安迪爾渠首除險加固工程金屬結構設計研究

胡恒鵬

（新疆水利水電勘測設計研究院有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

1.1 地理位置

安迪爾牧場渠首工程位于新疆和田地區民豐縣安迪爾牧場境內，安迪爾鄉位于民豐縣東北部約170 km，315 國道南38 km 處，地處塔克拉瑪干沙漠腹地。該工程距安迪爾牧場場部16 km，其間為通營公路（瀝青路面），交通便利。

1.2 工程布置

安迪爾牧場渠首工程位于安迪爾河下游（上游為博斯坦拖乎拉克河），位于安迪爾牧場以南約16 km 處，是一座以農牧業灌溉、天然胡楊林保護為主的攔河式引水樞紐工程。該工程設計引水流量1.55m3/s，加大引水流量5 m3/s，控制灌溉面積2.47 萬畝，工程等別為Ⅳ等，規模為小（1）型。

工程主要建筑物由進水閘、泄洪沖沙閘、泄洪閘及上游導流堤組成，為4 級建筑物；次要建筑物由管理道路和管理房等組成，為5 級建筑物；臨時建筑物由圍堰和導流渠等組成，為5 級建筑物。

1.3 工程現狀

該工程原渠首于1995 年建設，2000 年洪水沖毀，僅保留了水閘的部分混凝土結構，2005 年工程再次遭遇水毀，將渠首徹底沖毀。原引水樞紐為左岸引水，正面泄洪排沙。現狀引水口為臨時引水口，由土堤將主河道泄洪通道封堵，并由右側臨時引水口引水，在引水口下游2 km 處設有臨時木質木閘，將多余水量分水至胡楊林片區。近幾年隨著灌區續建配套與節水改造工程的實施，安迪爾渠首至安迪爾鄉間的引水干渠已進行了全斷面的防滲處理，上游段新建引水渠在現狀土渠附近平行土渠布置，并在引水口下游300 m 處布置了節制分水閘，向土渠分水，向周邊胡楊林供水。

2 主要建筑物設計

該渠首工程由泄洪閘、泄洪沖沙閘、進水閘等組成。樞紐攔河閘呈“一”字形布置，進水閘與泄洪閘夾角為31.33°。布置進水閘1 孔，泄洪沖沙閘1 孔，泄洪閘2 孔。

洪水期進水閘不過水，設計和校核流量從泄洪閘、泄洪沖沙閘下泄，設計洪水流量90.1 m3/s，設計洪水位1 234.07 m；校核洪水139 m3/s，校核洪水位1 234.79 m。泄洪沖沙閘底板低于泄洪閘0.5 m，以利于沖沙。

2.1 泄洪沖沙閘

泄洪沖沙閘作用為常用沖沙，布置在進水閘左側，與進水閘成31.33°夾角。設計洪水位1 234.07 m，泄量為27.0 m3/s；校核洪水位1 234.79 m，泄量為39.5 m3/s；閘頂高程為1 236.0 m。

閘前鋪蓋采用厚0.5 mC25 混凝土結構，長30 m，厚0.5 m。鋪蓋前端為C25 混凝土重力式防沖墻，埋深5 m。在泄洪沖沙閘左側邊墩前設置1.5 m高C30 鋼筋混凝土導沙墻。

閘室為C30 鋼筋混凝土結構，1 孔，凈寬4.0 m，閘室總寬度6.0 m，閘底板高程1 231.50 m，閘頂高程1 236.0 m，邊墩厚1.0 m，底板厚1.0 m。閘門形式為：工作閘門為弧形鋼閘門，檢修閘門為平面鋼閘門。閘頂平臺設置有檢修橋、啟閉臺、閘房和人行橋等，閘室長為15.0 m。

閘后設挖深式消力池，池深0.8 m，池底高程1 230.20 m，池長20.0 m，其中斜坡段坡比1∶5.54，水平投影長7.2 m，平段長10.8 m，池寬19.3 m，池坎頂高程1 231.0 m。斜坡段泄洪沖沙閘左邊墩與泄洪閘右邊墩處設C30 鋼筋混凝土導水墻，使泄洪沖沙閘與泄洪閘間底板隔開。

2.2 泄洪閘

泄洪閘布置在泄洪沖沙閘左側，成“一”字型排開，與進水閘成31.33°夾角，設計洪水位1 234.07 m，泄量為63.1m3/s；校核洪水位1 234.79 m，泄量為99.5 m3/s；閘頂高程為1 236.0 m。

閘前鋪蓋采用厚0.5 mC25 混凝土結構，長30 m，厚0.5 m。鋪蓋前端為C25 混凝土重力式防沖墻，埋深5 m。泄洪閘左側邊墩與30 m 長C25 混凝土扭面與上游導流堤銜接。

閘室為C30 鋼筋混凝土結構，共2 孔，單孔凈寬6.0 m，閘室總寬度15.3 m，閘底板高程1 232.0 m，閘頂高程1 236.0 m，邊墩厚1.0 m，中墩厚1.3 m，底板厚1.0 m。閘門形式為：工作閘門為弧形鋼閘門，檢修閘門為平面鋼閘門。閘頂平臺設置有檢修橋、啟閉臺、閘房和人行橋等，閘室長為15.0 m。

閘后設挖深式消力池，池深0.8 m，池底高程1 230.20 m，池長20.0 m，其中斜坡段坡比1∶4，水平投影長7.2 m，平段長10.8 m。閘后從消力池平段至海漫末端描述同泄洪沖沙閘。

泄洪閘閘室段基礎采用C30 鋼筋混凝土灌注樁，垂直水流方向布置四排，每排4 根，樁深8.0 m，樁徑0.8 m。泄洪閘鋪蓋段、消力池段、海漫段基礎底部換填砂礫石料厚0.3 m。

2.3 進水閘

進水閘布置形式為側面引水，其軸線與泄洪沖沙閘夾角為31.33°。設計引水流量為1.55 m3/s，設計水位1 233.10 m，加大引水流量為5 m3/s，加大水位1 233.57 m。閘前最高水位（校核洪水位）1 234.79 m。

閘前設1 道擋沙坎，為懸臂式C30 鋼筋混凝土結構，坎高1.5 m，坎頂高程1 232.70 m。閘前右邊墻為C25 重力式扭面與上游導流堤銜接。擋沙坎至閘前鋪設C25 混凝土鋪蓋，厚0.4 m。

進水閘閘室為C30 鋼筋混凝土結構，1 孔，凈寬4.0 m，閘室總寬度6.0 m，閘室長10.0 m，閘底板高程為1 232.70 m，閘頂高程為1 236.0 m，閘墩厚1.0 m，底板厚1.0 m。閘門形式為：工作閘門為平面鋼閘門，上游設1 道平面檢修鋼閘門。閘頂平臺設檢修橋、啟閉平臺、閘房等。

進水閘后設挖深式消力池，池深0.5 m，池底高程1 231.90 m，池長10.0 m，其中斜坡段坡比1∶5，水平投影長4.0 m，平段長6.0 m，池寬4.0 m，池坎頂高程1 232.40 m。消力池底板為C30 鋼筋混凝土結構，厚0.6 m，末端設排水孔，底部設反濾層。

3 金屬結構設計

根據工程布置，安迪爾渠首除險加固工程金屬結構主要設置在渠首泄洪沖沙閘、泄洪閘、左側進水閘處，共有孔口8 個。設預埋件8 套，弧形工作閘門3 扇，平板鋼閘門5 扇，卷揚式啟閉機7 臺，固定式電動葫蘆1 臺。閘門門葉總重約24.2 t，埋件總重約23 t，啟閉設備總重約37 t，工程金屬結構總耗鋼量約為84.2 t，閘門門葉及埋件表面噴鋅面積約為800 m2。

3.1 特征水位

該工程泄洪沖沙閘、泄洪閘、進水閘處的校核洪水位為1 234.79 m，設計洪水位為1 234.07 m，加大水位1 233.57 m，設計水位1 233.10 m。

3.2 泄洪沖沙閘金屬結構

工程泄洪沖沙閘布置在原河道渠首上，用于泄洪沖沙和左側進水閘前水位的調節。閘底板高程為1 231.50 m，閘頂高程為1 236.0 m，共1 孔，設1 道檢修閘門和1 道弧形工作閘門。

檢修閘門孔口尺寸4 m×1.9 m（寬×高），設計水頭1.6 m，設1 扇平板檢修鋼閘門。閘門采用雙主梁結構，滑塊支承，上游面板，上游封水。閘門門葉結構材料采用Q235C，埋件結構材料采用Q235B。閘門依靠自重靜水下門，小開度提門充水平壓后靜水啟門[1]。采用1 臺容量和揚程為QP2×50 kN-6 m 固定卷揚式啟閉機操作（手電兩用）[2]。閘門平時鎖定于孔口上。

閘門按平面體系容許應力法計算，啟門力按小開度平壓啟門計算[3]，主要受力構件的應力分析成果見表1。

表1 泄洪沖沙閘檢修閘門主要結構件及零部件計算成果表

工作閘門孔口尺寸為4 m×2.6 m，設計水頭2.07 m，設1 扇雙主橫梁斜支臂自潤滑球面軸承支承的弧形鋼閘門。閘門曲率半徑4.2 m，支鉸中心距底板高度為3 m。

閘門采用1 臺容量和揚程為2×50 kN-6 m 固定卷揚式弧門啟閉機操作。

為保證工作閘門冬季正常操作運行，門槽埋件鋪設發熱電纜，以防埋件與閘門凍結，門葉梁格內也鋪設發熱電纜，防止閘門承受冰靜壓力。

閘門按平面體系容許應力法計算，啟門力按動水啟門計算，主要受力構件的應力分析成果見表2。

表2 泄洪沖沙閘工作閘門主要結構件及零部件計算成果表

3.3 泄洪閘金屬結構

泄洪閘在泄洪沖沙閘左側，共2 孔，設有1 道弧形工作閘門和1 道檢修閘門。閘底板高程為1 232.0 m，閘頂高程為1 236.0 m。

檢修閘門孔口尺寸為6 m×1.5 m，設計水頭1.1 m，設有2 扇平板鋼閘門。閘門采用雙主梁結構，滑塊支承，采用上游面板，上游封水。閘門門葉結構材料采用Q235C,埋件結構材料采用Q235B。閘門依靠自重靜水下門，小開度提門充水平壓后靜水啟門。閘門分別采用容量和揚程為QP2×50 kN-6 m固定卷揚式啟閉機操作[4]。閘門平時鎖定于孔口上。

閘門主要受力構件的應力分析成果見表3。

表3 泄洪閘檢修閘門主要結構件及零部件計算成果表

工作閘門共1 孔，孔口尺寸為6 m×2.1 m，設計水頭1.57 m，設2 扇雙主橫梁斜支臂自潤滑球面軸承支承的弧形鋼閘門。閘門曲率半徑3.9 m，支鉸中心距底板高度為2.6 m。側水封采用L 型橡皮，并設導向側輪。閘門門葉結構材料采用Q235C，支鉸材料為ZG310-570，埋件主材為Q235B。閘門在動水條件下可調整開度運行，閘門分別采用容量和揚程為2×50 kN-6 m 固定卷揚式弧門啟閉機操作。為防止閘門承受冰靜壓力，梁格內也鋪設發熱電纜。

表4 泄洪閘工作閘門主要結構件及零部件計算成果表

3.4 進水閘金屬結構

進水閘在泄洪沖沙閘右側，共1 孔，設有1 道檢修閘門、1 道工作閘門。閘底板高程為1 232.70 m，閘頂高程為1 236.0 m。

檢修閘門口尺寸4 m×0.7 m（寬×高），設計水頭0.4 m，設1 扇平板檢修鋼閘門。閘門采用雙主梁結構，滑塊支承，采用上游面板，上游封水。閘門門葉結構材料采用Q235B，埋件結構材料采用Q235B。閘門依靠自重靜水下門，小開度提門充水平壓后靜水啟門。閘門采用1 臺容量和揚程為2×30 kN-6 m固定式電動葫蘆操作。閘門平時鎖定于孔口上。

閘門主要受力構件的應力分析成果見表5。

表5 進水閘檢修閘門主要結構件及零部件計算成果表

工作閘門孔口尺寸為4 m×2.4 m，設計水頭2.09 m，設1 扇平板定輪鋼閘門。閘門采用上游面板，上游封水形式，懸臂輪支承，滾輪直徑350 mm，主材采用ZG230-450。閘門門葉結構材料采用Q235C，埋件結構材料采用Q235B。閘門動水啟閉，可控制開度運行，采用容量為QP2×50 kN-6 m 固定卷揚式啟閉機操作（手電兩用）。

閘門按平面體系容許應力法計算，啟門力按小開度平壓啟門計算，主要受力構件的應力分析成果見表6。

表6 進水閘工作閘門主要結構件及零部件計算成果

4 閘門防腐蝕措施

為減輕閘門的腐蝕，延長其使用壽命，減少運行中的維修工作量，閘門與埋件表面均采取長效防腐蝕方案，即閘門門葉及埋件表面均采用熱噴鋅金屬防腐加涂料封閉的綜合防腐措施，涂料封閉底漆為環氧封閉漆，封閉中間漆采用環氧云鐵，封閉面漆為改性環氧漆[5]。埋件與混凝土接觸面采用滾刷或噴涂摻膠水泥沙漿。

5 結論

安迪爾渠首除險加固工程位于安迪爾河下游，工程金屬結構主要設置在渠首泄洪沖沙閘、泄洪閘、左側進水閘處。泄洪沖沙閘共1 孔，設1 道檢修閘門和1 道弧形工作閘門；泄洪閘在泄洪沖沙閘左側，共2 孔，設有1 道弧形工作閘門和1 道檢修閘門；進水閘在泄洪沖沙閘右側，共1孔，設有1道檢修閘門、1 道工作閘門。本文對泄洪沖沙閘、泄洪閘、進水閘的檢修和工作閘門主要結構件及零部件應力進行了分析計算，同時總結了閘門防腐蝕措施，為該工程建設運行提供了理論參考依據。