水利樞紐河道護(hù)岸應(yīng)急修復(fù)工程探析

木也沙爾·吐遜

(新疆喀什噶爾河流域管理局，新疆 喀什 844000)

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水利樞紐河道護(hù)岸應(yīng)急修復(fù)工程探析

木也沙爾·吐遜

(新疆喀什噶爾河流域管理局，新疆 喀什 844000)

通過工程措施，解決卡拉貝利水利樞紐尾水渠及下游河道護(hù)岸安全隱患，應(yīng)急修復(fù)工程主要項(xiàng)目包括廠房尾水渠右岸護(hù)坡修復(fù)加固、泄洪排砂洞出口與溢洪道出口間巖石邊坡加固、泄洪排砂洞洞臉正面、右側(cè)岸至交通洞間邊坡加固修復(fù)和溢洪道出口至出庫水文站下游右岸邊坡修復(fù)重建。

卡拉貝利；水利樞紐；尾水渠

1 概況

克孜河流經(jīng)喀什平原灌區(qū)，消散于塔克拉瑪干大沙漠。灌區(qū)擁有耕地237.45萬畝，由于克孜河年徑流量分布不均，春秋兩季嚴(yán)重干旱，直接導(dǎo)致灌區(qū)143萬畝耕地?zé)o法灌溉而受災(zāi)減產(chǎn)。夏季洪水多發(fā)，洪災(zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失年均高達(dá)6 000多萬元，給喀什平原灌區(qū)廣大農(nóng)牧民的生產(chǎn)、生活帶來沉重負(fù)擔(dān)。該樞紐是克孜河流域的控制性工程。工程的開發(fā)任務(wù)是以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電等綜合利用。工程等別為Ⅱ等大(2)型，主要由混凝土面板砂礫石壩、溢洪道、泄洪排沙洞、引水發(fā)電系統(tǒng)、電站廠房等建筑物組成。水利樞紐廠房下游近700 m河段左岸為發(fā)電排砂洞出口及高山峻嶺，右岸沿岸主要有壩后尾水護(hù)岸、泄洪排砂洞和溢洪道出口護(hù)岸、出庫水文站，經(jīng)過十幾年運(yùn)行，水庫泄洪對(duì)泄洪建筑附近岸坡沖蝕掏刷嚴(yán)重，其中溢洪道出口至出庫水文站下游右岸護(hù)岸受到泄洪水流沖刷而坍塌，需重新修建。

2 水文

2.1 氣象

克孜河是喀什噶爾水系中最大的一條河流，發(fā)源于吉爾吉斯斯坦境內(nèi)海拔5 000 m的阿賴嶺南坡，全長(zhǎng)737 km，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)度約600 km。氣候特征主要表現(xiàn)為：氣溫日、年變幅大；氣候干燥：日照時(shí)間長(zhǎng)；蒸發(fā)強(qiáng)烈；降雨量較少。多年平均氣溫10.58℃，極端最高氣溫40.6℃，端最低氣溫-21.6℃，年最大降水量169.6 mm (1987年)，年最小降水量26.6 mm，多年平均降水量80.72 mm，歷年最大一日降水量37.8 mm，多年平均蒸發(fā)量為3 166.57 mm(Φ20 cm型蒸發(fā)器)，歷年月最大積雪深度14 cm，月最大凍土深度67 cm，多年平均無霜期224 d[2]。

2.2 水文

當(dāng)入庫洪水為千年一遇時(shí)，出庫最大流量為1 877 m3/s ；當(dāng)入庫洪水為百年一遇時(shí)，出庫最大流量為1 505 m3/s；當(dāng)入庫洪水為小于百年一遇時(shí)，出庫最大流量為890 m3/s。下游防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水，要求50 a一遇洪水經(jīng)水庫調(diào)節(jié)后，下泄流量應(yīng)小于下游河道安全泄量890 m3/s[3]。

2.3 工程地質(zhì)

根據(jù)河道的地形特點(diǎn)將此應(yīng)急修復(fù)河堤從上游至下游分為三個(gè)部份進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別為0+000～0+170(堤線1)，0+170～0+260(堤線2)，0+260～0+635(堤線3)。

2.3.1 防洪堤(0+000～0+170)

該段位于廠房尾水反坡至泄洪排砂洞出口左岸邊，下覆現(xiàn)代河床砂卵礫石層，青灰色，稍密，中粗砂充填，磨圓度較好，厚度5～25 m。卵礫石成分以花崗巖、花崗片麻巖為主。粒徑大于200 mm的超徑卵石含量大約20%，60～200 mm卵石大約40%，(5～20 mm含量少，僅占7.5%)，2～60 mm砂礫石約占5%。不均勻系數(shù)Cu～251.16，曲率系數(shù)Cc～31.92，濕密度2.33～2.40 g/cm3，干密度為2.1～2.27 g/cm3，相對(duì)密度0.81～0.84。滲透系數(shù)K～1.0～2.15×10-2cm/s，屬強(qiáng)透水層。砂卵礫石層承載力建議值為350 kPa，c=0，水上開挖邊坡為1：1.5，水下為1：1.75～1：2.0。

2.3.2 防洪堤(0+170～0+260)

該段位于泄洪排砂洞出口右岸邊至溢洪道下部護(hù)坦段，地層巖性為元古界的石英片巖。0+170～0+210 m段邊坡較陡基巖裸露，坡高25～30 m，坡腳處基岸裸露；0+210～0+260 m段邊坡為砼護(hù)坡，坡高20～25 m，坡腳處為漿砌卵石護(hù)堤。基巖開挖邊坡1：0.5～1：1，砂礫石水上開挖邊坡為1：1.5，水下為1：1.75～1：2.0。

2.3.3 防洪堤(0+260～0+635)

該段位于溢洪道出口至出庫水文站，0+260～0+340 m段邊坡較陡基巖裸露，坡高20 m，坡腳處基巖裸露，坡腳上部有高5～8 m砼護(hù)坡；0+340～0+450 m段邊坡局部見裸露的基巖，邊坡坡度35～550。該段邊坡原來己進(jìn)行過砼護(hù)坡，現(xiàn)己經(jīng)完全損毀，護(hù)坡下部為殘留的砂卵礫石；0+450～0+635 m段邊坡坡度35～400 m邊坡堆積人工堆積物，含生活垃圾，建筑垃圾，碎塊石等，厚度2～ 10 m，空隙大，結(jié)構(gòu)疏松。人工堆積物下部為現(xiàn)代河床砂卵礫石層，青灰色，稍密至中密，中粗砂充填，磨圓度較好，厚度2～19 m，其成分以花崗巖、花崗片麻巖為主。物理力學(xué)性參數(shù)見0+000～0+170 m段砂卵礫石層說明。河床覆蓋層內(nèi)地下水對(duì)普通水泥具硫酸鹽型結(jié)晶類無腐蝕，基巖裂隙水對(duì)普通水泥具結(jié)晶類硫酸鹽型強(qiáng)腐蝕性。

3 建設(shè)的必要性

溢洪道出口至水文站下游右岸373.2 m護(hù)岸經(jīng)歷十幾年的運(yùn)行損毀嚴(yán)重，該段岸坡坡頂布置有進(jìn)壩(廠)區(qū)道路，道路外側(cè)距岸邊最小距離僅有5 m，如岸坡繼續(xù)遭受沖刷將嚴(yán)重影響進(jìn)壩(廠)區(qū)道路安全[4]。因此，從保護(hù)進(jìn)壩(廠)區(qū)道路的角度出發(fā)，對(duì)樞紐下游河道進(jìn)行應(yīng)急修復(fù)，是十分必要的。

靠近出庫水文站上游200 m段岸坡為施工期棄渣鄰河堆棄而成，岸坡高度大，堆積體較為松散。因此，遭受暴雨沖刷可能會(huì)淤積河道從保護(hù)樞紐行洪通道的角度出發(fā)對(duì)樞紐行洪造成影響，對(duì)卡拉貝利樞紐下游河道進(jìn)行應(yīng)急修復(fù)是十分必要的。

4 重建段護(hù)岸

4.1 破壞原因分析

重建段護(hù)岸位于水庫溢洪道出口至出庫水文站之間右岸岸坡，全長(zhǎng)373.2 m，該段護(hù)岸處于泄洪排砂洞出口與溢洪道出口挑流消能下游，該處河道為出口區(qū)域河道最窄處，流速大，而原漿砌石護(hù)岸修建在未進(jìn)行碾壓的棄渣堆上且基礎(chǔ)防沖深度不足，在水庫泄洪的影響下該段護(hù)岸坡腳被沖刷致使上部護(hù)岸“無立足之處”整體損毀嚴(yán)重，目前天然岸坡直接承受水庫下泄洪水沖刷，直接威肋、泄洪建筑物出口安全和該段護(hù)岸頂部進(jìn)壩(廠)區(qū)道路。為防止該段護(hù)岸繼續(xù)洪水遭受沖刷影響泄洪建筑出口安全和進(jìn)壩(廠)區(qū)道路的安全，對(duì)該段岸坡進(jìn)行重新修建。

4.2 重建段堤線選擇

4.2.1 地形地貌

卡拉貝利水利樞紐應(yīng)急修復(fù)工程位于現(xiàn)在的水電站廠房尾水至下游出庫水位站之間，需修復(fù)段大部分有防洪堤，但目前己受到不同程度的破壞。該處河谷形態(tài)呈“U”，型，河谷走向近NW向。兩岸基巖裸露，山勢(shì)高聳，山體雄厚。右岸溢洪道下游側(cè)發(fā)育I、II級(jí)階地，(下游)寬，河床底高程左岸階地不發(fā)育。現(xiàn)代河床寬50～100 m，為南(上游)窄北1 853～1 854 m。左岸階地不發(fā)育，發(fā)育基巖裸露的河漫灘，地面高程1 855～1 857 m。

4.2.2 河堤堤距的確定

河道整治寬度按照阿爾圖寧穩(wěn)定河寬計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。式中：

(1)

式中：B為穩(wěn)定河段水面寬度(m);Q為造床流量；J為河床實(shí)測(cè)比降，本工程分段取河道實(shí)測(cè)的縱坡，上游河段縱坡為5.3‰；A為斷面穩(wěn)定系數(shù)，我國(guó)的觀測(cè)資料為：長(zhǎng)江的荊江蜿蜒性河道A=0.64～1.15，項(xiàng)目區(qū)河段位于山區(qū)，且經(jīng)歷十幾年運(yùn)行，河道寬度未發(fā)生明顯變化，綜合考慮本河段的A值取0.75[5]。根據(jù)以上計(jì)算公式，確定下游河段堤防的堤距為63.8 m。

4.2.3 堤線布置

按照堤防布置原則、實(shí)際的地形條件該河段最窄處河床寬為70 m，略大于穩(wěn)定河段水面寬度63.8 m，由于本工程河道兩岸受建筑物和道路、輸變線路的制約，重建護(hù)岸修復(fù)工程只能沿河岸岸邊布置，且與大洪水的主流線大致平行。工程實(shí)施后，可減輕洪水對(duì)泄洪建筑物和進(jìn)廠道路的威脅，增強(qiáng)了管理人員的安全感，美化工程區(qū)域的環(huán)境，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著，建議盡早實(shí)施。

4.3 重建段河道護(hù)岸修復(fù)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形地質(zhì)情況，從溢洪道出口右岸開始重0+000.000重0+172.505～重0+373.200 m處至出庫水文站左右，前172.5 m為巖石邊坡，坡度較陡，處表層略有風(fēng)化外，巖石較為完整、穩(wěn)定；后200.7 m段，該段岸坡邊坡坡度35°～40°，高度20 m邊坡堆積人工堆積物，含生活垃圾，建筑垃圾，碎塊石等，厚度2～10 m，空隙大，結(jié)構(gòu)疏松。人工堆積物下部為現(xiàn)代河床砂卵礫石層，該段岸坡坡度較緩，設(shè)計(jì)原則為不束窄河且盡量少開挖，統(tǒng)籌兼顧，合理布局，因地制宜，工程措施與環(huán)境美化相結(jié)合。對(duì)護(hù)岸基礎(chǔ)型式比選及護(hù)坡型式、材料比選，從而選出安全、合理和經(jīng)濟(jì)的防護(hù)措施。

對(duì)現(xiàn)狀岸坡按設(shè)計(jì)要求清坡、清廢處理，后直接砌筑漿砌石坡式護(hù)坡，對(duì)于坡面不平整處也采用漿砌石回填，漿砌石厚度0.4m，護(hù)砌范圍為岸坡坡腳至坡頂，并在坡頂設(shè)置30×50 cm(寬×高)壓頂混凝土以保護(hù)護(hù)坡頂部邊緣破壞，并在壓頂混凝土中設(shè)置預(yù)埋件，便于運(yùn)行管理單位后期設(shè)計(jì)防護(hù)欄桿;底部與仰斜式重力墻基礎(chǔ)砼相連，基礎(chǔ)頂寬2.0 m，高度5.0 m，迎水面坡度1:2.5,背水面1:1.75，建基面在河床面以下5.0 m。漿砌石護(hù)坡采用M15水泥砂漿，漿砌石護(hù)坡每10 m設(shè)置一道鋼筋混凝土橫隔梁和縱隔梁，隔梁尺寸0.5×0.7(寬×高，m)，采用C25F200混凝土，在高程1 855.000 m以下布置兩排Φ100 mm排水管，間距3m，矩型布置，排水管末端包裹反濾無紡布。仰斜式重力墻基礎(chǔ)砼等級(jí)為C25，抗凍標(biāo)號(hào)F200，為現(xiàn)澆鹼，每隔10 m設(shè)置一道伸縮縫。

5 結(jié)語

(1)在枯水期對(duì)泄洪排砂洞、溢洪道挑流消能沖刷坑深度進(jìn)行測(cè)量，為溢洪道出口至出庫水文站下游右岸重建段護(hù)岸沖刷深度提供依據(jù)。

(2)在枯水期對(duì)溢洪道出口至出庫水文站下游右岸重建段護(hù)岸進(jìn)行相應(yīng)的地質(zhì)勘察，確定基巖線位置。

(3)加強(qiáng)工程管理，特別是工程施工質(zhì)量管理，做到管理工作的正規(guī)化、制度化、規(guī)范化。

[1]王和平,許玉忠.淺談新疆烏魯瓦提水利樞紐工程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造[J].人民珠江. 2015(01).

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[4]李亞偉,衛(wèi)東山,董青,等.皂市水利樞紐下游河道生態(tài)基流量研究[J].南水北調(diào)與水利科技.2010(01).

[5]孫麗艷,尚松浩,霍軍軍.塔里木河源流徑流量集成預(yù)報(bào)模型[J].水文.2006(02).

2016-12-09

木也沙爾·吐遜(1981-)，女，新疆喀什人，工程師，主要從事水資源管理、防洪抗旱和水利工程管理方面工作。

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