库斯台渠首改造工程设计及施工

周哲文

（博尔塔拉蒙古自治州水利水电勘测设计院，新疆 博乐 833400）

库斯台渠首改造工程设计及施工

周哲文

（博尔塔拉蒙古自治州水利水电勘测设计院，新疆 博乐 833400）

水利工程在区域防洪、灌溉、供水中起着重要调节作用，但由于使用年限长，很多水利设施面临腐蚀、渗漏、能力小于实际要求等问题。以新疆博州库斯台渠首改造为实例，阐述了渠首结构设计和施工技术，以期为类似工程提供参考。

库斯台；渠首；改造工程；设计；施工

1 工程概况

库斯台渠首位于新疆博州境内库斯台河河道上，为拦河式渠首，从右往左依次为泄洪闸、溢流堰、挡水堰、栏栅堰。渠首设计引水流量3m3/s，由左岸栏栅引水至大库斯台盘山引水渠，控制灌溉面积0.15万hm2。设计洪水20年一遇，洪峰流量114.9m3/s，校核洪水50年一遇，洪峰流量137.3m3/s。工程等别Ⅳ等，小（1）型工程，主要建筑物4级，次要建筑物5级。

2 渠首主要改造内容

库斯台渠首距今已有40年历史，包括渠首闸、引水闸、冲砂闸等在内的所有闸门及右岸护坡和海漫都受到严重腐蚀和洪水冲刷。本改造工程的主要内容有：①维修渠首闸门，更换闸门橡皮止水和启闭机；②新建分水闸部分的工作桥，更换分水闸部分的引水闸和冲砂闸闸门；③重建渠首值分水闸的渠道；④增设闸室上游铺盖，拆除渠首冲砂闸下游右岸损坏护坡和海漫，并进行重建。

3 渠首改造相关计算和设计

3.1 闸门过洪能力复核计算

3.1.1 泄洪冲砂闸过水能力

根据渠首闸室结构和流态特性，按宽顶堰自由出流进行验算过洪能力，其中右岸泄洪闸（冲砂闸）按无坎宽顶堰。闸孔出流Q1按式（1）计算。

式中 σ为淹没系数，取0.995；μ为流量系数，取0.542；b为水闸净宽，取2m；H0为闸前水深，取4.2m；e为闸门启闭高度，取1.4m；g为重力加速度。

本工程泄洪冲砂闸校核水位时过洪流量Q1=13.88m3/s，原尺寸满足过水要求，因此不用扩大。3.1.2 溢流堰过水能力计算

根据渠首闸室结构和流态特性，判断本工程堰型为有坎宽顶堰，其过洪流量Q2可按式（2）计算。

式中ε为侧流量系数，取0.923；b为溢流堰净宽，取5m；H0为堰上水深，取2.2m。

得出溢流堰过水能力Q2=24.44m3/s，满足最大洪水要求［1］。

本项目栏栅堰堰型为无坎宽顶堰，利用相关公式验算其过水能力也满足洪水要求，因此原渠首主体结构尺寸不用改变。

3.2 主要改造项目设计

3.2.1 护坡和海漫设计方案确定

库斯台渠首由于长时间被洪水冲刷，砂闸下游右岸护坡和海漫遭到严重损坏，对渠首基础冲蚀深度越来越大，为防止地基再遭水流侵蚀，设计重建护坡和海漫，具体设计方案及优缺点对比如表1。

表1 重建方案对比

经过综合比较，选择方案2作为本改造项目的最终施工方案。

3.2.2 工作桥梁设计

工作桥梁是闸门启闭的载体，本项目需新建工作桥梁5处。其中闸门属4级建筑物，结构安全级别为Ⅱ级。自重G为11.8kN，启门力Q为50kN，采用单吊点启闭机。启闭机选单吊点5t，重3kN，机墩重1kN，桥面人群荷载q为3kN/m2。

3.2.2.1 承载力计算

在估算了所有承载力后，对T形梁进行强度结构设计（基本结构见图1）［2］。 计算跨度L0=3.5m。 跨中弯矩设计值M按式（3）计算，最终得出M=76.91kN/m。

式中 γ0为安全系数，取1.0；φ为正常运行期持久性，取1.0。

图1 支承启闭机的T形梁结构

3.2.2.2 配筋设计

本项目工作桥梁设计为单排钢筋，根据估计工作桥梁的最大载荷，最终选用4φ25+5φ20，具体配置如图2。

图2 梁的截面配筋

3.2.3 渠道设计

本项目渠首至分水闸之间引水渠长160m，该渠道承担灌溉任务。原渠系为土渠，水利用系数低且灌溉能力不足，因此对该部分引水渠进行重建［3］。

3.2.3.1 断面设计

本项目依据现场实测资料，遵循减少开挖、满足防洪等要求设计，各级渠道纵坡基本与地面线平行。该段渠道设计流量3.0m3/s，平均纵坡均在0.72%。

渠道的断面型式为梯形细石混凝土砌石断面，并在渠肩用混凝土进行压顶。渠道底宽1.0m，边坡系数为1∶1.5，渠道上口宽5.05m。

3.2.3.2 安全超高和压顶宽度

渠道安全超高按照Δh=1/4hj+0.2计算，其中hj为渠道加大水深。经计算Δh=0.885m。根据相关规范，本项目设计渠道两侧的压顶宽度采用0.5m，厚0.15m混凝土［4］。

4 施工技术分析

4.1 渠首冲砂闸施工

渠首冲砂闸改造内容包括前铺盖、后铺盖、翼墙。其中前铺盖为40cm浆砌石，在施工时先将原闸室范围内基础清干净，开挖基础和浆砌石施工。

闸室后铺盖及翼墙采用机械开挖，为保证质量，在开挖的同时注意地下水抽取。基础开挖完成后进行齿墙砌筑。

4.2 分水闸施工

分水闸的主要施工对象为工作桥梁，为C20钢筋混凝土结构，施工顺序：支模板→支钢筋→混凝土浇筑→混凝土养护。

4.2.1 模板施工

主体为定型钢模，在高度较低处采用简易方木模板或架杆支撑。在闸墩及边墙位置采用组合钢模板，勾头螺栓和对拉钢筋固定，螺栓和钢丝绳校正。

模板制作和安装偏差满足允许要求，具有足够的刚度和强度，表面平整光洁，接缝严密不漏浆，不变形，安装就位准确，支撑牢固可靠。

4.2.2 钢筋施工

各类钢筋分类堆放，钢筋防腐表面预处理前，必须将闸门表面的油污、焊渣等清除干净。闸门表面预处理采用喷射方法，磨料为清洁干燥的刚玉砂，喷射用的压缩空气经过滤，除去油污及其他杂质。当环境相对湿度大于85%及环境空气温度低于露点温度3℃时，不得进行喷射处理［5］。

焊接清理完成后，质检人员对所要绑扎的钢筋进行全面检查，检查项目包括：焊接、焊接长度、钢筋表面有无裂纹和有无时显烧伤，接头轴线在不在一条直线上，合格后方可进行绑扎，且绑扎均按要求进行，确保工程质量。

4.2.3 混凝土施工

立模完工后用压力水进行清仓，混凝土浇筑利用脚手架和双轮车入仓。排架及工作桥采用现浇混凝土，预埋件一定按照设计尺寸预埋准确。混凝土浇筑按次序、方向、分层、厚度进行，及时平仓，不得堆积，保证混凝土的浇筑连续性。因意外停浇，按施工缝处理仓面［6］。

混凝土浇筑时用插入式振捣密实，混凝土浇筑搭设平台由人工甩料入仓。振捣时间以混凝土不再显著下沉，不出现气泡并开始泛浆为准。避免漏振和过度振捣。及时洒水养护覆盖，做好记录，保持混凝土表面湿润，但不能过多积水。

5 结语

（1）库斯台渠首改造工程总体规模较小，渠首闸门、护坡等经过翻新后通水顺畅，整体结构牢固，灌溉能力也得到显著提高。

（2）水利设施的翻新改造应立足于原设施，在其总体规模满足防洪灌溉的基础上，尽量不进行大量翻新，注意兼顾实用性和经济性。

［1］苏丹，刘天朝.北店子引黄渠首改造工程水土保持方案设计［A］.中国水利学会2014学术年会论文集（下册）［C］.2014.

［2］王守河，王鹤，黄远泽，等.雅嫩渠首枢纽改造工程设计［J］.东北水利水电，2014（11）：55-58.

［3］张孟希.灌区改造渠首设计水面线分析研究［D］.南京：河海大学，2007.

［4］李虹瑾，陈晖，陈顺礼.曲条面引水渠首在阿韦滩渠首改造工程中的应用［J］.水利与建筑工程学报，2012（4）：64-67.

［5］赵蓉.栗子坪水电站渠首坝加固改造方案探讨［J］.河南水利与南水北调，2014（9）：73-75.

［6］光荣.盐环定渠首泵站技术供水改造方案的确定［J］.人民黄河，2014（2）：25-28.

（责任编辑：姜彤宇）

Analysis of design and construction of Kusitai irrigation system renovation project

ZHOU Zhe-wen
（Bortala Mongol Autonomous Prefecture Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Institute， Bole 833400，China）

Water conservancy projects plays an important regulatory role on regional flood control， irrigation， water supply，but because of long service life， a lot of water conservancy facilities face problems such as corrosion， leakage and inadequate ability.Xinjiang Bortala Mongol Autonomous Prefecture irrigation system reform is taken as an example，this paper analyzes the irrigation system structure design and construction technology，so as to provide a certain technical reference for similar projects.

Kusitai； canal head； renovation project； design； construction

TV6

B

1672-9900（2017）03-0029-03

2017-04-05

周哲文（1985-），男（汉族），甘肃武威人，工程师，主要从事农田水利工程设计工作，（Tel）15999067660。