哈密市病险水闸除险加固探讨

程 茜

(新疆新水建设工程造价咨询有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

西黑沟渠首枢纽是主要以灌溉为主的中型拦河引水枢纽，控制灌溉面积4333.33hm2，并兼有向下游西黑沟水库引蓄水任务。引水枢纽左岸引水，正面泄洪排砂，工程总体布置由底栏栅堰进水闸及导流堤组成，依据《灌溉与排水工程设计规范》[1](GB50288-2018)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》[2](SL252-2017)有关规定，工程原设计洪水(p=2%)流量Q=132.3m3·s-1，校核洪水(p=1%)流量Q=176m3·s-1，工程规模为中型，Ⅲ等工程，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级。

2 工程地质条件

工程区位于准噶尔-北天山褶皱系(Ⅱ)→北天山优地槽褶皱带(Ⅱ3)→吐鲁番-哈密山间凹陷(Ⅱ37)→南部凹陷(Ⅱ37-3)内，属低山丘陵区。依据国家地震局最新颁布的1∶400万《中国地震动参数区划图》[3](GB18306-2015)，枢纽区地震动峰值加速度0.20g，相应的地震烈度为Ⅷ度。出露地层岩性主要为第四系全新统冲洪积漂石、卵石混合土及级配良好砾，其抗冲能力均较差，洪水期水流将对岸坡造成冲刷侵蚀，岸坡冲蚀破坏剧烈，水土流失较严重。闸址左岸宽度50m，地层岩性主要为卵石混合土与砂岩、粉砂岩、凝灰砂岩。枢纽区地表水对混凝土为中等腐蚀性，对混凝土中的钢筋无腐蚀性，对钢结构为弱腐蚀性；地下水对混凝土为中等腐蚀性，对混凝土中的钢筋无腐蚀性，对钢结构为弱腐蚀性，闸堤基土为盐渍土、非冻胀土，对混凝土有微腐蚀性。

3 除险加固的必要性

西黑沟渠首修建于1970年，期间被洪水2次冲毁，后在原址下游约250m修建引水枢纽。现渠首由于上下游防洪导流堤破坏严重，每年需要花费大量的人力、物力、财力维修和抢险，引水率低。

西黑沟灌区渠首由于渠首总体布置不合理，引水保证率低，且经安全鉴定，鉴定结果为三类闸，严重影响了灌区的各业生产。西黑沟渠首为灌区重要的引水枢纽，其运行好坏直接影响着灌区的经济发展。因此，西黑沟渠首不能继续按低标准建筑物运行，必须进行除险加固。

4 方案比选

4.1 比选方案

渠首左岸采用底栏栅式引水，根据安全鉴定报告及现状调查，枢纽主要存在的问题是枢纽过洪能力不满足要求，消能防冲不满足要求，引水困难，泥沙处理能力弱。因此针对主要的病险问题，结合新疆山溪性河流上低水头防沙枢纽工程经验、当地已建渠首的运行经验，拟定4个方案进行优化比较。

4.1.1 方案1：全拦河底栏栅堰方案

底栏栅进水廊道垂直河道布置，进水廊道为矩形断面钢筋混凝土整体结构。底栏栅堰长25m，宽2m。栏栅栅条采用梯形型钢，栏栅条采用一段端设钢支架固定，另一端自由的形式，交叉布置，底栏栅下设一厢式进水廊道，进水廊道为钢筋混凝土整体结构。廊道末端(左岸端)由闸门控制，闸后接引水渠。廊道与左岸引水渠道进水闸相接，连接廊道的进水闸设置为1孔，净宽2m，底栏栅堰上游设置15m长混凝土铺盖，铺盖前设5m深的防冲护坡。底栏栅堰下游接15m长的护坦，护坦坡度1∶6。下游护坦末端设置7m深防冲墙，防冲墙内设排水管，防冲墙后钢筋石笼以上范围为防冲槽。

4.1.2 方案2：底栏栅加泄洪冲砂闸加侧堰方案

底栏栅堰长13m，进水廊道设两厢钢筋混凝土整体结构，每厢宽2m。栏栅栅条采用梯形型钢，上部宽2cm，下底宽1.5cm，栅条高5cm，栅条长2.2m，栅条间隙1.5cm。栅条两端设钢支架固定。廊道末端闸门控制，闸后接引水渠。底栏栅堰前设导砂坎，倾斜河道中心线30°布置，相对于冲砂闸闸底板高2.5m，采用浆砌石砌筑。泄洪冲砂闸布置在底栏栅右侧，共2孔，每孔宽3m，为钢筋混凝土整体结构。闸前设42m长的浆砌石铺盖，厚80cm。铺盖前设5m深的防冲槽。闸室下游接10m长的短护坦，其后设6m深防冲墙，防冲墙后设防冲槽，槽内底部回填1m厚砂砾石，下部填充40cm以上大卵石，上部铺设钢筋石笼，以防冲刷。侧堰布置在泄洪冲砂闸右侧，与上游挡墙连接，采用WES实用堰，堰长45m，泄水槽宽6m，为钢筋混凝土整体结构。

4.1.3 方案3：全拦河闸方案

主要建筑物为全拦河泄洪冲砂闸、左岸进水闸、上游铺盖、下游护坦。泄洪冲砂闸布置在主河道，为全拦河闸，共3孔，每孔单宽5m，闸室为整体钢筋混凝土结构。进水闸布置在泄洪冲砂闸左侧，与泄洪冲砂闸中轴线成26°，进水闸共1孔，孔宽5m。上游铺盖长度15m，宽度18～27m，下游护坦长度10m，宽度20m，导流堤采用重力式挡墙形式，浆砌石砌筑一坡到底。下游护坦下游末端接防冲墙，下游护坦内设置导砂墙，导砂墙与闸墩相接混凝土结构。下游导流堤左采用重力式挡墙形式，浆砌石砌筑，一坡到底。

4.1.4 方案4：底栏栅加泄洪冲砂闸方案

底栏栅堰长12m，进水廊道设两厢钢筋混凝土整体结构，每厢宽2m。栏栅栅条采用梯形型钢，上部宽2cm，下底宽1.5cm，栅条高5cm，栅条长2.2m，栅条间隙1.5cm。栅条两端设钢支架固定。廊道两端闸门控制，闸后接引水渠。底栏栅堰前设导砂坎，倾斜河道中心线30°布置，相对于冲砂闸闸底板高2m，为钢筋混凝土悬臂结构。泄洪冲砂闸布置在底栏栅右侧，共2孔，从左到右依次宽3m，闸室长度10m，为钢筋混凝土整体结构。边墩厚1m，中墩厚1.5m。闸室底板厚1.2m，表层20cm采用C30抗冲耐磨钢筋混凝土，闸底板以上1m采用2cm厚钢板衬砌。闸前设30m长的浆砌石铺盖，厚80cm。铺盖前设5m深的防冲槽。闸室下游接10m长的短护坦，护坦采用80cm厚C30抗冲耐磨混凝土砌筑浆砌石，下游护坦末端设置7m深防冲墙，防冲墙采用C20混凝土重力式挡土墙结构，顶宽60cm，底宽4.5m，防冲墙内设排水管。防冲墙后设防冲槽，槽内底部回填1m厚砂砾石，下部填充40cm以上大卵石，上部铺设钢筋石笼，以防冲刷。

4.2 结果分析

对4个方案从布置方式、后期管理、渠首安全及工程投资等多方面比较，工程方案布置比较见表1。

4.2.1 布置方式

方案1中底栏栅堰长25m，栏栅栅条采用梯形型钢，廊道末端(左岸端)由闸门控制，闸后接引水渠，底栏栅堰下游接15m长的护坦，下游护坦末端设置7m深防冲墙，防冲墙内设排水管，防冲墙后钢筋石笼以上范围为防冲槽；布置方式简单，泄洪安全性高，无需闸门控制冲砂，具有灵活的冲砂运行条件，管理方便。方案2中底栏栅堰长13m，进水廊道设两厢钢筋混凝土整体结构，每厢宽2m；栏栅栅条采用梯形型钢，廊道末端闸门控制，闸后接引水渠；底栏栅堰前设导砂坎，采泄洪冲砂闸布置在底栏栅右侧侧堰布置在泄洪冲砂闸右侧，与上游挡墙连接，采用WES实用堰，堰长45m，泄水槽宽6m；布置方式简单，泄洪安全性相对较高，管理较方便；闸门控制冲砂，具有较灵活的冲砂运行条件。方案3中主要建筑物为全拦河泄洪冲砂闸、左岸进水闸、上游铺盖、下游护坦；泄洪冲砂闸布置在主河道，为全拦河闸，共3孔，闸室为整体钢筋混凝土结构；布置方式简单，泄洪安全性相对较高，闸门控制冲砂，具有较灵活的冲砂运行条件，管理较方便。方案4中底栏栅堰长12m，进水廊道设两厢钢筋混凝土整体结构，每厢宽2m；栏栅栅条采用梯形型钢，廊道两端闸门控制，闸后接引水渠；布置方式简单，泄洪安全性相对较高，管理方便。上述4个方案的布置方式都较为简单，有利于施工以及后期维护养护。

4.2.2 运行管理

方案1底栏栅进水管理方便，有利于较大粒径推移质向河道下游下泄，提高了渠首的安全性，底栏栅堰宽度较宽，宜排除较大树木等漂浮物，维护管理方便；需要不定期人工清淤。方案2底栏栅进水管理方便，可以防止较大粒径推移质进入渠道，维护管理相对方便；泄洪冲沙闸一孔较窄(3.0m)，便于人工操作，提高了渠首的安全性，底栏栅堰宽度较宽，宜排除较大树木等漂浮物。方案3溢流堰宣泄水流冲淤能力不足，堰前会发生淤积，泄洪冲砂闸过流能力有限，冲砂能力不足；渠首布置形式冲砂效果较差，会使泥沙及大粒径漂石引入进水闸；溢流堰宽度较窄，不宜排除较大树木等漂浮物。方案4具有较灵活的冲砂运行条件，尽量利用洪水径流冲砂，维护管理相对方便；但溢流堰容易造成上游淤积，容易使较大粒径推移质进入渠道，对引水不利。由运行管理方案可以看出，方案1、方案2可以排除较大的漂浮物，方案3冲砂效果较差，会使泥沙及大粒径漂石引入进水闸，方案4溢流堰容易造成上游淤积，容易使较大粒径推移质进入渠道，因此方案1、方案2优于方案3、方案4。

4.2.3 经济方面

方案1估算投资2519.2万元，方案2估算投资2456.86万元，方案3估算投资2226.09万元，方案4估算投资2388.82万元。从估算投资方案可以看出方案3投资最少。

5 结语

总结以往运行中出现的问题，泄洪安全性是必须考虑的要点，从布置方式以及运行管理方面，可以选择方案1、方案2，但是由于方案1在泄洪安全性方面高于方案2，渠首安全更能够得到保障，而2个方案投资仅差62.34万元，故在本次渠首引水型式比选中选择全拦河底栏栅堰，利用宽底栏栅堰引水兼顾泄洪，便于利用峰高时短的洪水径流进行灵活冲淤排沙。