泉林湖拦蓄水工程主体建筑物优化分析
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摘要：在水利工程建设过程中，占项目投资比重较大的建筑主体结构设计夸理与否关系到项目建设的成败。文章结合泰安泉林湖拦河坝设计方案的优化过程，在充分实现建筑物结构功能的前提下.根据工程特点，从选址、坝型组合等方面进行比较、优化、进而达到工程建设经济合理的目的。
中图分类号：TV752 文献标识码：A 文章编号：1009-2374(2011)01-0103-02
1 工程概况
泉林湖拦蓄水工程位于大汶河上游，地处山东省泰安市高新区北集坡镇泉林庄河段。工程计划2009年9月开工到2010年6月结束，建设规模为中型，防洪标准为五十年一遇。
工程右岸为泰安市高新技术产业开发区，左岸为徂徕山旅游景区，地势东高西低，地质高程在海拔101-190米之间，属于缓坡丘陵区。根据河道梯级开发规划，泉林湖拦蓄水工程建设两级拦河坝，建设方案必须满足以下条件一级坝回水至旧县大桥处水深不小于1.0米，二级坝回水至一级坝坝脚处水深不低于1.0米：整个水面面积不低于7400亩，蓄水量不低于1000万立方米。
2 主体建筑物优化分析
本工程主体建筑物优化分析是针对拦河坝体的优化。本文从拦河坝的坝址比选、坝型优化及拦蓄水高度等方面，分析众多影响因素并选择多个方案进行经济及效益指标比较，最终得出主体建筑物的优化方案。
2.1 坝址方案比选
经实地调查与初测，项目区段河道较为平缓水面开阔，平均宽度约400-600米，河道纵比降约为0.7‰-1‰。
(1)一级坝坝址(1#坝)。初拟一级坝坝址在泉林庄西北侧，距离旧县大桥下游3.5公里处。坝址处河岸顺直，水流流势稳定，河床有花岗岩出露，整体强度高，有良好的工程地质条件，利于建设拦河坝。
(2)二级坝坝址。初拟两个方案:
方案一(2#坝)选择在观光路大桥下游400米河道开阔处。坝址位于弯道以前河岸顺直段，距离一级坝约3.4公里，适于建坝。
方案二(3#坝)选择在河段连续弯道的下游，原颜谢坝(已废弃)坝址处，距离一级坝约7.2公里，适于建坝。
二级坝的两个坝址方案均可满足建坝要求。
2.2 坝型初步优化
河道拦蓄水工程最常用的坝型是浆砌石溢流坝和橡胶坝。
浆砌石坝：泰安市砂石资源丰富，浆砌石坝是较经济、管护较方便的坝型，但是，因其坝高不可调节，需要的泄水闸宽度较大，投资也大。经计算，需泄水闸宽度达两百余米，造价明显偏高。本次方案选择投资较小的橡胶坝方案。
橡胶坝坝体具有结构新颖、景观效果好、投资较小的特点，在实际工程中采用较多。但橡胶坝的运行管护费用高，容易遭受山石刺划、砂粒磨损以及人为因素的破坏。
针对橡胶坝存在的缺点，本方案设计对其进行了优化，主要是将单一的橡胶坝改为低堰结含低水头橡胶坝型式。即，橡胶坝底板高出河床一部分，完全坍坝时过流条件为堰流。这样既避免了山石刺穿，同时降低了橡胶坝高度和综合造价，而且由于坝袋体积的减小，缩短了坍坝时间，有利于及时坍坝行洪。
2.3 橡胶坝投资组成
橡胶坝的投资主要包括坝袋投资和底板投资。橡胶坝挡水高度由坝袋高度和底高度组成，而在同一挡水高度下，随坝袋增高，底板长度也在不断加大。经分析，在满足挡水高度前提下，坝袋与底板的投资组合必然有一个最小值。以下两个表分别是坝袋高度影响坝袋每延米投资列表(表1)和坝袋高度影响底板长度列表(表2)。
2.4 拦蓄方案
由以上分析，二级坝坝址的选定、坝体挡水高度的确定、坝袋高度与底板高度比例的划分等三个方面是影响坝主体建设投资的关键因素。上述三者之间的关系又是相互影响的，若其中一个方面变化，其他两方面取值也同时变化，综合造价随之发生变化。
在本方案优化的过程中，我们采用列举的方法将三个因素可能的取值进行汇总(表3)，并逐一计算比对。
2.5 方案比较
方案优化步骤(1)列举坝址组合及符合建设要求的挡水高度方案。坝址组合有两种方案，1#坝和2#坝组合、1#坝和3#坝组合。挡水高度方案：每个坝址处建坝的挡水高度以0 5米为差值逐渐变化：(2)在一个确定挡水高度下，取不同的底板高度计算，找出底板和坝袋工程的综合投资最小的方案：(3}在不同坝址组合、挡水高度(拦河坝高度)方案下，选择底板和坝袋综合投资最小的方案，即是主体建筑物最优方案。
以下分别对表3中三个坝址的不同蓄水位进行回水指标计算，并且对每一个蓄水位的底板厚度与坝袋高度组合进行了经济比较(表4)。
2.6 确定每个坝址处主体建筑物最优方案
经分析，每个坝址处蓄水位及坝袋高度最优方案如下：
1#坝挡水高度为5.5m时，选择坝袋高度4.0m、底板高度1.5m：
2#坝挡水高度为4.Om时，选择坝袋高度3.0m、底板高度1.0m；
3#坝挡水高度为6.5m时，选择坝袋高度4.0m、底板高度2.5m。
(见表4中阴影标记部分)
2.7 确定建坝最优组合
根据2.5节所确定的每个坝址处主体建筑物最优方案，进行坝址组合的选择。
组合一：当1#坝与2#坝组合时，主体工程投资为2233万元，回水长度11.2公里，回水面积10500亩，蓄水量2060万方。
组合二：当1#坝与3#坝组合时，工程投资为2424万元，回水长度15.0公里，回水面积13670亩，蓄水量3060万方。
第二种组合投资增加8.6％，而回水长度增加34％，回水面积增加30％，蓍水量增加48.5％。综合比较，第二种组合方案比第一种组合方案更优。
3 优化分析结论
分析结果表明，坝袋增高，会引起坝袋本身单位造价的提高，但最主要的还是由于坝袋增高而需要的底板长度(顺水流方向)增加引起的造价增加。因此，可以得知坝袋高度与底板高度的组合有一个经济的范围，根据列举法进行分析比较，当坝袋与底板高度的比值约为2：1时，主体建筑物投资较为经济。
经过优化分析，确定的最终方案在主体建筑物投资增加很小的情况下，获得了较大的经济、社会效益。
4 结语
优化分析是根据建筑物的具体特点和功能要求，分析各因素间的相互联系，从众多方案中寻找最优方案，进而使工程设计达到结构合理、投资经济、效益明显的目地。本文根据优化设计思想，通过进行坝址组合、坝型优化以及拦蓄水高度调节等方面的分析，在多个可选择的设计方案中确定了泉林湖拦蓄水工程主体建筑物最优的组合方案，达到了预期的效果。
参考文献
[1]埠胶坝技术规范(sL227-98)[s].
[2]混凝土重力坝设计规范(s1319-2005)[S]