新疆白楊河小草湖渠首除險加固閘址方案比選分析

王秀東

(新疆卡拉貝利水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 喀什 844000)

1 工程概況

托克遜縣小草湖渠首位于吐烏大高速小草湖收費站西側(cè)約400 m處，白楊河出山口處，是托克遜縣在白楊河上的第一座以灌溉為主的攔河引水工程。其主要功能是向夏鄉(xiāng)、郭勒布衣鄉(xiāng)供水，冬季為紅山水庫供水蓄水。是托克遜縣水利建設(shè)的骨干性工程。小草湖渠首于1965年建成，工程運行40余年來，為灌區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。多年的運行后使小草湖渠首出現(xiàn)安全隱患問題，經(jīng)安全鑒定，鑒定結(jié)果為四類閘，需進行除險加固。

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準》SL 252—2017[1]和《水閘設(shè)計規(guī)范》SL 265—2016[2]規(guī)定，本次小草湖引水渠首工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，設(shè)計洪水標(biāo)準為20 a一遇(p=5%)，洪峰流量為 482 m3/s，校核洪水標(biāo)準為50 a一遇(p=2%)，洪峰流量為720 m3/s，據(jù)1/400萬《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》[3]GB 18306—2015，閘址區(qū)所在區(qū)域50 a超越概率10%的地震動峰值加速度為0.10 g。據(jù)勘探，閘址區(qū)基礎(chǔ)巖性為河床沖積的第四系全新統(tǒng)沖積(Q4al)砂卵礫石，粒徑小于5 mm顆粒含量的質(zhì)量百分率為16.8%，小于30%，可判定為不液化土。引水渠首由泄洪閘、沖砂閘、溢流堰、引水閘、上下游導(dǎo)流堤、機電及金屬結(jié)構(gòu)和管理房屋等建筑物組成。本文通過對小草湖渠首除險加固閘址比選分析，選擇優(yōu)化渠首建設(shè)和運行管理的方案。

2 閘址比選

原小草湖引水渠首樞紐為閘堰結(jié)合的攔河引水樞紐工程，由右岸干渠引水閘、右岸泄洪沖砂閘、左岸溢流堰及上下游導(dǎo)流堤組成。樞紐位置處河道上下游基本順直。根據(jù)小草湖引水渠首安全鑒定報告，該閘抗洪能力達不到標(biāo)準，過流能力嚴重不足，且閘前淤積較為嚴重，水閘病險情較為突出，應(yīng)盡快除險加固，鑒定為四類閘。根據(jù)閘址實測(1/1000地形及1/500地形圖)，選取了兩個閘址方案進行比較。根據(jù)河道來水情況和地形地質(zhì)條件，本次水閘除險加固可選用的閘址有兩個閘址，上閘址為原閘址上游 90 m位置處，下閘址為現(xiàn)有水閘位置，采用閘堰結(jié)合方案進行閘址比選。

2.1 上閘址

閘址(泄洪沖砂閘閘室底板前緣)位于原樞紐閘址上游90 m處。拆除原有右岸引水閘、泄洪沖砂閘、溢流堰和上游翼墻，新建引水閘、泄洪沖砂閘、溢流堰(WES堰)及上下游導(dǎo)流堤。

(1)閘軸線布置。泄洪沖砂閘軸線與河道中心線平行布置，溢流堰軸線與河道中心線垂直布置，引水閘緊臨泄洪沖砂閘布置，引水閘軸線與泄洪沖砂閘軸線夾角為174°，引水角為6°。

(2)建筑物布置。新建上下游導(dǎo)流堤，引水閘1孔，每孔凈寬5.0 m；泄洪閘沖砂閘3孔，每孔凈寬5.0 m；溢流堰1座等，泄洪沖砂閘布置在引水閘左側(cè)，與引水閘軸線夾角174°。上下游導(dǎo)流堤總長 541 m，其中上游左岸導(dǎo)流堤全長約152 m，上游右岸導(dǎo)流堤全長約36 m，下游左岸導(dǎo)流堤全長為240 m，下游右岸導(dǎo)流堤全長為113 m。上游右岸導(dǎo)流堤采用重力式擋土墻，頂部寬度0.6 m，迎水面為直墻，背水面邊坡為1∶0.4，上游導(dǎo)流堤高7.43 m；下游右側(cè)導(dǎo)流堤高與左岸導(dǎo)流堤采用混凝土面板結(jié)構(gòu)，頂部寬度為4.0 m，堤身采用砂礫石填筑，填筑標(biāo)準為相對密度Dr≥0.75,導(dǎo)流堤堤身高度為3.43 m，基礎(chǔ)埋深為 4.00 m?；炷翗?biāo)號采用C25W6F200二級配。引水閘為1孔，凈寬5.0 m，閘室段全長10 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘墩邊墩厚 1.0 m，閘墩頂高程603.93 m，底板高程為600.50 m，設(shè)置一道平面檢修閘門，一道平面工作閘門，閘前進口設(shè)懸板擋砂坎。泄洪沖砂閘為3孔，單孔凈寬5.0 m，閘室段全長10 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘墩邊墩厚1.0 m，中墩厚1.2 m，閘室總寬19.4 m，閘墩頂高程603.93 m，泄洪沖砂閘底板高程為599.50 m，設(shè)檢修平面鋼閘門和弧形工作門。溢流堰為WES堰，共3孔，單孔凈寬27.0 m，堰高1.2 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，邊墻為重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，中墩厚1.2 m，總凈寬81.0 m，堰頂高程為601.70 m。上游鋪蓋段順?biāo)鞣较蜷L15.0 m，底板采用厚0.6 m 混凝土結(jié)構(gòu)，鋪蓋底板混凝土呈10.0 m×15.0 m分縫布置，縫寬為2 cm，縫設(shè)一道橡皮止水，橡皮止水型號W651型，止水位置位于永久縫迎水面20 cm，填縫材料為2 cm 厚高密聚乙烯閉孔塑料板。

(3)消能防沖布置。引水閘后設(shè)置等寬挖深式消力池，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中陡坡段底板厚0.6 m，水平段底板厚0.8 m，水平段底板高程為599.70 m，消力池總長10.7 m，陡坡段長3.2 m，水平段長7.5 m，邊墻采用鋼筋混凝土半重力式擋土墻，后接扭面與渠道連接。泄洪沖砂閘和溢流堰后接斜坡護坦，護坦長度為10.0 m，坡度為1∶10，斜坡護坦末端高程為598.50 m。護坦末端設(shè)置混凝土重力式擋土墻，擋土墻深度為6.0 m，重力式擋墻混凝土標(biāo)號為C25W6F200二級配。重力式擋土墻下游側(cè)沖坑采用拋預(yù)制混凝土塊回填，預(yù)制混凝土塊采用邊長80 cm的四面體，混凝土標(biāo)號為C25二級配。

2.2 下閘址

拆除原有右岸引水閘、泄洪沖砂閘、溢流堰和上游翼墻，新建引水閘、泄洪沖砂閘、溢流堰(WES堰)及上下游導(dǎo)流堤。

(1)閘軸線布置。泄洪沖砂閘軸線與河道中心線垂直布置，溢流堰軸線與河道中心線垂直布置，引水閘緊臨泄洪沖砂閘布置，引水閘軸線與泄洪沖砂閘軸線夾角為135°,引水角為45°。

(2)建筑物布置。新建上下游導(dǎo)流堤；引水閘1孔，凈寬5.0 m；泄洪閘沖砂閘3孔，每孔凈寬5.0 m；溢流堰1座等，泄洪沖砂閘布置在引水閘左側(cè)，與引水閘軸線夾角135°。上下游導(dǎo)流堤總長439 m，其中上游左岸導(dǎo)流堤全長約242 m，上游右岸導(dǎo)流堤全長約22 m，下游左岸導(dǎo)流堤全長為150 m，下游右岸導(dǎo)流堤全長為25 m。上游右岸導(dǎo)流堤采用重力式擋土墻，頂部寬度 0.6 m，迎水面為直墻，背水面邊坡為1∶0.4，上游導(dǎo)流堤高7.43 m；下游右側(cè)導(dǎo)流堤高與左岸導(dǎo)流堤采用混凝土面板結(jié)構(gòu)，頂部寬度為4.0 m，堤身采用砂礫石填筑，填筑標(biāo)準為相對密度Dr≥0.75。導(dǎo)流堤堤身高度為3.43 m，基礎(chǔ)埋深為4.00 m。混凝土標(biāo)號采用C25W6F200二級配。引水閘為1孔，凈寬5.0 m，閘室段全長10 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘墩邊墩厚1.0 m，閘墩頂高程603.43 m，底板高程為600.00 m，設(shè)置一道平面檢修閘門，一道平面工作閘門，閘前進口設(shè)懸板擋砂坎。泄洪沖砂閘為3孔，單孔凈寬5.0 m，閘室段全長10 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘墩邊墩厚1.0 m，中墩厚1.2 m，閘室總寬19.4 m，閘墩頂高程603.43 m，泄洪沖砂閘底板高程為599.00 m，設(shè)檢修平面鋼閘門和弧形工作門。溢流堰為WES堰，共3孔，單孔凈寬27.0 m，堰高1.2 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，邊墻為重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，中墩厚1.2 m，總凈寬81 m，堰頂高程為601.20 m。上游鋪蓋段順?biāo)鞣较蜷L15.0 m，底板采用厚0.6 m混凝土結(jié)構(gòu)，鋪蓋底板混凝土呈10.0 m×15.0 m分縫布置，縫寬為2 cm，縫設(shè)一道橡皮止水，橡皮止水型號W651型，止水位置位于永久縫迎水面20 cm，填縫材料為2 cm厚高密聚乙烯閉孔塑料板。

(3)消能防沖布置。引水閘后設(shè)置等寬挖深式消力池，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中陡坡段底板厚0.6 m，水平段底板厚0.8 m，水平段底板高程為599.20 m，消力池總長10.7 m，陡坡段長3.2 m，水平段長7.5 m，邊墻采用鋼筋混凝土半重力式擋土墻，后接扭面與渠道連接。泄洪沖砂閘和溢流堰后接斜坡護坦，護坦長度為10.0 m，坡度為1∶10，斜坡護坦末端高程為598.00 m。護坦末端設(shè)置混凝土重力式擋土墻，擋土墻深度為6.0 m，重力式擋墻混凝土標(biāo)號為C25W6F200二級配。重力式擋土墻下游側(cè)沖坑采用拋預(yù)制混凝土塊回填，預(yù)制混凝土塊采用邊長80 cm的四面體，混凝土標(biāo)號為C25二級配。

3 比選分析

從工程技術(shù)條件對兩個閘址比較得出：上閘址需新修渠道占地較大，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，新建渠道出現(xiàn)大量的填方，下閘址在原有閘址處建設(shè)，工程技術(shù)難度較小。從施工條件對兩個閘址比較得出：上閘址與下閘址均需要澆筑大量混凝土，施工用水、電能夠得到保證，且施工過程中均需解決施工導(dǎo)流和排水問題。從運行管理上對兩個閘址比較得出：上閘址與下閘址均適應(yīng)突發(fā)性洪水，堰前易淤積，需及時清淤或沖砂，適應(yīng)突發(fā)性洪水較強，管理方便，運行安全可靠。從布置上對比兩個閘址比較得出：下閘址引水角為45°，上閘址引水角為6°，相比較下閘址引水角較為合適。下閘址盡量利用部分原有穩(wěn)定堤線，減少了新建導(dǎo)流堤的防護長度，有利于水閘的運行。上閘址上游由于多年已形成較穩(wěn)定的河道，此方案需將上游山包清除，清淤工作量較大，且河床不穩(wěn)定，給運行帶來很多問題。從經(jīng)濟上對方案比較得出：上閘址總投資為2810.97萬元，下閘址總投資2572.96萬元，下閘址節(jié)約投資283.01萬元。通過上述對閘址的綜合比較，選定下閘址為推薦閘址：即在原閘址上修建渠首樞紐。

4 結(jié) 語

通過從工程技術(shù)條件、施工條件、運行管理以及投資等方面對小草湖渠首除險加固閘址方案進行比選分析，下閘址具有施工難度小，運行管理安全可靠、節(jié)約投資等優(yōu)點，在此階段選擇下閘址作為推薦方案，即在原閘址上修建渠首樞紐。