海南省水利水电勘测设计研究院安徽分院 安徽合肥 230000
摘要：以六安市金寨县景区山区河道治理中应用合页坝进行生态蓄水为例，结合南河的水文、地质特性，分析比较合页坝与气盾坝、水力自控翻板闸、钢坝闸、橡胶坝等4种蓄水坝在蓄水效果、施工难度、使用寿命、维修养护及工程造价等多个方面的特点和区别，优选合页坝为景区河道生态蓄水的首选坝型，并细致介绍了结构设计及复核计算思路，供同类工程借鉴参考。
关键词：合页坝；运行调度；结构设计
1基本情况
1.1工程概况
项目位于六安市金寨县天堂寨镇南河，属燕子河流域。流域内山岭纵横、溪流交错，其间分布有大小不等的梯塝冲畈，为山高、坡陡、沟深、地少的典型山区。本次工程区以上南河控制流域面积75.73km2，平均流域宽度7.79km，综合坡降25‰。
本工程的实施旨在保证河道行洪安全的前提下，稳固河床及保护堤脚防止冲刷，同时保证景观用水，涵养水源，提升城镇面貌，改善人居环境，调节区域性水平衡及小气候，促进项目区社会经济稳定持续发展。
1.2水文气象
工程区属北亚热带湿润气候区，气候温和，四季分明，雨量充沛，无霜期长。金寨县多年平均气温为15.6℃，年平均最高气温为16.3℃。最热月（7月）平均气温为27.9℃，最冷月（1月）为2.7℃，多年最大风速为12.9m/s。
1.3地质、地形特征
工程区位于大别山腹地，地貌属漫滩地貌单元。拟建合页坝位置地层自上而下分别为砂漂卵石层、全风化花岗岩层、强风化花岗岩层及中、微风化花岗岩层。砂漂卵石层埋藏较浅，厚度较大，层面起伏较小，承载力高。地震动峰值加速度为0.05g，相应地震基本烈度为VI度。
1.4工程等别及设计标准
依据《防洪标准》（GB50201-2014）[1]及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）[2]，结合山区河道虽汛期洪水流量大但平时水落成滩、洪水历时短的特点，确定本工程设计洪水标准为10年一遇，校核洪水标准为20年一遇，消能防冲建筑物设计洪水标准为10年一遇。本工程等别为IV等，蓄水坝建筑物级别为4级。
2工程设计
2.1工程总布置
合页坝位于河道桩号K0+228位置，坝身高3.0m，底板顺水流方向长6.0m。坝身全长54m，分为9扇闸门，单扇宽6m。消力池（含斜坡段）长11.0m，宽度由54m渐变至52.4m。
2.2坝址选择
根据河道现状，并结合建设单位意见，最终确定坝址为河道桩号K0+228位置。
2.3坝型比选
蓄水坝的型式主要有气盾坝、水力自控翻板闸、钢坝闸、橡胶坝、合页坝等型式，各坝型的特点比较如下表所示。
表1各坝型特点对比分析表
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综合以上各坝型优缺点，考虑到防洪安全性、工程造价、运行可靠性、维护管理成本、实施难度、蓄水效果等因素，结合本工程所在河段实际情况，结合工程造价及建设单位意见，最终选定采用合页坝作为蓄水坝型。
2.4运行调度方案
控制运用调度分非汛期调度和汛期调度。非汛期翻板坝主要作用是维持上游景观水位、涵养水源，值班人员应做好水位观测，根据情况选择适当时候个别坝段放坝；汛期翻板坝主要以安全度汛为主，兼顾立坝蓄水。在暴雨时提前放坝，以利行洪。
同时设定合页坝到达警戒水位时自动放坝行洪(自动放坝功能要定期进行检查和维护,确保遭遇洪水时响应能够及时有效[3])。
2.5结构设计
设计合页坝坝身高3.0m，基础底板厚1.7m，上游侧底板顶高程为477.70m，下游侧底板顶高程为477.20m，底板顺水流方向长6.0m。坝身全长54m，分为9扇闸门，坝身及底板分缝情况为：6m×9=54m。对应正常蓄水位480.20m，塌坝控制水位480.40m，设计洪水位480.48(P=10%)，校核洪水位481.29(P=5%)。
未防止渗透破坏及地基渗水量过大，设计采用帷幕灌浆进行基础处理。采用单排帷幕灌浆，帷幕中心线距合页坝底板前端1.6m，采用3序孔，单排孔距1.5m，帷幕底高程472.50m。帷幕沿合页坝及两侧挡墙基础全断面布置，并在两侧挡墙墙身设厚度0.4m刺墙。
消力池（含斜坡段）长11.0m，由于现有堤防限制，宽度由54m渐变至52.4m，梅花形布置排水孔。
设计合页坝立坝情况形成蓄水面积11200m2，蓄水16000m3，淹没长度约210m。
2.5.1渗流计算
2.5.1.1渗径计算
根据《水闸设计规范》（SL265-2016）[4]规定，闸基防渗长度应满足下式计算值：
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式中：L为闸基防渗长度，m；
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为上下游水位差，m；C为允许渗径系数。
根据运行调度方式，极限情况为在洪水来临前坝前水位达到塌坝控制水位480.40m时，下游对应最低水位477.80m，此时上下游水位差最大为2.6m。
经计算防渗长度计算值为8.4m，小于合页坝实际闸基防渗总长为17.0m，满足规范要求。
2.5.1.2坝基渗流稳定计算
水闸基底渗透压力计算采用全截面直线分布法，同时考虑防渗帷幕对降低渗透压力的作用和效果。
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式中：
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为出口段渗流坡降；
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为渗透压力强度系数；
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为上下游水位差，m；
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为帷幕中心线距闸底板下游端距离，m。
计算最不利工况同渗径计算，
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为2.6m，经计算
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=0.094，小于允许渗透坡降为0.15，坝基渗流稳定符合规范要求。
2.5.2稳定计算
最不利计算工况同渗径计算，合页坝抗滑稳定计算公式：
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式中，K为抗滑稳定安全系数；f为摩擦系数；
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为全部竖向荷载，kN；
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为全部水平荷载，kN。
经计算，K=2.83＞1.05，满足规范要求。
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图1合页坝纵剖面图
2.5.3消能防冲计算
按《水闸设计规范》（SL265-2016）有关公式计算：
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式中，d为消力池深度，m；
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为水跃淹没系数；hs′为出池河床水深，m；
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为出池落差，m。
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式中，hc″为跃后水深，m；hc为收缩断面水深，m；α为动能校正系数；q为过闸单宽流量，m3/s/m；Lsj为消力池长度，m；Ls为消力池斜坡段投影长度，m；β为水跃长度校正系数；Lj为水跃长度，m。
Lj=6.9（c″-hc）
合页坝消能防冲参考了赵珊珊等在普洱市恩乐江拟建合页坝[5]中消能工况的选取。经计算，遭遇塌坝控制水位时，按薄壁堰过流能力计算下泄流量为8.8m3/s，没有远离水跃产生，该工况下游不需要修建消能工；在遭遇设计洪水工况时，经计算消力池深度为0.259m，计算得消能工长度（含斜坡段）为8.527m。
本次设计消力池宽度由54m渐变至52.4m，消力池（含斜坡段）长11.0m，消力池设计底板厚0.7m，梅花形布置排水孔。消力池末端接抛石防冲槽，槽深1.5m。
3结语
根据景区河道治理中的特殊要求，结合山区河道特性，在保证河道行洪安全前提下，兼顾稳固河床及保护堤脚，通过合页坝建设实现河道生态蓄水，着力构建集防洪、蓄水、景观、生态及休闲娱乐等为一体[6]的保障体系，实现“河宁、水清、岸绿、景美”的综合治理目标。本工程合页坝的建设营造出的瀑布景观和水帘长廊,结合夜间亮化特效,成为景区的又一亮点。本文详细介绍了合页坝在山区景区河道治理中的应用，旨在为该类河道治理提供一种新的设计思路，以供广大水利工作者参考。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部，华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.防洪标准：GB50201-2014[S].北京：中国计划出版社，2014.
[2]中华人民共和国水利部.水利水电工程等级划分及洪水标准:SL252-2017[S].北京：中国水利水电出版社，2017.
[3]刘慧明.水利工程治理项目中合页坝工程设计浅谈[J].黑龙江水利科技，2016年第7期.
[4]中华人民共和国水利部.水闸设计规范:SL265-2016[S].北京：中国水利水电出版社，2016.
[5]赵珊珊，朱龙，张惠忍，马丹.普洱市恩乐江拟建合页坝消能设计分析[J].北京水务，2017年第3期.
[6]王震宇.合页活动坝在城市景观建设中的应用[J].东北水利水电，2013年第6期.