴(yán)重老化，強(qiáng)度、穩(wěn)定性及整體性比較差；4）河床沖刷嚴(yán)重，沖坑面積大，威脅閘基滲流穩(wěn)定；5）閘門(mén)經(jīng)常被上游的漂浮物卡住，造成閘門(mén)關(guān)閉時(shí)將鑄鐵支鉸扭斷，或者漂浮物將油管撞斷，致使閘門(mén)不能工作。 </p><p>　　根據(jù)《安全鑒定報(bào)告》的結(jié)論：人和攔河閘大部分主要運(yùn)用指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，工程存在嚴(yán)重老化和損壞，公路橋現(xiàn)

5、準(zhǔn)備重建，公路橋拆除導(dǎo)致水閘自身不安全。 </p><p>　　鑒于人和壩存在諸多結(jié)構(gòu)和安全問(wèn)題，人和攔河壩又是流溪河流域規(guī)劃中重要梯級(jí)工程，重建人和壩符合廣州市發(fā)展規(guī)劃要求。本工程重建后，對(duì)人和鎮(zhèn)乃至廣州市工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用，為新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)及沿河兩岸群眾等提供生活用水，工程區(qū)域內(nèi)形成多功能的水利風(fēng)景區(qū)，充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和環(huán)境效益。 </p><p>　　2 人和攔河壩重

6、建設(shè)計(jì) </p><p><b>　　2.1 工程選址 </b></p><p>　　初步擬定如下三個(gè)方案進(jìn)行比選。 </p><p>　　方案一：工程選址在緊鄰新建人和大橋上游處，閘軸線(xiàn)距上幅橋邊19.8m。左岸為灌渠入口，右岸為現(xiàn)人和壩攔河壩管理處。 </p><p>　　方案二（比較方案一）：工程選址在距攔河壩上游

7、約50m處，該處河床寬204m，位于人和大橋上游，左岸灌溉取水口位置。 </p><p>　　方案三（比較方案二）：工程選址在距攔河壩下游220m處，該處河床寬200m，流溪河大堤公路位于左岸，堤后有空地。右岸屬于人和第一中學(xué)地塊。 </p><p>　　上述三個(gè)方案的綜合比較見(jiàn)表1-1 </p><p>　　表1 閘址比選分析表 </p><p

8、>　　人和壩樞紐工程選址應(yīng)根據(jù)工程的功能、特點(diǎn)和運(yùn)用要求，綜合考慮地形、地質(zhì)、水流、潮汐、施工、管理、以及周?chē)ㄖ锃h(huán)境等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定方案一作為推薦方案。 </p><p>　　2.2 工程總體布置 </p><p>　　攔河壩總長(zhǎng)151.25m，閘室長(zhǎng)14m，布置在河床中央，位于人和公路橋上游，相距14.173m。電站布置在左岸，進(jìn)水口總寬26.25m，引水渠及前池總長(zhǎng)

9、64.2m。電站廠(chǎng)房位于公路橋下游，相距28.5m，主廠(chǎng)房長(zhǎng)33.713m，寬10.5m，副廠(chǎng)房及安裝間在主廠(chǎng)房左側(cè)，進(jìn)廠(chǎng)公路利用流溪河大堤公路并通向電站廠(chǎng)房。船閘仍然維持在右岸，總長(zhǎng)190.82m，其中引航段長(zhǎng)40m，上閘首長(zhǎng)23m，寬26.52m，閘室長(zhǎng)112m，凈寬12m，維持下閘首不變，長(zhǎng)11.82m，凈寬8.3m。管理樓布置在右岸原管理處，共5層，總建筑面積1283m2。 </p><p>　　2.3主

10、要建筑物形式 </p><p><b>　　1）攔河壩 </b></p><p>　　攔河壩型式主要從堰型、閘門(mén)型式兩個(gè)方案來(lái)確定。 </p><p>　　水閘常用的堰型有寬頂堰和實(shí)用堰兩類(lèi)。其中寬頂堰應(yīng)用廣泛，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，自由泄水的范圍較大，泄流能力比較穩(wěn)定，其缺點(diǎn)是流量系數(shù)較小。而實(shí)用堰的泄流能力受下游水位變化影響較為顯著，且

11、受力條件復(fù)雜，在實(shí)際工程中的應(yīng)用遠(yuǎn)不及平底板寬頂堰普遍，因此本階段攔河壩采用平底板寬頂堰型式。 </p><p>　　閘門(mén)型式選擇：本階段擬定液壓頂升式平面鋼閘門(mén)、直升式平面鋼閘門(mén)、液壓翻板鋼閘門(mén)三個(gè)方案進(jìn)行初選。頂升式平面鋼閘門(mén)具有經(jīng)驗(yàn)成熟、行程短、景觀效果好的優(yōu)點(diǎn)；直升式閘門(mén)是最常見(jiàn)的型式、但存在一個(gè)通長(zhǎng)的排架，由于周?chē)ㄖ^低，影響了景觀效果；液壓翻板閘門(mén)沒(méi)有固定的排架，景觀效果好。但閘室長(zhǎng)度相對(duì)較大，閘門(mén)

12、維護(hù)條件較差。綜上所述，從應(yīng)用范圍、運(yùn)行條件造價(jià)、景觀效果等方面比較，確定液壓頂升式平面鋼閘門(mén)為推薦閘門(mén)型式。 </p><p><b>　　2）船閘 </b></p><p>　　總體上采用對(duì)原船閘進(jìn)行改造方案，具體如下：重建上閘首、對(duì)閘室右側(cè)漿砌石擋墻進(jìn)行加固，左側(cè)漿砌石墻因人河橋重建原因而必須拆除重建，維持下閘首基本結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行加固以及改造引航道輸水系統(tǒng)、閘門(mén)

13、等部分組成。 </p><p>　　根據(jù)該工程的設(shè)計(jì)水頭（6.41m<30m），采用單級(jí)船閘，上閘首采用整體式結(jié)構(gòu)，閘室底板與左擋墻采用整體式結(jié)構(gòu)。上閘首輸水系統(tǒng)采用集中式廊道輸水系統(tǒng)，上閘首工作閘門(mén)采用人字閘門(mén)。 </p><p><b>　　3）電站 </b></p><p>　　電站實(shí)際裝機(jī)2000kw，選用5臺(tái)軸流式水輪發(fā)電機(jī)組，

14、水輪機(jī)ZDT03-LH-160，一列式布置，機(jī)組間距6.16m，并布置有5臺(tái)YWT-1000調(diào)速器、5組機(jī)旁屏。 </p><p>　　電站采用立式機(jī)組地面廠(chǎng)房布置形式，主廠(chǎng)房（含安裝間）凈長(zhǎng)38.5m，凈寬9m，安裝間布置于主廠(chǎng)房左側(cè)。 </p><p><b>　　4）管理樓 </b></p><p>　　管理樓總建筑面積為1512m2，建

15、筑層數(shù)為五層，平面形狀為長(zhǎng)方形，首層占地面積315m2。首層布置高、低壓室等設(shè)備用房和廚房、飯?zhí)玫?，二層布置中控室及辦公用房，三層布置會(huì)議室及值班宿舍，四層及五層為職工宿舍。 </p><p><b>　　2.4 水力計(jì)算 </b></p><p>　　對(duì)選定的閘門(mén)進(jìn)行過(guò)閘能力驗(yàn)算，計(jì)算成果見(jiàn)表2。設(shè)計(jì)洪水(P=2%)流量為2350m3/s時(shí)，對(duì)應(yīng)上游水位6.60m，

16、下游水位6.25m；校核洪水(P=1%)流量為2650m3/s時(shí)，對(duì)應(yīng)上游水位7.14m，下游水位6.75m。 </p><p>　　根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）的規(guī)定，擬定校核和設(shè)計(jì)兩種工況進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)算水閘過(guò)流能力是否滿(mǎn)足。 </p><p>　　依據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范(SL265-2001)附錄A對(duì)平底閘，當(dāng)為堰流時(shí)公式如下，以下游水位推算不同水閘凈寬，再考慮電站、船閘各相

17、設(shè)施的布局，選定水閘總凈寬B。各hs/H0都﹥0.9，采用以下公式計(jì)算。 </p><p>　　式中：B0為閘孔總凈寬，m； Q為過(guò)閘流量，m3/s； H0為計(jì)入行近流速水頭時(shí)堰上水深，m；μ0為淹沒(méi)堰流的綜合流量系數(shù)； hs為由堰頂算起的下游水深，m。 </p><p>　　表2 水閘過(guò)流能力驗(yàn)算表 </p><p>　　由表2計(jì)算結(jié)果可知，所選的水閘凈寬滿(mǎn)足要求

18、。 </p><p><b>　　2.5 穩(wěn)定計(jì)算 </b></p><p>　　對(duì)人和攔河壩閘室等進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表3。攔河閘坐落在礫砂層上，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk＝150kPa，摩擦系數(shù)μ＝0.40。 </p><p>　　1）抗滑穩(wěn)定計(jì)算： </p><p>　　式中：Kc為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；∑G為作用于閘室上的全部

19、豎向荷載，kN；∑H為作用于閘室上的全部水平向荷載，kN； f為底板與堤基之間的摩擦系數(shù)，取f=0.4。 </p><p>　　2）基底壓應(yīng)力計(jì)算： </p><p>　　式中：為閘室基底的最大和最小壓應(yīng)力，kPa； A閘室底板面積，m2；∑M為作用在閘室上的全部豎向和水平荷載對(duì)于基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的力矩，kN·m；W為閘室基底面對(duì)于該底面垂直于水流方向的形心軸的截面矩

20、，m3。 </p><p>　　表3 水閘閘室穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表 </p><p>　　從上述計(jì)算可知，閘室抗滑、抗浮穩(wěn)定均滿(mǎn)足要求，地基應(yīng)力均小于天然地基承載能力，本工程無(wú)需進(jìn)行基礎(chǔ)處理。 </p><p><b>　　3 結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　2009年工程完工至今，人和攔河壩運(yùn)行良好，閘后水流流態(tài)較好，發(fā)

21、電機(jī)組工況穩(wěn)定。該樞紐工程景觀設(shè)計(jì)與周邊環(huán)境相得益彰，突顯了節(jié)能、綠色、環(huán)保主題。本重建工程設(shè)計(jì)合理可行。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 陳寶華, 張世儒. 水閘—取水輸水建筑物叢書(shū)（第三版）[M]. 北京: 中國(guó)水利水電出版社, 2003. </p><p>　　[2] 華東水利學(xué)院. 水閘設(shè)

22、計(jì)[M]. 上海: 上海科學(xué)技術(shù)出版社, 1983. </p><p>　　[3] 江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2001[M]. 北京:中國(guó)水利水電出版社, 2001 </p><p>　　[4] 張光斗，王兆倫. 水工建筑物[M].北京: 水利水電出版社, 1992. </p><p>　　[5] 華東水利學(xué)校. 水工設(shè)計(jì)手冊(cè) [M]. 北