喀拉喀什河引水樞紐水閘除險加固設(shè)計分析

吳新（運(yùn)城市水利勘察院山西運(yùn)城044000）

喀拉喀什河引水樞紐水閘除險加固設(shè)計分析

吳新
（運(yùn)城市水利勘察院山西運(yùn)城044000）

本文通過剖析喀河引水樞紐水閘主要病險問題，針對險情完善除險加固措施，解決了水閘防洪標(biāo)準(zhǔn)低、閘室閘墩及底板混凝土磨蝕嚴(yán)重、閘門和啟閉設(shè)備老化失效等問題，消除了工程存在的重大安全隱患，保證了喀河引水樞紐水閘的安全運(yùn)行。

喀拉喀什河；引水樞紐；除險加固；設(shè)計分析

1　工程概況

拉喀什河引水樞紐位于新疆和田河主要支流喀拉喀什河上，在田市西南27km處，距喀河上游排孜瓦提電站尾水渠9.0km，原兩縣臨時引水口處，地理位置坐標(biāo)東經(jīng)79°43′57″，北緯37°00′43″。樞紐水閘部分采用懸板分層引水結(jié)構(gòu)，正面為泄洪排沙閘，兩側(cè)為進(jìn)水閘。泄洪閘設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇（P=2%），相應(yīng)洪峰流量830m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇（P=0.5%），相應(yīng)洪峰流量Q=1588m3/s。泄洪閘共6孔，每孔寬度10m，中墩厚1.5m，總寬度為B=67.5m，閘室高6.5m，長15.2m，閘底板高程1462.7m，較原河床高1m。閘后均勻流段長10m。平面布置由東至西第3孔（中孔）設(shè)有導(dǎo)水墻，將兩岸引水懸板分開。除中孔外其余5孔均設(shè)有底孔，孔高1.3m，懸板厚0.4m，底孔設(shè)有4m×10m弧形鋼閘門，起控制水位保證引水兼作底孔泄洪排沙的作用。泄洪閘采用底流消能，為保護(hù)閘基，閘末端設(shè)置深度為7.5m的重力式防沖墻。閘室頂部設(shè)有機(jī)房和交通橋一座，橋凈寬7m，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為汽15t、掛80t。

左岸進(jìn)水閘為2孔，每孔凈寬為10m，設(shè)計流量為100m3/s，加大流量為120m3/s；右岸進(jìn)水閘為1孔，閘孔凈寬為10m，設(shè)計流量為50m3/s，加大流量為60m3/s。進(jìn)水閘采用分離式結(jié)構(gòu)，進(jìn)水口設(shè)胸墻，采用疊梁式鋼閘門分別控制底孔與上孔運(yùn)行。閘后設(shè)消力池連接漿砌卵石渠道，消力池，現(xiàn)狀：池長16.3m，池深0.8m；在現(xiàn)狀消力池后新增池長10m，池深0.5m二級消力池。閘室頂設(shè)有框架結(jié)構(gòu)啟閉機(jī)房，并設(shè)有凈寬6.5m的交通橋。閘底板高程為1463.00m，較泄洪閘底板高0.3m，以防止枯水期泥沙入渠。

2　水閘主要病險問題

喀拉喀什河推移質(zhì)含量大，汛期泄洪會對閘室混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖蝕；根據(jù)SL/T191-96《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，有抗沖耐磨要求的部位，混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C25級，而現(xiàn)狀閘室閘墩及底板混凝土強(qiáng)度設(shè)計為C15，達(dá)不到現(xiàn)行規(guī)范對混凝土設(shè)計強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（1）現(xiàn)狀泄洪閘閘墩底部及閘底板沖蝕破壞嚴(yán)重，閘墩底部80cm范圍沖蝕厚度達(dá)5cm～6cm，已接近或達(dá)到鋼筋保護(hù)層厚度局部已見鋼筋出露。閘底板和護(hù)坦面已成片狀磨蝕破壞，磨蝕深度5cm～10cm，同時閘后底板有不規(guī)則沖蝕溝，沖蝕溝寬60cm～100cm，最大磨蝕深度達(dá)30cm。閘底板的磨蝕破壞已經(jīng)嚴(yán)重影響到水閘的安全運(yùn)行。為此水管站曾多次對閘底板混凝土進(jìn)行加固，但從現(xiàn)狀閘底板磨損情況看，水閘混凝土磨蝕破壞險情仍相當(dāng)嚴(yán)重。

通過消能防沖復(fù)核計算和實(shí)際運(yùn)行情況綜合分析，現(xiàn)狀泄洪閘在泄洪時對下游沖刷強(qiáng)烈，下游導(dǎo)流堤護(hù)岸基礎(chǔ)每年都出現(xiàn)大范圍基礎(chǔ)被淘空的險情，并且有逐年擴(kuò)大的趨勢。渠首下游0+000～0+500段，河道兩側(cè)農(nóng)田、林帶灌溉時，灌溉水下滲沿河道兩側(cè)漿砌石、水泥護(hù)坡破損和接縫嚴(yán)密等薄弱部位向河道內(nèi)滲流補(bǔ)給河水，在河道兩岸內(nèi)側(cè)護(hù)坡上形成多個類似“泉水”的滲水點(diǎn)。

（2）現(xiàn)狀引水樞紐下游連接段河床沖蝕破壞十分嚴(yán)重，從護(hù)坦末端開始下游100m范圍內(nèi)已形成巨大沖坑，沖坑內(nèi)常年積水，經(jīng)現(xiàn)場量測，水深在3m～6m，而汛期泄洪時深度更大。水閘運(yùn)行2年后，在1989年由于沖刷破壞嚴(yán)重，閘后護(hù)坦擋墻基礎(chǔ)出露，已嚴(yán)重威脅到水閘的安全，后在自治區(qū)水利廳專家的建議下，水管單位在閘后100m處修建了一道漿砌石防沖墻，使閘后能夠形成消能水墊。但由于泄洪時能力很大，現(xiàn)狀消力池尾坎也已沖蝕破壞嚴(yán)重。

3　水閘除險加固主要措施

本樞紐除險加固工程主要為磨蝕砼加固、閘后消能設(shè)施改建、上游整治段加高、消力池段邊墻基礎(chǔ)及邊坡加固、更新進(jìn)水閘、泄洪閘工作閘門啟閉機(jī)并增設(shè)備用電源、止水更換及做閘門門體防腐、更新閘房門窗等措施。

3.1砼磨蝕加固設(shè)計

本樞紐工程泄洪閘底板及閘墩下部（含對應(yīng)的懸板下進(jìn)水道底板及懸板表面、中孔上游導(dǎo)水墻下部和底部）磨損嚴(yán)重。兩岸進(jìn)水閘除兩側(cè)砼有輕度磨損外，底部沖刷磨損也較嚴(yán)重，且有局部剝蝕、露筋。

本工程砼磨蝕破壞的主要原因是高速水流挾帶推移質(zhì)對砼的磨損和沖擊砸撞造成的。本次設(shè)計對砼磨蝕造成的破壞加固選取三種方案進(jìn)行比選。

方案一：采用厚度20mm的鋼板與插入砼中的錨筋焊接對建筑物主要部位進(jìn)行襯護(hù)和修補(bǔ)，本方案的優(yōu)點(diǎn)是抗推移質(zhì)沖磨性能好，其缺點(diǎn)是鋼板襯護(hù)施工技術(shù)要求較嚴(yán)，由于錨固不牢或灌漿不密實(shí)而被砸變形、沖走的現(xiàn)象很容易發(fā)生。

表1　

方案二：采用硅粉抗磨蝕砼，簡稱硅粉砼，硅粉砼是通過摻加硅粉和高效減水劑對普通砼改性而制成的。其優(yōu)點(diǎn)是抗沖磨強(qiáng)度比C60普通砼提高1倍～2倍左右，已快接近環(huán)氧砂漿的抗沖磨強(qiáng)度，抗空蝕強(qiáng)度提高3倍～5倍左右，且硅粉砼成本低廉，無毒，施工工藝與普通砼基本相同。缺點(diǎn)是硅粉砼的早期干縮比較大，但60天以后基本趨于穩(wěn)定。

方案三：采用鋼纖維硅粉砼，鋼纖維硅粉砼的抗空蝕強(qiáng)度約為硅粉砼的10倍，受沖擊斷裂破壞時所吸收的沖擊能量為硅粉砼的1.75倍因而適用于推移質(zhì)沖砸破壞的砼的修補(bǔ)，缺點(diǎn)是鋼纖維砼投資造價高。［1］

對以上三種方案選取泄洪閘底板為典型作投資比選，投資比選對照表見表1。

綜合以上各方案優(yōu)缺點(diǎn)，本階段除險加固砼磨蝕補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計推薦選用方案二，采用15cm厚硅粉砼對建筑物磨損部位進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。

主要設(shè)計為鑿除原底板15cm砼，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，再澆筑15cm厚硅粉砼，鋼筋網(wǎng)由錨筋與底板原有鋼筋焊接。補(bǔ)強(qiáng)后的15cm厚硅粉砼與閘墩間的分縫，采用5cm聚氨酯砂漿閉縫。在對15cm厚原底板補(bǔ)強(qiáng)鑿除過程中有可能對下部底板造成松動，所以在本次補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計中考慮了一部分松動砼補(bǔ)強(qiáng)量。采用硅粉砼加固補(bǔ)強(qiáng)的主要部位有泄洪閘底板、泄洪閘閘后護(hù)坦，泄洪閘閘前鋪蓋及進(jìn)水閘底板。

懸板下進(jìn)水道底板及懸板表面從現(xiàn)狀毀壞的情況看，磨損厚度在2.0cm左右。由于懸板孔口高度僅1.3m，施工空間小、難度較大，因此本次采用所需施工空間較小的加固補(bǔ)強(qiáng)措施。又因目前加固補(bǔ)強(qiáng)措施中環(huán)氧砂漿具有固化收縮小，與砼粘接力強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高，抗沖磨氣蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，其抗沖磨強(qiáng)度約為28天抗壓強(qiáng)度為60MPa水泥石英砂的5倍、C30砼的20倍，合金鋼和普通鋼的20倍～25倍；且能和潮濕、水下砼面有較高的粘接強(qiáng)度，因此選用薄層環(huán)氧砂漿作為補(bǔ)強(qiáng)材料，厚度2.0cm。

采用環(huán)氧砂漿加固補(bǔ)強(qiáng)的主要部位有懸板下進(jìn)水道底板、懸板表面、閘墩下部（高度1.0m范圍內(nèi)）及泄洪閘中孔導(dǎo)水墻下部。［2，3］

3.2消能設(shè)施加固設(shè)計

3.2.1進(jìn)水閘消能設(shè)計

兩岸進(jìn)水閘閘后所設(shè)置的消力池，經(jīng)復(fù)核其深度及長度均不滿足要求，現(xiàn)狀已造成下游渠道沖刷破壞嚴(yán)重，本次除險加固設(shè)計擬對現(xiàn)狀消力池進(jìn)行改造，增加一級消力池。

（1）左岸進(jìn)水閘消能設(shè)計：閘后消能采用底流消能方式，計算得消力池池長25m，池深1.3m，本次除險加固設(shè)計擬對現(xiàn)狀消力池進(jìn)行改造，增加一級消力池，池長10.8m，池深0.6m。

（2）右岸進(jìn)水閘消能設(shè)計：閘后消能采用底流消能方式，計算得消力池池長25m，池深1.3m，本次除險加固設(shè)計擬對現(xiàn)狀消力池進(jìn)行改造，增加一級消力池，池長10.8m，池深0.6m。

消力池底板采用80cm厚C25鋼筋砼結(jié)構(gòu)，抗?jié)B強(qiáng)度W4、抗凍強(qiáng)度F150；下設(shè)10cmC10砼墊層，消力池后設(shè)3.5m深齒墻。

3.2.2泄洪閘消能設(shè)計

泄洪閘后消能設(shè)施現(xiàn)狀破損嚴(yán)重且不滿足消能防沖要求，現(xiàn)狀閘后形成長100m，最大深度約7.0m的巨大消能池塘且已沖刷至基巖，考慮到水閘運(yùn)行多年，閘后消能防沖基本趨于穩(wěn)定，所以本次設(shè)計在利用原有消能池塘的基礎(chǔ)上改建消能設(shè)施，把此消能池塘改建成梯級跌水消能。［4］

4　結(jié)語

本次樞紐除險加固是在原址的基礎(chǔ)上進(jìn)行。通過除險加固，改善灌區(qū)灌溉面積177.85萬畝的引水條件，并增大樞紐的泄洪和防洪能力，提高樞紐安全渡訊和下游河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)，保證下游灌區(qū)引水安全和生命財產(chǎn)安全。

目前應(yīng)用于水閘除險加固工程的新材料、新工藝有很多，并經(jīng)歷多年的運(yùn)行考驗(yàn)，效果顯著。類似工程可以借鑒參考，有助于選定適用性較強(qiáng)的除險加固措施。總之，除險加固設(shè)計階段應(yīng)充分進(jìn)行方案比選，盡可能地在可行、經(jīng)濟(jì)合理且能保證質(zhì)量的條件下確定加固措施。［5］陜西水利

［1］任康寧.汾河二壩攔河水閘除險加固設(shè)計［J］.山西水利，2015（03）：33-34.

［2］康愛澤.扁堵口引水樞紐水閘除險加固設(shè)計方案比選［J］.甘肅農(nóng)業(yè)，2014（01）：63-64.

［3］楊波.民生引水樞紐除險加固工程布置研究［J］.陜西水利，2013（04）：59-61.

［4］李陶，王玫麗.瑪河紅山嘴引水樞紐除險加固對比分析［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2013（10）：73-76.

［5］楊利真.新疆葉爾羌河喀群引水樞紐除險加固工程設(shè)計［J］.吉林水利，2015（10）：22-24.

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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