喀拉喀什河引水樞紐水閘除險加固設計分析

吳新（運城市水利勘察院山西運城044000）

喀拉喀什河引水樞紐水閘除險加固設計分析

吳新
（運城市水利勘察院山西運城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，解決了水閘防洪標準低、閘室閘墩及底板混凝土磨蝕嚴重、閘門和啟閉設備老化失效等問題，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行。

喀拉喀什河；引水樞紐；除險加固；設計分析

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，地理位置坐標東經79°43′57″，北緯37°00′43″。樞紐水閘部分采用懸板分層引水結構，正面為泄洪排沙閘，兩側為進水閘。泄洪閘設計洪水標準為50年一遇（P=2%），相應洪峰流量830m3/s；校核洪水標準為200年一遇（P=0.5%），相應洪峰流量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）設有導水墻，將兩岸引水懸板分開。除中孔外其余5孔均設有底孔，孔高1.3m，懸板厚0.4m，底孔設有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，為保護閘基，閘末端設置深度為7.5m的重力式防沖墻。閘室頂部設有機房和交通橋一座，橋凈寬7m，設計標準為汽15t、掛80t。

左岸進水閘為2孔，每孔凈寬為10m，設計流量為100m3/s，加大流量為120m3/s；右岸進水閘為1孔，閘孔凈寬為10m，設計流量為50m3/s，加大流量為60m3/s。進水閘采用分離式結構，進水口設胸墻，采用疊梁式鋼閘門分別控制底孔與上孔運行。閘后設消力池連接漿砌卵石渠道，消力池，現狀：池長16.3m，池深0.8m；在現狀消力池后新增池長10m，池深0.5m二級消力池。閘室頂設有框架結構啟閉機房，并設有凈寬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

喀拉喀什河推移質含量大，汛期泄洪會對閘室混凝土結構產生強烈的沖蝕；根據SL/T191-96《水工混凝土結構設計規范》的規定，有抗沖耐磨要求的部位，混凝土強度等級不應低于C25級，而現狀閘室閘墩及底板混凝土強度設計為C15，達不到現行規范對混凝土設計強度的標準要求。

（1）現狀泄洪閘閘墩底部及閘底板沖蝕破壞嚴重，閘墩底部80cm范圍沖蝕厚度達5cm～6cm，已接近或達到鋼筋保護層厚度局部已見鋼筋出露。閘底板和護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則沖蝕溝，沖蝕溝寬60cm～100cm，最大磨蝕深度達30cm。閘底板的磨蝕破壞已經嚴重影響到水閘的安全運行。為此水管站曾多次對閘底板混凝土進行加固，但從現狀閘底板磨損情況看，水閘混凝土磨蝕破壞險情仍相當嚴重。

通過消能防沖復核計算和實際運行情況綜合分析，現狀泄洪閘在泄洪時對下游沖刷強烈，下游導流堤護岸基礎每年都出現大范圍基礎被淘空的險情，并且有逐年擴大的趨勢。渠首下游0+000～0+500段，河道兩側農田、林帶灌溉時，灌溉水下滲沿河道兩側漿砌石、水泥護坡破損和接縫嚴密等薄弱部位向河道內滲流補給河水，在河道兩岸內側護坡上形成多個類似“泉水”的滲水點。

（2）現狀引水樞紐下游連接段河床沖蝕破壞十分嚴重，從護坦末端開始下游100m范圍內已形成巨大沖坑，沖坑內常年積水，經現場量測，水深在3m～6m，而汛期泄洪時深度更大。水閘運行2年后，在1989年由于沖刷破壞嚴重，閘后護坦擋墻基礎出露，已嚴重威脅到水閘的安全，后在自治區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，現狀消力池尾坎也已沖蝕破壞嚴重。

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、閘后消能設施改建、上游整治段加高、消力池段邊墻基礎及邊坡加固、更新進水閘、泄洪閘工作閘門啟閉機并增設備用電源、止水更換及做閘門門體防腐、更新閘房門窗等措施。

3.1砼磨蝕加固設計

本樞紐工程泄洪閘底板及閘墩下部（含對應的懸板下進水道底板及懸板表面、中孔上游導水墻下部和底部）磨損嚴重。兩岸進水閘除兩側砼有輕度磨損外，底部沖刷磨損也較嚴重，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對砼的磨損和沖擊砸撞造成的。本次設計對砼磨蝕造成的破壞加固選取三種方案進行比選。

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行襯護和修補，本方案的優點是抗推移質沖磨性能好，其缺點是鋼板襯護施工技術要求較嚴，由于錨固不牢或灌漿不密實而被砸變形、沖走的現象很容易發生。

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。其優點是抗沖磨強度比C60普通砼提高1倍～2倍左右，已快接近環氧砂漿的抗沖磨強度，抗空蝕強度提高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。缺點是硅粉砼的早期干縮比較大，但60天以后基本趨于穩定。

方案三：采用鋼纖維硅粉砼，鋼纖維硅粉砼的抗空蝕強度約為硅粉砼的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沖砸破壞的砼的修補，缺點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。

綜合以上各方案優缺點，本階段除險加固砼磨蝕補強設計推薦選用方案二，采用15cm厚硅粉砼對建筑物磨損部位進行加固補強。

主要設計為鑿除原底板15cm砼，鋪設鋼筋網，再澆筑15cm厚硅粉砼，鋼筋網由錨筋與底板原有鋼筋焊接。補強后的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厚原底板補強鑿除過程中有可能對下部底板造成松動，所以在本次補強設計中考慮了一部分松動砼補強量。采用硅粉砼加固補強的主要部位有泄洪閘底板、泄洪閘閘后護坦，泄洪閘閘前鋪蓋及進水閘底板。

懸板下進水道底板及懸板表面從現狀毀壞的情況看，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強措施。又因目前加固補強措施中環氧砂漿具有固化收縮小，與砼粘接力強，機械強度高，抗沖磨氣蝕性能好等優點，其抗沖磨強度約為28天抗壓強度為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度，因此選用薄層環氧砂漿作為補強材料，厚度2.0cm。

采用環氧砂漿加固補強的主要部位有懸板下進水道底板、懸板表面、閘墩下部（高度1.0m范圍內）及泄洪閘中孔導水墻下部。［2，3］

3.2消能設施加固設計

3.2.1進水閘消能設計

兩岸進水閘閘后所設置的消力池，經復核其深度及長度均不滿足要求，現狀已造成下游渠道沖刷破壞嚴重，本次除險加固設計擬對現狀消力池進行改造，增加一級消力池。

（1）左岸進水閘消能設計：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，本次除險加固設計擬對現狀消力池進行改造，增加一級消力池，池長10.8m，池深0.6m。

（2）右岸進水閘消能設計：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，本次除險加固設計擬對現狀消力池進行改造，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鋼筋砼結構，抗滲強度W4、抗凍強度F150；下設10cmC10砼墊層，消力池后設3.5m深齒墻。

3.2.2泄洪閘消能設計

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

4　結語

本次樞紐除險加固是在原址的基礎上進行。通過除險加固，改善灌區灌溉面積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準，保證下游灌區引水安全和生命財產安全。

目前應用于水閘除險加固工程的新材料、新工藝有很多，并經歷多年的運行考驗，效果顯著。類似工程可以借鑒參考，有助于選定適用性較強的除險加固措施。總之，除險加固設計階段應充分進行方案比選，盡可能地在可行、經濟合理且能保證質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計方案比選［J］.甘肅農業，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］.水利規劃與設計，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計［J］.吉林水利，2015（10）：22-24.

（責任編輯：唐紅云）

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