叶尔羌河民生渠闸门除险技术方案探析

孙 健

（新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 库尔勒 841000）

1989年投入运行的民生引水枢纽是新疆巴楚县最重要的引水枢纽，工程区为第四系全新统冲洪积松散堆积物[1]。经多年运行，枢纽进水闸、冲砂闸、泄洪闸病险问题较多，需对除险加固技术进行分析。

1 概况

叶尔羌河是一条多泥沙河流。民生引水枢纽是叶尔羌河流域规划的第五级引水枢纽[2]，由进水闸、冲砂闸、泄洪闸及拦河坝四部分组成，从河岸左侧向右侧依次排列。进水闸为4 孔，其中民生渠进水闸2 孔，色力布亚进水闸及巴楚总干渠进水闸各1 孔，单孔净宽7 m[3]，闸底板高程1 159.1 m；冲砂闸为2 孔，每孔净宽7 m；泄洪闸5 孔，单孔净宽7.5 m，闸底板高程均为1 158 m。引水渠肩负着色力布亚和红海2个灌区供水，以及草龙、邦克尔、红海和卫星4座中型水库的引水任务。

2 存在问题

2.1 进水闸

进水闸闸室为开敞式钢筋混凝土整体结构，护岸采用混凝土直墙+护坡的结构形式，总长326 m，下游设钢筋混凝土海漫。闸墩、底板混凝土冻融、磨蚀严重。海漫总长47.5 m，部分已被冲毁。

2.2 冲砂闸

冲砂闸护岸采用混凝土直墙+混凝土护坡结构形式，总长160 m，护坡基础为混凝土防冲墙，埋深3 m。上游整治段混凝土护坡板局部冻胀破坏、沉陷严重，下游裹头护岸块石钢筋笼钢筋锈蚀断裂、笼内块石缺失，闸室底板、墩墙下部混凝土冻融、磨蚀严重。

2.3 泄洪闸

泄洪闸护岸采用混凝土直墙+钢筋混凝土箱墙与冲砂闸上游护岸起点相接。经勘察，泄洪闸上游铺盖和左右岸导流墙被冲毁，泄洪闸后海漫及海漫后的钢筋石笼破坏、变形。上游连接段混凝土护坡板沉陷、裂缝；中墩迎水面墩头混凝土脱落；闸室底板、墩墙下部混凝土冻融、磨损；闸后防冲消能块石钢筋笼破坏、变形；泄洪闸前铺盖及左岸箱墙基础沉陷，左侧闸门边墩出现位移，向下游位移15 cm。工程现状泄洪能力、闸墩及拦河坝超高、上下游堤防超高、下游消能防冲设施均不能满足要求。

3 除险技术方案

根据工程病险情况，现从保障引水安全、提高防洪能力方面研究提出除险加固技术方案。

3.1 方案拟定

3.1.1 方案1

在原闸址处，充分利用已有建筑物布局，对不满足要求的老闸部分进行局部改建，并在原泄洪闸右侧新增泄洪闸7 孔，溃坝160 m，以提高引水枢纽的防洪、冲砂能力，加大泄洪能力。目前，4 孔进水闸和2孔冲砂闸位于人工弯道尾端，5孔泄洪闸位于人工弯道右侧，新增泄洪建筑物只能紧临原有泄洪闸右侧布置在河道上，与进水闸呈“八”字形布置，新建溃坝段位于新建泄洪闸右侧。利用人工弯道引水，正面泄洪，是比较理想的枢纽布置型式。根据枢纽现有工程布置情况和水力情况，本次除险加固内容大致可分为四部分。

（1）枢纽上下游两侧护岸加固，增设上下游导流堤。枢纽上下游基本未做护岸工程和导流堤，因河床质为低液限粉土、黏土，引水枢纽又位于河道引水弯道处，河水对其顶冲严重，已有河道护岸也存在破损严重、超高不足等问题，拟在新增建筑物上下游河岸设置护岸和导流堤、加固已有破损的护岸，补充完善老闸上下游缺失的护岸及导流堤。

（2）加高泄洪闸闸墩，重建闸前铺盖、拆除重建进水闸、冲砂闸、泄洪闸闸后交通桥。

（3）新建泄洪闸7孔（净宽70 m）、溃坝段160 m，以满足设计洪水、校核洪水下枢纽的泄洪能力。

（4）确定枢纽运行方式。当河道洪峰流量1 340 m3/s 时，由原进水闸、原泄洪闸及新建泄洪闸控制泄洪；洪峰流量2 015 m3/s 时，也由上述各闸及溃坝段控制泄洪。

3.1.2 方案2

将进水闸移至人工弯道进口，废弃原有4 孔进水闸及2孔冲砂闸，原有5孔泄洪闸兼起泄洪冲砂作用，在人工弯道进口新建4孔进水闸，新建连接渠与原进水闸相连，相应抬高闸底板高程20 cm，为1 159.3 m。新建泄洪闸需设9孔，较方案1增加2孔。

新建民生进水闸、色力布亚闸、巴楚总干闸，闸室净宽分别为2×7、7、7 m，闸室为整体钢筋混凝土结构，底板厚0.8 m，闸室长10.7 m，墩厚0.8 m，墩高4.2 m。由于闸基为液化地基，需设12根混凝土井柱桩，桩深15 m，桩径80 cm。钢筋混凝土闸柱尺寸为60 cm×60 cm，顶设钢筋混凝土框架梁及启闭机平台，平台宽4.72 m，闸房为采钢板房，净高2.2 m。闸后设交通桥，连接渠为矩形断面形式，起点接新建进水闸，尾端接现有进水闸，全长约160 m。

3.2 方案比选

3.2.1 方案1

对现有进水闸、冲砂闸、泄洪闸进行改造加固，工程投资9 771.28 万元；进水闸仍利用现有人工弯道引水，引水距离较方案2 长。进水闸布置在人工弯道内，引水可充分利用人工横向环流减少凹岸引水系统引入泥沙，提高凸岸冲砂系统的冲砂功能。该水闸已运行21 a，原有总体布置满足灌溉要求。

3.2.2 方案2

需新增4 孔进水闸、9 孔新泄洪闸、连接矩形渠及160 m 溃坝段，可合理控制进水闸前水位，满足灌溉要求。弯道在河道凹岸处，虽引水条件好，但河水冲刷破坏威胁较大；新建引水连接段布置较困难，同时目前老闸存在问题仍需处理解决。现泄洪闸替代冲砂闸，减少了泄洪规模，需增加新建泄洪闸的泄洪宽度，工程投资11 854万元，费用较高。

综上所述，推荐方案1作为除险加固方案。

4 除险加固具体措施

本次除险加固工程保留原有的进水闸、冲砂闸和泄洪闸，在原址进行加固，补充完善老闸上下游护岸工程，拆除原有临时拦河砂坝和溃坝，新建7孔泄洪闸、溃坝段160 m及上下游导流堤1 880 m。

4.1 进水闸除险加固措施

现状民生引水枢纽进水闸包括民生渠进水闸、色力布亚进水闸、巴楚总干渠进水闸，其过流能力、消能设施均满足设计要求，只需对闸底板、闸墩、进水口两侧翼墙及出口直墙等磨蚀比较严重部分补强；拆除重建闸墩上部结构启闭台、交通桥、闸房。

4.1.1 补强措施

进水闸底板及闸墩下部磨损严重，局部剥蚀、露筋，面积约547 m2，选取3 种加固方案比选，详见表1。

表1 老闸底板补强加固方案比选

（1）方案1，钢板衬护方案。凿除表层，采用厚度15 mm 的钢板对建筑物主要部位进行衬护和修补。本方案优点是抗推移质冲磨性能好；缺点是钢板衬护施工技术要求较严，由于锚固不牢或灌浆不密实易被冲走；钢板易锈蚀，降低其强度，同时此处河水对钢结构有弱腐蚀性，需考虑钢板的耐腐蚀性。

（2）方案2，C40 硅粉混凝土补强方案。凿除表层，补强材料采用硅粉抗磨蚀混凝土。该材料是通过掺加硅粉和高效减水剂对普通混凝土改性而制成的，优点是抗冲磨强度比C40普通混凝土高1～2倍，已接近环氧砂浆的抗冲磨强度，抗空蚀强度提高3～5倍，且成本低廉、无毒，施工工艺与普通混凝土基本相同；缺点是早期干缩比较大，但60 d以后基本趋于稳定。

（3）方案3，C40 钢纤维硅粉混凝土补强方案。凿除表层，补强材料采用钢纤维硅粉混凝土。该材料抗空蚀强度约为硅粉混凝土的10倍，受冲击断裂破坏时所吸收的冲击能量为硅粉混凝土的1.75 倍，缺点是投资造价较高，施工质量不好控制，且在本区域无成功实例。

方案1 投资大，抗锈蚀能力差、维护不方便，施工操作要求高；方案2 投资低，易于施工操作，但稳定期较长，干缩度较大；方案3 投资较高，不易于施工操作，施工后干缩度相对较小。

综合考虑，本阶段混凝土磨蚀补强推荐选用方案2，即采用15 cm 厚C40 硅粉混凝土对建筑物磨损部位进行补强加固。

4.1.2 进水口两侧翼墙、出口直墙

目前进水闸进水口两侧翼墙、出口直墙等部位混凝土部分脱落，磨损厚度2.5 cm 左右。针对这种情况常用加固材料为环氧砂浆，其具有与混凝土粘接力强、机械强度高、抗冲磨气蚀性能好等优点[4]，其抗冲磨强度约为28 d 抗压强度为60 MPa 水泥石英砂的5 倍、C30 混凝土的20 倍、合金钢和普通钢的20～25倍；且和潮湿、水下混凝土面有较高粘接强度。

综上所述，本工程进水闸进水口两侧翼墙、出口直墙等部位混凝土脱落厚度小于2.5 cm，采用薄层环氧砂浆作为补强材料，面积约11 m2。

4.1.3 拆除重建

因上游下坂地水库坝后电站发电，本枢纽前常年有水，进水闸无检修条件。为便于维修管理，需增设检修闸门。现状启闭台不满足安装检修闸门需求，需拆除改建。进水闸工作闸门因冬季处于关闭状态，长期承受水压，闸门变形、锈蚀严重，需更换。工作闸门的固定卷扬式启闭机长期裸露室外，年久失修，锈蚀严重，减速机漏油严重。拟采取以下措施：更换工作闸门及启闭机；增设检修闸门及相应的启闭设备；拆除重建闸后交通桥、启闭台及闸房。

4.2 冲砂闸、泄洪闸加固措施

4.2.1 补强措施

对局部剥蚀、露筋、磨损严重的闸底板、闸墩，采用15 cm 厚C40 硅粉混凝土进行加固补强，面积约957 m2。对冲砂闸、泄洪闸进水口两侧翼墙、出口直墙等混凝土脱落部位，采用薄层环氧砂浆补强，面积约19 m2。

4.2.2 拆除重建

新建上游铺盖采用钢筋混凝土结构，厚0.4 m，顶部高程1 158 m。民生引水枢纽曾经加固过，泄洪闸闸室前端增设旋喷桩，桩深12 m，桩径1.6 m[5]。本次不对其进行基础处理，维持现有基础处理措施。将铺盖前齿墙与基础顶部连接，防止出现局部冲刷，形成渗漏通道，影响泄洪闸稳定；拆除泄洪闸原墩头，加高闸墩0.3 m，加长2 m，凿毛后浇筑钢筋混凝土；更换工作闸门。对冲砂闸、泄洪闸设置检修闸门及启闭设备。拆除重建原有冲沙闸及老泄洪闸启闭台及闸房；拆除现有钢筋混凝土箱墙、抢险时箱墙前的钢筋块石笼，在现有旋喷桩后设计2 排钢筋混凝土井柱桩，桩径80 cm，前排下深15 m，后排下深8 m；在井柱桩上新设钢筋混凝土箱墙；新加固段与新建泄洪闸左右翼墙顺接。在原钢筋石笼海漫顶铺设格宾，铺设面积0.66万m2、厚50 cm。

4.3 新增拦河建筑物选址

新址可选择在老泄洪闸右侧及老临时拦河坝之间的河段内。新址选择有以下优点:①闸址靠上游，与进水闸、冲砂闸、老泄洪闸在总体平面布置上较紧凑，将水流集中在进水闸上游，保证下游灌溉；②位于河道主流区，便于泄洪；③与现有建筑物结合紧凑，便于运行管理、减少永久管理道路及自动化设施投资；④便于水位壅高及冲砂；⑤布置时考虑了保证稳定河宽的因素。缺点有：施工场地狭窄，施工难度略大。

综合考虑，将新址选在拦河砂坝上游265 m，靠老泄洪闸位置处。

拦河坝由7 孔开敞式泄洪闸及160 m 溃坝段组成。7 孔闸每孔净宽10 m，底板高程1 158 m。泄洪闸底板为无底坎的宽顶堰，消能方式为底流式消能，防冲型式为垂直防冲墙；为防止闸基地震液化，闸室基础采用围封结构，具体形式同全闸方案。

溃坝段由固定堰和子堰两部分组成，固定堰顶高程1 160.0 m，子堰顶高程1 163 m。固定堰基础为框架结构，上下游各设置1道灌注桩，靠下游一侧设置1 道水泥搅拌桩，顶部为混凝土梁板结构。子堰为土堤，上游由编织袋装土护砌。上游边坡1∶2.5，下游边坡1∶2。

该方案各闸过流能力，详见表2。

表2 闸+溃坝方案不同工况各闸过流能力汇总 m3/s

本方案设置混凝土护坡导流堤，上游左、右岸分别长310、200 m，下游左、右岸分别长190、180 m。闸和堤之间的混凝土护坡导流堤长450 m。拦河土堤长550 m。导流堤及拦河土堤型式同全闸方案。

5 结语

民生渠有进水闸、排砂闸、泄洪闸，存在闸门锈蚀磨损变形、两侧护岸工程及墩头损毁及启闭设备不灵敏等问题。为满足引水防洪需要，经方案比选，从补强和拆除重建两方面提出不同措施，为工程建设提供参考。