“三個(gè)山河”渠首除險(xiǎn)加固工程方案研究

唐加爾克·也斯木漢

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 831100）

1 三個(gè)山河工程概況

1.1 工程現(xiàn)狀

三個(gè)山河位于天山東段南坡，烏魯木齊東南郊柴窩堡境內(nèi)，距烏魯木齊市區(qū)40km，東鄰達(dá)坂城的白楊河流域支流黑溝，西接柴窩堡白楊溝，北側(cè)為天山中段海拔5445m的博格達(dá)峰，南側(cè)為柴窩堡及山前傾斜平原。三個(gè)山渠渠首引水工程位于三個(gè)山河出山口處，為攔河閘壩式引水樞紐，主要由上下游導(dǎo)流堤、引水閘、泄洪閘、溢流堰等組成，渠首控制區(qū)域主要包括天山牧場(chǎng)、西溝鄉(xiāng)、林場(chǎng)、柴窩堡農(nóng)業(yè)大隊(duì)等。

工程始建于1979年，經(jīng)多年運(yùn)行出現(xiàn)了很多問題：一是引水閘工作閘門銹蝕嚴(yán)重，止水處磨損脫落，閘門開啟閉合困難；二是泄洪閘閘室段鋼筋混凝土底板及閘后陡坡段混凝土嚴(yán)重磨損，局部形成深40cm的凹槽，護(hù)坦被擊穿，失去作用；三是非常溢洪道溢流堰被洪水完全沖毀，溢流堰沖刷、磨損嚴(yán)重，泄流能力不滿足要求，降低了排砂能力。根據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)水利廳《關(guān)于對(duì)全疆水閘進(jìn)行安全鑒定的通知》（新水建管〔2008〕171號(hào)）、《水閘安全鑒定規(guī)定》和《水閘技術(shù)管理章程》的要求，三個(gè)山渠的渠首閘運(yùn)用不滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)狀運(yùn)行中存在安全隱患，安全類別為三類閘，須進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

1.2 水文氣象條件

三個(gè)山流域，屬柴窩堡谷地溫涼氣候區(qū)，流域內(nèi)多年平均降水量為320mm；多年平均氣溫為8.8℃，極端最高氣溫為37.5℃，極端最低氣溫為-30.9℃；多年平均最大風(fēng)速為7.3m/s；最大凍土深度為1.4m。多年實(shí)測(cè)資料顯示，三個(gè)山河歷年封凍期最長(zhǎng)為114d。

根據(jù)三個(gè)山水文站的典型水文年（1979、1984、1989年）徑流統(tǒng)計(jì)結(jié)果，計(jì)算保證率為50%、75%、95%的全年設(shè)計(jì)徑流量，分別為0.4502億、0.3880億、0.3088億m3。

三個(gè)山河洪水類型，主要包括融雪洪水、暴雨洪水、暴雨與融雪混合型洪水。按地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)的綜合頻率曲線法計(jì)算，三個(gè)山渠首工程場(chǎng)址設(shè)計(jì)洪水為1%、2%、3.33%、5%、10%、20%的頻率下，洪峰流量分別為256m3/s、193m3/s、151m3/s、120m3/s、72.2m3/s、32m3/s。

根據(jù)白楊河水文站含砂量資料和國(guó)內(nèi)類似工程經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算得三個(gè)山河斷面年輸砂總量為2.41萬t。

1.3 工程地質(zhì)條件

本工程所在地海拔高度為2008～2080m，由低山丘陵和中高山帶組成2個(gè)地貌單元，山體主要由褶皺斷塊山形成，兩岸山體呈U形山谷，渠首坐落在兩岸山體之間。三個(gè)山河橫貫達(dá)板城區(qū)及西溝鄉(xiāng)全境，縱坡坡度1/20，河床寬窄不一，最寬處達(dá)300m，兩岸發(fā)育不對(duì)稱的侵蝕、堆積、基座階地（Ⅰ～Ⅳ級(jí)）。

工程所在地及周邊地層受燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響最強(qiáng)烈，地層特征為：晚古生代～新生代有地層不整合關(guān)系，主要出露上古生界石炭系、二疊系，中生界三疊系、侏羅系、白堊系及新生界第三系和第四系地層。

工程所在地地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s，地震基本烈度為Ⅷ度。

2 除險(xiǎn)加固方案

2.1 工程等級(jí)與防洪標(biāo)準(zhǔn)

三個(gè)山渠首設(shè)計(jì)引水流量為2.1m3/s，加大引水流量為2.7m3/s，控制灌溉面積為0.16萬hm2。渠首過閘流量＞100.0m3/s，按攔河水閘分等指標(biāo)劃分為Ⅲ等中型。水工建筑物級(jí)別為：主要建筑物3級(jí)，次要建筑物4級(jí)，臨時(shí)建筑物5級(jí)。洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，洪峰流量為120m3/s；校核標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，洪峰流量為193m3/s。

2.2 閘址選擇

根據(jù)三個(gè)山渠首現(xiàn)狀與引水灌溉條件，考慮以下原因：一是該處河道由于修建了渠首，經(jīng)多年運(yùn)行，河態(tài)、河勢(shì)基本穩(wěn)定，因此仍選擇渠首位置作為渠首場(chǎng)址；二是原渠首位置道路相通，工程建設(shè)、管理較方便；三是原渠首左岸防洪堤與引水閘主體工程完好；四是下游輸水干渠修復(fù)工程量較小，施工成本較低。確定三個(gè)山渠首仍采用原閘址。

2.3 方案比選

根據(jù)閘址區(qū)的樞紐布置、工程地質(zhì)、施工條件、施工成本等綜合分析，并依據(jù)安全鑒定結(jié)論，保留原引水閘，拆除泄洪閘、正常溢洪道溢流堰、溢流側(cè)堰、非常溢洪道溢流堰及導(dǎo)流堤，初步擬定以下除險(xiǎn)加固方案。

2.3.1 閘堰結(jié)合式渠首（方案1）

采用閘堰結(jié)合式渠首（25m溢流堰+2孔泄洪閘+1孔沖砂閘+兩孔引水閘，呈一字形布置），本方案拆除泄洪閘、正常溢洪道溢流堰、溢流側(cè)堰、非常溢洪道溢流堰，在現(xiàn)狀引水閘右側(cè)布置1孔沖砂閘，凈寬3.0m。緊鄰沖砂閘布置2孔泄洪閘，每孔凈寬5.0m，將原溢流側(cè)堰、非常溢洪道溢流堰和正常溢洪道溢流堰拆除后重建，新建溢流堰凈寬25m，溢流堰、泄洪閘、沖砂閘及引水閘呈一字形布置，右岸采用導(dǎo)流堤的形式與河岸銜接。

2.3.2 攔河閘式渠首（方案2）

采用攔河閘式渠首（3孔泄洪閘+1孔沖砂閘+2孔引水閘，呈一字型布置），本方案拆除泄洪閘、正常溢洪道溢流堰、溢流側(cè)堰、非常溢洪道溢流堰及導(dǎo)流堤，在現(xiàn)狀引水閘右岸布置1孔沖砂閘，凈寬3.0 m，緊鄰沖砂閘右側(cè)布置3孔泄洪閘，每孔凈寬5.0 m。泄洪閘、沖砂閘、引水閘呈一字形布置。

經(jīng)比選，確定采用方案1，比較情況見表1。

表1 除險(xiǎn)加固方案比較表

3 加固關(guān)鍵技術(shù)

3.1 河道護(hù)岸整治

現(xiàn)狀河道主流搖擺不定，且河岸沖刷嚴(yán)重。為保護(hù)河岸，使主流順利入槽，在現(xiàn)場(chǎng)勘察的基礎(chǔ)上，根據(jù)河道穩(wěn)定寬度分析和護(hù)岸水力計(jì)算結(jié)果，在兩岸修建導(dǎo)流堤、護(hù)岸，并對(duì)渠首上、下游河道進(jìn)行綜合整治，以利于渠首取水防砂。

3.2 建筑物防沖刷

現(xiàn)狀建筑物表面磨損嚴(yán)重，局部底板出現(xiàn)凹槽。考慮工程所在地河段為多泥砂河段，河道水流內(nèi)含砂量較高，采用抗沖耐磨混凝土進(jìn)行建筑物防沖刷施工，并適當(dāng)增加邊墻、底板等水流沖刷部位混凝土厚度。在建筑物銜接部位或底板結(jié)構(gòu)分縫位置設(shè)置抗滑齒墻，齒墻基礎(chǔ)深度根據(jù)河床沖刷深度計(jì)算確定。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，可知閘室等主要建筑物基礎(chǔ)上層為第四系全新統(tǒng)（Q4al）沖積層，厚度為2.5～12.0m。為防止高速水流沖刷，需在一定范圍內(nèi)對(duì)閘底板及閘墩下部進(jìn)行固化處理。結(jié)合本工程地質(zhì)條件，對(duì)閘底板及閘墩下部75cm范圍內(nèi)進(jìn)行C60硅粉混凝土澆筑。

3.3 建筑物抗凍脹

工程所在地歷年最大凍土深度為140cm，屬季節(jié)性凍土。為防止建筑物季節(jié)性凍脹，需將建筑物基礎(chǔ)、底板伸入凍土層以下，并采用C20混凝土和C25鋼筋混凝土進(jìn)行整澆，其中，混凝土抗凍等級(jí)為F200，抗?jié)B等級(jí)為W6。

3.4 建筑物防腐蝕處理

工程所在地土層地表水、地下水對(duì)混凝土及鋼筋具有弱腐蝕性，因此，對(duì)建筑物進(jìn)行防腐蝕處理。采用低堿水泥配制混凝土，水泥堿含量應(yīng)≥0.6%，宜選用Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)粉煤灰，用作礦物摻合料的粉煤灰應(yīng)選用游離氧化鈣含量≥10%的低鈣灰。

鋼筋混凝土之間的分縫寬度為2cm，分縫表層涂抹2cm厚聚氨酯密封膏，中部使用664型橡膠止水帶，其余部分采用高壓閉孔板填充。

4 結(jié)語

（1）從利于樞紐布置和施工角度考慮，渠首加固工程一般宜在原址建設(shè)，并盡量利用現(xiàn)有建筑物及設(shè)施，以減少工程量、降低施工成本。

（2）根據(jù)現(xiàn)有建筑物現(xiàn)狀和工程量，確定渠首加固工程建筑物組成，并根據(jù)樞紐布置、主要建筑物、施工條件、水力條件等綜合選擇較優(yōu)的樞紐布置方案。

（3）根據(jù)氣候環(huán)境和河道水文條件，西北地區(qū)渠首加固工程需重點(diǎn)研究合理的河道護(hù)岸整治方案、建筑物防沖刷方案、建筑物抗凍脹方案和建筑防腐蝕處理方案等，使樞紐工程在設(shè)計(jì)生命周期內(nèi)正常運(yùn)行，同時(shí)滿足耐久性要求。