黄水沟分洪枢纽溢洪堰底栏栅消能设计施工简介

(新疆塔河流域巴音郭楞管理局解放二渠管理站，新疆 和静 841300)

科学研究及工程设计

黄水沟分洪枢纽溢洪堰底栏栅消能设计施工简介

董斌

(新疆塔河流域巴音郭楞管理局解放二渠管理站，新疆 和静 841300)

黄水沟分洪枢纽溢洪堰底栏栅消能曾采用硅粉混凝土和铺设橡胶的方式，但由于混凝土刚性材料与橡胶的连接及橡胶老化等原因，不能满足要求。后采用钢钻杆，按水流方向纵排列布置于底板之上来抗冲砸，因钢钻杆强度极高，但造价不高，与钢结构和混凝土连接牢固，对巨石冲砸起到了十分满意的效果。本文对此加以介绍。

钢钻杆；抗冲砸；消能设计施工

1 工程概述

黄水沟河位于新疆巴州和静县境内，其源头为巴音布鲁克冰川，为山溪融雪性季节河流，年径流量8亿m3左右，1996年历史最大洪水600m3/s左右。河流流经巴伦台峡谷，经过约6km的平原冲积扇出谷至黄水沟分洪枢纽，冲积扇段河床地质为戈壁土，其中夹带大量的卵石，卵石直径18～120cm不等，为周边地区建筑卵石的原料地。

2 工程近年来运行情况

黄水沟分洪枢纽主体由西支泄洪闸及东支溢洪堰组成，其中溢洪堰设计流量280m3/s，其设计型式为宽顶溢流堰，消能设施为跌水加消力池的消能方式。自1996年以来，黄水沟进入洪水多发年份，给溢洪堰下游消能设施多次造成较大的水毁破坏，其原因主要是因为普通水工混凝土无法抵抗洪水挟带大量卵石的冲砸力。曾经采取的水毁改建措施为：ⓐ在消力池护坦表面造10cm厚的硅粉混凝土，但实际运行效果不理想；ⓑ混凝土底板上铺设一层橡胶，起抗砸缓冲作用，但由于混凝土刚性材料与橡胶的连接及橡胶老化等原因，其耐久性无法满足要求，最后也遭水毁。经过多次的实践摸索，最后采用石油勘探报废的钢钻杆，沿水流方向纵排列于底板上，形成底栏栅，使水流及大石的冲砸直接作用于底钢栏栅，来抗冲砸。其优点是：钢钻杆强度极高，完全可抵卸巨石冲砸，且造价不高；混凝土与钢结构的连接牢固，施工工艺简便快捷。工程运行至今，经过了数次较大洪水的考验，至今完好，下游河床稳定，取得了十分满意的消能防冲砸效果。

3 溢洪堰及消能设计

3.1 溢洪堰尺寸

溢洪堰采用宽顶堰，按垂直式跌水墙形式设计，堰宽65cm，堰高按上下游自然稳定河床高程差确定为250cm,溢洪堰基础为150cm×60cm的矩形放大角设计。

3.2 确定消力底板的长度(按垂直式跌水墙计算)

垂直式跌水墙：跌落水舌长度Ld=4.30D0.27P，水舌后水深hp=D0.22P，收缩水深hc=0.54D0.425P，跃后水深hc11=1.66D0.27P，水跃长度Lj=(1.9hc11-hc)，则护坦长

Ls=Ld+0.8Lj

实际计算出护坦长Ls=3.80m，厚m=0.5m。

3.3 确定消力坎高度

根据已知单宽流量q、相应的上下游水位、下游河道底高程等水力要素计算出消力坎高度为0.46m。同时，为防止消力池内发生淤积，便于卵石等推移质排泄，消力坎内面设计成1∶2.5的倾斜坡度。

3.4 末端隔墙

消力池末端隔墙对整个溢洪堰的安全至关重要，为防止下游河床下切对主体工程造成破坏，消力池尾端采用深隔墙设计，按防冲计算确定隔墙深度为380cm、宽度为45cm。

3.5 护坦底栏栅(钢钻杆)结构布置

护坦混凝土的抗冲砸防护问题是该工程重点考虑的问题。普通的水工混凝土无法长时间抵御大量毛石的冲砸，因此考虑在护坦表面布设钢结构来加强防护。经对周边钢材料市场及废品市场进行考察，选定用石油勘探报废下来的钢钻杆作为防护材料，按栏栅形状布置在护坦表面，具体布置如下：

a.在护坦上、下游两边沿垂直水流方向，分别预埋长40cm、间距80cm的10号槽钢作为支撑，预埋深度25cm。

b.在两边预埋钢构件上分别焊接10号槽钢(垂直水流方向)，槽钢下底距底板3cm，以避免冲砸力直接作用于混凝土底板。

c.在两个10号槽钢间沿水流方向焊接φ73@150钻杆,整体成一个栏栅。为加强整体栏栅结构的刚性强度，在钻杆中部加焊一道60mm×6mm的扁钢。

4 溢洪堰施工

该工程混凝土强度等级为C20，采用二级级配，混凝土料坍落度控制在5cm以内。溢洪堰主体、深隔墙钢筋配置：主筋138φ12、构造筋φ6@400，护坦按构造配φ6@400网片。

a.为确保工程施工进度、工程质量和施工安全，利用枯水季节抓紧主体工程的施工，采取先主体后零星、先深后浅、先地下后地上的平行交叉流水作业流程，先施工溢洪堰主体，再施工深隔墙，然后浇筑护坦，最后安装钢结构。混凝土浇筑时，按规范许可范围，加入15%左右的毛石。

b.深隔墙基础开挖到位后，在基础一头设临时集水坑进行排水，使地下水位降至基础底高程以下。

c.钢结构焊接前先检查接口、组装间隙是否符合要求，定位焊是否牢固。要求焊缝周围不得有油污、锈物等，定位焊后圆周进行满焊。

5 结 语

该工程自2000年改造完成至今，运行正常，期间经历了数次较大洪水考验，工程运行状况良好，消能效果非常令人满意，解决了消能底板抗冲砸及下游河床因消能不完全而下切的问题。笔者认为，采用此种钻杆底栏栅消能的方式不失为一种施工简便、经济实用的方法，可为具有相同水文地质条件工程的设计施工提供一种思路。

IntroductionofBottomGridEnergyDissipationDesignandConstructionofHuangshuigouFloodDiversionHingeSpillwayWeir

DONG Bin

(XinjiangTaheRiverBasinBayinguolengAuthorityLiberationNo. 2ChannelManagementStation,Hejing841300,China)

Silica powder concrete and rubber laying mode were adopted in Huangshuigou Flood Diversion Hinge Spillway Weir Bottom Grid Energy Dissipation Project. However, the method can not meet the requirements due to connection between concrete rigid materials and rubber, rubber aging and other reasons. Steel drill rods were adopted, which are arranged vertically and transversely on the bottom board according to water flow direction for resisting crash. Steel drill rods can sufficiently resist crash of huge stone since they have extremely high strength, low cost and firm connection with steel structure and concrete. Concrete conditions will be introduced in the paper.

steel drill rod; crash resistance; design and construction of energy dissipation

TV673

A

1673-8241(2014)1-0048-02