某渠首除險(xiǎn)加固樞紐布置方案比選

于志昂

(新疆昌吉方匯水電設(shè)計(jì)有限公司，新疆 昌吉 831100)

0 引言

三眼泉引水渠首1984年建成并投入運(yùn)行，渠首運(yùn)行日久，現(xiàn)溢流堰及其消能設(shè)施已完全破壞，沖沙閘、引水閘尺寸過小，閘前淤積，閘室結(jié)構(gòu)存在安全隱患，沖沙閘和引水閘閘后消能防沖設(shè)施布置不合理，閘門及啟閉機(jī)已報(bào)廢。建筑物結(jié)構(gòu)老損破壞嚴(yán)重，不能發(fā)揮應(yīng)有的社會(huì)效益，存在重大安全隱患，經(jīng)評(píng)定渠首為四類閘，需要對(duì)三眼泉渠首拆除重建。針對(duì)三眼泉渠首除險(xiǎn)加固工程，對(duì)樞紐布置的三種方案進(jìn)行比選，優(yōu)選出適合的布置方式，對(duì)區(qū)域內(nèi)類似工程提供借鑒。

1 工程基本情況

三眼泉渠首站位于龍王廟水庫(kù)上游約2.00～3.00 km處河谷內(nèi)，距縣城約8.00 km的木壘河上游出山口處，該渠首是一座集引水、排砂、泄洪為一體的攔河閘壩式引水工程?？刂乒喔让娣e0.43萬hm2，引水流量為2.90 m3/s，渠首區(qū)最高氣溫36.90℃，最低氣溫-31.70℃，最大凍土深度1.40 m，最大積雪深度41.90 cm，多年平均年降水量315.70 mm。渠首工程為Ⅲ等中型，其主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別4級(jí)，臨時(shí)性建筑物級(jí)別5級(jí)。閘址區(qū)出露地層巖性主要為第四系卵礫石層及石炭系上統(tǒng)凝灰質(zhì)砂巖，其中凝灰質(zhì)砂巖呈薄-中厚層狀結(jié)構(gòu)，屬堅(jiān)硬巖，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，強(qiáng)度較高，河床左岸依托于Ⅱ級(jí)階地階坡，邊坡穩(wěn)定。右岸：山體表層多被第四系坡積物覆蓋，局部基巖出露，巖層傾向下游，偏向岸里，邊坡穩(wěn)定。場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度值0.20 g，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度。

2 渠首布置方案擬定

根據(jù)閘址區(qū)的地形地質(zhì)條件、樞紐布置、工程施工和工程投資等因素?cái)M定了三種方案。

2.1 攔河閘式布置

渠首由泄洪閘、沖砂閘、引水閘及導(dǎo)流堤等組成。引水閘布置于最右側(cè)(河道東岸)。根據(jù)河道水流及飲水和沖砂需求，引水閘閘室軸線與沖砂閘成6°夾角。閘室長(zhǎng)度14.00 m，布設(shè)單孔，孔凈寬2.00 m，總寬度為3.20 m。泄洪閘和沖砂閘位于引水閘左側(cè)布置(河道西岸)，泄洪閘凈寬26.00 m，總寬31.60 m，共分為4孔，單孔凈寬6.50 m；底板高程1 388.70 m，閘室段長(zhǎng)14 m；沖砂閘凈寬6.00 m，總寬8.40 m，共分為2孔，單孔凈寬3.00 m，閘底板高程1 387.20 m，閘室長(zhǎng)度為14.00 m，閘墩頂部高程為1 393.70 m。在引水閘和泄洪閘前設(shè)置曲線導(dǎo)砂坎，引導(dǎo)水砂流向沖砂閘。

2.2 底欄柵式布置

渠首由底攔柵壩、泄洪沖砂閘、溢流壩、導(dǎo)砂坎及導(dǎo)流堤等建筑物組成。底欄柵引水廊道布置于河道最右側(cè)(河道東岸)，便于和下游輸水干渠連接。引水廊道設(shè)在壩體內(nèi)，設(shè)計(jì)取水流量3.80 m3/s，引水廊道布置2排，每個(gè)廊道寬度2.00 m廊道，廊道垂直于水流方向長(zhǎng)5.00 m，柵條順河道水流方向布置，柵面向下游傾斜，底坡i=0.10，柵條采用梯形型鋼，頂寬14.00 mm，底寬6.00 mm，高40.00 mm，間隙8.00 mm。引水廊道右岸設(shè)引水閘控制室，引水閘閘室垂直于泄洪閘布置，閘室長(zhǎng)2.00 m，寬6.00 m，兩孔，每孔凈寬2.00 m。溢流壩布置于最左側(cè)，采用WES堰，且無閘控制，堰頂高程為1 390.10 m，堰凈寬為20.50 m、堰高為2.40 m。

沖砂閘位于底欄柵引水廊道和溢流壩中間，位于河道主流一側(cè)，沖砂閘閘室采用整體開敞式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。閘底板高程1 387.70 m，閘室段長(zhǎng)11.00 m、凈寬6.00 m，總寬8.40 m，共分為2孔，單孔凈寬3.00 m，閘墩頂高程為1 394.20 m。同樣在底攔柵和溢流堰前修建導(dǎo)砂坎，方便沖砂。

2.3 攔河閘壩式布置

渠首由引水閘、沖砂閘、溢流壩、導(dǎo)砂坎及導(dǎo)流堤等建筑物組成。溢流壩布置于河道西岸，采用WES堰，且無閘控制，堰頂高程為1 390.20 m。沖砂閘在溢流堰右側(cè)，沖砂閘閘室采用整體開敞式，閘底板高程1 387.20 m。引水閘布設(shè)于沖砂閘右側(cè)，根據(jù)閘室的地形條件，引水閘與沖砂閘成9°角度布設(shè)，閘室段長(zhǎng)為12.00 m。導(dǎo)砂坎修建在引水閘前端，將水沙導(dǎo)向沖砂閘。

3 方案比選

通過對(duì)攔河閘式、底欄柵式及攔河閘壩式進(jìn)行了同等深度的比較論證工作，三種方案的工程布局是一致地具體細(xì)部比選詳見表1。

表1 樞紐布置比選比較表

3.1 工程布置

根據(jù)閘址處地形條件，河床寬度為45.00 m較窄，對(duì)于攔河閘壩式布置形式而言，布置形式較單一。對(duì)于底欄柵式樞紐布置形式，建筑物種類較多，底欄柵壩上裝有金屬柵欄，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，底欄柵式樞紐布置形式較為復(fù)雜。對(duì)于攔河閘式來說，閘門孔數(shù)較多，布置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此從工程布置來看攔河閘壩式樞紐布置形式較優(yōu)。

3.2 引水條件

攔河閘式樞紐布置基本不改變樞紐上下游河道的形態(tài)，即可壅水沉沙，又可以開閘泄水沖沙，能靈活地調(diào)節(jié)水位及流量，閘門的啟閉來調(diào)整上游河道主流的方向，取水口始終保持良好的引水條件。但閘門孔數(shù)較多，調(diào)度運(yùn)行不易操作。

底欄柵式樞紐布置細(xì)砂易進(jìn)入廊道，柵條空隙易被推移質(zhì)或懸浮物堵塞，經(jīng)常需要處理，引水條件較差。

攔河閘壩式樞紐布置，由于引水口左岸布置兩小孔沖砂閘，能靈活地調(diào)節(jié)水位及流量，保證引水口的引水量，引水能得到保證。

從引水條件上，攔河閘壩式樞紐布置行較優(yōu)。

3.3 沖沙效果

攔河閘式樞紐布置，采用攔河閘壅水，引水防沙效果較好，它既適用于上有河道為砂卵石河床的情況，也適用于中游砂礫河床，即可蓄水灌溉，又可以開閘泄水排沙，可排除上游壅水段淤積的泥沙，沖排沙能力強(qiáng)。

底欄柵式樞紐布置細(xì)砂易進(jìn)入廊道，需要在引水干渠設(shè)置排沙道或沉砂池排入原河道。與攔河閘直接開閘泄水排沙相比效果較差，沖排沙能力弱。

攔河閘壩式樞紐布置溢流堰右岸布置小孔沖砂閘，用于河道小流量沖砂，防沙能得到保證，沖砂效果較好。

3.4 運(yùn)行管理

攔河閘壩式樞紐布置運(yùn)行安全，管理方便；底欄柵式樞紐布置柵條空隙易被泥沙或懸浮物堵塞，若洪水中帶有巨石，可能會(huì)破壞柵條，需要經(jīng)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查維修柵條，冬季柵條易為冰屑堵塞。經(jīng)常需要人工處理，管理相對(duì)復(fù)雜。攔河閘式樞紐布置閘門孔數(shù)較多，閘門孔數(shù)較多，運(yùn)行管理復(fù)雜。

3.5 投資

工程總投資：攔河閘式樞紐布置方案為1 770.07萬元，底欄柵式樞紐布置方案為1 833.36萬元，攔河閘壩式樞紐布置方案為1 068.52萬元，攔河閘壩式樞紐布置較攔河閘式、底欄柵式樞紐布置方案節(jié)省投資701.55萬元、764.84萬元，攔河閘壩式投資較小，并且攔河閘壩式引水樞紐布置形式緊湊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沖沙效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)三種方案進(jìn)行工程布置、引水條件、沖砂效果、運(yùn)行管理以及投資的比較，方案三(攔河閘壩式)具有布置簡(jiǎn)單、樞紐工程量較小、引水條件好、河道小流量沖砂效果較好，較一、二方案減少工程投資702.00～765.00萬元，且后期運(yùn)行管理方便、安全，故采用攔河閘壩式取水樞紐作為除險(xiǎn)加固布置方案的最終選擇。