肖 靜 閻培林

（1.山西小浪底引黃水務(wù)有限公司山西太原030032；2.中國電建集團北京勘測設(shè)計研究院有限公司北京100024）

1 工程背景

本工程位于山西省南部的運城市境內(nèi)，工程總體走勢為東南-西北向，是自黃河干流上的小浪底水利樞紐工程庫區(qū)向山西省涑水河流域調(diào)水的大型引調(diào)水工程。工程建設(shè)任務(wù)是解決運城鹽湖區(qū)、聞喜、絳縣、夏縣、垣曲五縣（區(qū)）農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)及城鎮(zhèn)生活、生態(tài)用水問題。工程年引水量2.47 億m3，設(shè)計流量20 m3/s，農(nóng)業(yè)灌溉面積為4.24 萬hm2。工程引水干線建筑物主要包括取水建筑物、輸水隧洞、地下泵站、板澗河調(diào)蓄水庫和末端出水池。取水口位于垣曲縣境內(nèi)黃河干流上的小浪底水庫庫區(qū)左岸，板澗河入黃口上游黃河左岸600 m 處，用以實現(xiàn)工程從小浪底水庫庫區(qū)取水。

2 設(shè)計簡介

水利工程的取水建筑物按其有無攔河壩（閘），可分為有壩取水建筑物和無壩取水建筑兩種類型[1]。不同取水方式需根據(jù)取水水量和水質(zhì)要求，結(jié)合河床地形、河床沖淤以及水位變幅等施工條件而確定。本工程取水建筑物采用無壩取水方式，由引水渠段和進水塔組成。引渠段位于進水塔與黃河左岸谷底之間；進水塔引水方式為有壓引水，設(shè)計取水流量20.0 m3/s。最低取水位為230.0 m，設(shè)計取水位為248.0 m，最高取水位為275.0 m。由于取水口前小浪底庫區(qū)水位變幅較大，為適應(yīng)不同水位下進水塔干地施工的條件，進水塔主體結(jié)構(gòu)采用塔體外圍澆筑鋼筋混凝土豎井圍堰擋水的方法施工。豎井圍堰高度達58 m。該圍堰型式對豎井結(jié)構(gòu)體型及地質(zhì)條件要求較高。

本工程進水塔結(jié)合豎井圍堰進行布置及體型設(shè)計，具體詳見圖1。外部圓形混凝土結(jié)構(gòu)為豎井圍堰，取水口塔體布置在豎井圍堰內(nèi)部，進水塔順水流方向依次布置主攔污柵及疊梁門段、收縮段及事故閘門段。進水塔主體與豎井圍堰采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔體以外與豎井圍堰之間采用混凝土回填，回填混凝土頂部在進水塔兩側(cè)分別布置有攔污柵庫及疊梁門庫。門機軌道梁超出豎井圍堰范圍部分采用懸挑結(jié)構(gòu)，豎井圍堰上游流道部分后期拆除形成取水口。工程取水建筑物的布置型式詳見圖1、圖2，上述圖中箭頭所示方向為取水口水流方向。

圖1 取水建筑物平面示意圖

圖2 取水建筑物三維立體圖

該結(jié)構(gòu)設(shè)計將取水口進水塔與施工圍堰相結(jié)合，豎井圍堰橫斷面為圓形，內(nèi)徑24 m，高56.5 m。取水口塔體長21.5 m（包括疊梁門段、攔污柵段和檢修閘門段），布置在豎井圍堰內(nèi)部，為充分利用井內(nèi)空間，將攔污柵庫和疊梁門庫布置在取水口塔體兩側(cè)與豎井圍堰之間的空腔內(nèi)，其余空腔采用埋石混凝土進行回填。用于閘門、攔污柵吊運的門機布置在取水口塔體的頂部，由于門機行程范圍超出豎井圍堰外輪廓，為不增大豎井圍堰尺寸，門機軌道梁采用懸挑梁結(jié)構(gòu)型式，并與豎井圍堰整體澆筑。豎井圍堰為四周封閉結(jié)構(gòu)，后期豎井圍堰流道部分需拆除，以保證取水口與庫區(qū)連通，實現(xiàn)取水目的。

3 設(shè)計特點

3.1 永臨建筑物結(jié)合

水利工程中的圍堰屬于臨時建筑物，通常在水利工程建設(shè)完成后需要對圍堰進行拆除[2]。本工程取水建筑物的設(shè)計采用了永久建筑物與臨時建筑物相結(jié)合的方式。豎井圍堰布置于進水塔結(jié)構(gòu)外側(cè)，豎井圍堰與塔體之間的空腔回填埋石混凝土，使二者形成整體，共同發(fā)揮作用。該種型式的取水建筑物設(shè)計提高了臨時建筑的使用價值，變臨時建筑物為永久建筑物，在工程的施工、運行期均發(fā)揮不同的價值。工程施工期作為豎井圍堰滿足工程干地施工的條件，有利地保障進水塔建筑物的順利施工；工程運行期又作為進水塔建筑物的組成部分，共同起擋水、引水作用。

3.2 解決庫區(qū)高水位取水問題

為解決地方缺水、抗旱等問題，使水資源得到合理配置，目前，引水、調(diào)水工程越來越多，其中大部分需要從已建庫區(qū)引水，水庫常年處于高水位且水位變幅較大。小浪底引黃工程就是從黃河小浪底水庫庫區(qū)取水，水庫常年處于高水位，水庫每年調(diào)水調(diào)沙，水位變幅較大，最低取水水位230 m，最高取水水位275 m，水位變幅高達45 m。而且?guī)彀冻Ｄ暧俜e，多為礫巖加泥巖，不具備在洞室內(nèi)修建取水口的條件，若采用常規(guī)的岸塔式取水口結(jié)構(gòu)，擋水圍堰設(shè)計和施工難度很大，工程投資也很大。如采用本工程這種永臨結(jié)合的結(jié)構(gòu)型式，縮小了圍堰的尺寸，降低了在大水位變幅、不良地質(zhì)條件下的圍堰施工難度，提高了圍堰的安全系數(shù)。

小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙期為每年的7月—8月，其他時間水位較高，工程施工時間緊，豎井圍堰施工難度較大，采用本工程型式的取水建筑物，進水塔與水庫之間布置有引水渠。待汛期水庫水位下降后即可開始豎井圍堰的施工，在汛期低水位條件下加緊豎井圍堰施工，因進水塔在豎井圍堰內(nèi)部，故可以同時澆筑施工，既可以保證進水塔干地施工條件，又無需等豎井圍堰施工完成。大大縮小了圍堰的尺寸，回避了深水中填筑圍堰和后期拆除等一系列施工難題，降低了施工難度，對施工非常有利。同時豎井圍堰為圓形混凝土結(jié)構(gòu)，擋水性能好，提高了圍堰的安全系數(shù)，可以更好地保證井筒內(nèi)進水塔的施工以及施工期的人員、設(shè)備以及結(jié)構(gòu)等的安全。

該種型式的取水建筑物，為庫區(qū)高水位取水提供了新的思路。

3.3 結(jié)構(gòu)緊湊美觀

該取水建筑物采用豎井圍堰與進水塔結(jié)合布置的型式，將進水塔塔體布置于圓形豎井圍堰內(nèi)，進水塔塔體布置有主副攔污柵和疊梁門段、事故檢修門段，豎井圍堰和進水塔塔體之間的空腔回填混凝土，同時布置有攔污柵庫、疊梁門庫，攔污柵庫和疊梁門庫利用取水口塔體邊墻作為一側(cè)邊墻。攔污柵庫和疊梁門庫之外的部分采用素混凝土回填。用于吊運閘門、攔污柵的門機布置于塔體頂部，由于門機的行程范圍超出了豎井圍堰外輪廓，為了不增加豎井圍堰尺寸，門機軌道梁超出豎井圍堰范圍部分采用懸挑結(jié)構(gòu)，并與豎井圍堰整體澆筑。豎井圍堰上游流道部分后期拆除形成取水口，以使引水隧洞與庫區(qū)連通。

該型式取水建筑物充分考慮各建筑功能及尺寸，合理利用豎井圍堰內(nèi)空間，結(jié)構(gòu)布置緊湊，大大地減少了工程占地面積，減少圍堰工程量，盡可能地減少了工程對周圍環(huán)境的影響，各種建筑物均布置于豎井圍堰內(nèi)部，結(jié)構(gòu)功能齊全，美觀實用。

3.4 有利于結(jié)構(gòu)安全

該種型式的取水建筑物型式有助于取水口進水塔主體建筑與附屬工程質(zhì)量的提升，圍堰除流道部分切除后，其余部分與進水塔形成整體結(jié)構(gòu)，圍堰與進水塔中間的空間回填混凝土，結(jié)構(gòu)整體受力，對于進水塔應(yīng)對大變幅取水水位十分有利，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。

4 結(jié)語

本工程取水建筑物布置型式十分新穎，采用豎井圍堰和進水塔建筑物永臨結(jié)合布置，既節(jié)省了豎井圍堰的工程量，為盡快開展進水塔的施工提供可能，縮短工期，保證工程施工期的安全，同時結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊、美觀、經(jīng)濟實用，減少工程占地面積，減少了水利工程建設(shè)對周圍環(huán)境的影響。豎井圍堰和進水塔共同施工，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，后期豎井圍堰保留部分作為進水塔的一部分長期利用，最大限度地發(fā)揮了臨時建筑物的使用價值。所有建筑物形成整體，共同承擔荷載，有利于結(jié)構(gòu)的安全。該取水建筑物型式可廣泛應(yīng)用于從已建水庫取水或取水水位高、變幅大，及地質(zhì)條件差的環(huán)境下修建取水建筑物的水利工程中，為水利工程建設(shè)提供了新的設(shè)計思路。