葉爾羌河民生渠閘門除險技術(shù)方案探析

孫 健

（新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 841000）

1989年投入運行的民生引水樞紐是新疆巴楚縣最重要的引水樞紐，工程區(qū)為第四系全新統(tǒng)沖洪積松散堆積物[1]。經(jīng)多年運行，樞紐進水閘、沖砂閘、泄洪閘病險問題較多，需對除險加固技術(shù)進行分析。

1 概況

葉爾羌河是一條多泥沙河流。民生引水樞紐是葉爾羌河流域規(guī)劃的第五級引水樞紐[2]，由進水閘、沖砂閘、泄洪閘及攔河壩四部分組成，從河岸左側(cè)向右側(cè)依次排列。進水閘為4 孔，其中民生渠進水閘2 孔，色力布亞進水閘及巴楚總干渠進水閘各1 孔，單孔凈寬7 m[3]，閘底板高程1 159.1 m；沖砂閘為2 孔，每孔凈寬7 m；泄洪閘5 孔，單孔凈寬7.5 m，閘底板高程均為1 158 m。引水渠肩負著色力布亞和紅海2個灌區(qū)供水，以及草龍、邦克爾、紅海和衛(wèi)星4座中型水庫的引水任務(wù)。

2 存在問題

2.1 進水閘

進水閘閘室為開敞式鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，護岸采用混凝土直墻+護坡的結(jié)構(gòu)形式，總長326 m，下游設(shè)鋼筋混凝土海漫。閘墩、底板混凝土凍融、磨蝕嚴重。海漫總長47.5 m，部分已被沖毀。

2.2 沖砂閘

沖砂閘護岸采用混凝土直墻+混凝土護坡結(jié)構(gòu)形式，總長160 m，護坡基礎(chǔ)為混凝土防沖墻，埋深3 m。上游整治段混凝土護坡板局部凍脹破壞、沉陷嚴重，下游裹頭護岸塊石鋼筋籠鋼筋銹蝕斷裂、籠內(nèi)塊石缺失，閘室底板、墩墻下部混凝土凍融、磨蝕嚴重。

2.3 泄洪閘

泄洪閘護岸采用混凝土直墻+鋼筋混凝土箱墻與沖砂閘上游護岸起點相接。經(jīng)勘察，泄洪閘上游鋪蓋和左右岸導(dǎo)流墻被沖毀，泄洪閘后海漫及海漫后的鋼筋石籠破壞、變形。上游連接段混凝土護坡板沉陷、裂縫；中墩迎水面墩頭混凝土脫落；閘室底板、墩墻下部混凝土凍融、磨損；閘后防沖消能塊石鋼筋籠破壞、變形；泄洪閘前鋪蓋及左岸箱墻基礎(chǔ)沉陷，左側(cè)閘門邊墩出現(xiàn)位移，向下游位移15 cm。工程現(xiàn)狀泄洪能力、閘墩及攔河壩超高、上下游堤防超高、下游消能防沖設(shè)施均不能滿足要求。

3 除險技術(shù)方案

根據(jù)工程病險情況，現(xiàn)從保障引水安全、提高防洪能力方面研究提出除險加固技術(shù)方案。

3.1 方案擬定

3.1.1 方案1

在原閘址處，充分利用已有建筑物布局，對不滿足要求的老閘部分進行局部改建，并在原泄洪閘右側(cè)新增泄洪閘7 孔，潰壩160 m，以提高引水樞紐的防洪、沖砂能力，加大泄洪能力。目前，4 孔進水閘和2孔沖砂閘位于人工彎道尾端，5孔泄洪閘位于人工彎道右側(cè)，新增泄洪建筑物只能緊臨原有泄洪閘右側(cè)布置在河道上，與進水閘呈“八”字形布置，新建潰壩段位于新建泄洪閘右側(cè)。利用人工彎道引水，正面泄洪，是比較理想的樞紐布置型式。根據(jù)樞紐現(xiàn)有工程布置情況和水力情況，本次除險加固內(nèi)容大致可分為四部分。

（1）樞紐上下游兩側(cè)護岸加固，增設(shè)上下游導(dǎo)流堤。樞紐上下游基本未做護岸工程和導(dǎo)流堤，因河床質(zhì)為低液限粉土、黏土，引水樞紐又位于河道引水彎道處，河水對其頂沖嚴重，已有河道護岸也存在破損嚴重、超高不足等問題，擬在新增建筑物上下游河岸設(shè)置護岸和導(dǎo)流堤、加固已有破損的護岸，補充完善老閘上下游缺失的護岸及導(dǎo)流堤。

（2）加高泄洪閘閘墩，重建閘前鋪蓋、拆除重建進水閘、沖砂閘、泄洪閘閘后交通橋。

（3）新建泄洪閘7孔（凈寬70 m）、潰壩段160 m，以滿足設(shè)計洪水、校核洪水下樞紐的泄洪能力。

（4）確定樞紐運行方式。當河道洪峰流量1 340 m3/s 時，由原進水閘、原泄洪閘及新建泄洪閘控制泄洪；洪峰流量2 015 m3/s 時，也由上述各閘及潰壩段控制泄洪。

3.1.2 方案2

將進水閘移至人工彎道進口，廢棄原有4 孔進水閘及2孔沖砂閘，原有5孔泄洪閘兼起泄洪沖砂作用，在人工彎道進口新建4孔進水閘，新建連接渠與原進水閘相連，相應(yīng)抬高閘底板高程20 cm，為1 159.3 m。新建泄洪閘需設(shè)9孔，較方案1增加2孔。

新建民生進水閘、色力布亞閘、巴楚總干閘，閘室凈寬分別為2×7、7、7 m，閘室為整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚0.8 m，閘室長10.7 m，墩厚0.8 m，墩高4.2 m。由于閘基為液化地基，需設(shè)12根混凝土井柱樁，樁深15 m，樁徑80 cm。鋼筋混凝土閘柱尺寸為60 cm×60 cm，頂設(shè)鋼筋混凝土框架梁及啟閉機平臺，平臺寬4.72 m，閘房為采鋼板房，凈高2.2 m。閘后設(shè)交通橋，連接渠為矩形斷面形式，起點接新建進水閘，尾端接現(xiàn)有進水閘，全長約160 m。

3.2 方案比選

3.2.1 方案1

對現(xiàn)有進水閘、沖砂閘、泄洪閘進行改造加固，工程投資9 771.28 萬元；進水閘仍利用現(xiàn)有人工彎道引水，引水距離較方案2 長。進水閘布置在人工彎道內(nèi)，引水可充分利用人工橫向環(huán)流減少凹岸引水系統(tǒng)引入泥沙，提高凸岸沖砂系統(tǒng)的沖砂功能。該水閘已運行21 a，原有總體布置滿足灌溉要求。

3.2.2 方案2

需新增4 孔進水閘、9 孔新泄洪閘、連接矩形渠及160 m 潰壩段，可合理控制進水閘前水位，滿足灌溉要求。彎道在河道凹岸處，雖引水條件好，但河水沖刷破壞威脅較大；新建引水連接段布置較困難，同時目前老閘存在問題仍需處理解決?，F(xiàn)泄洪閘替代沖砂閘，減少了泄洪規(guī)模，需增加新建泄洪閘的泄洪寬度，工程投資11 854萬元，費用較高。

綜上所述，推薦方案1作為除險加固方案。

4 除險加固具體措施

本次除險加固工程保留原有的進水閘、沖砂閘和泄洪閘，在原址進行加固，補充完善老閘上下游護岸工程，拆除原有臨時攔河砂壩和潰壩，新建7孔泄洪閘、潰壩段160 m及上下游導(dǎo)流堤1 880 m。

4.1 進水閘除險加固措施

現(xiàn)狀民生引水樞紐進水閘包括民生渠進水閘、色力布亞進水閘、巴楚總干渠進水閘，其過流能力、消能設(shè)施均滿足設(shè)計要求，只需對閘底板、閘墩、進水口兩側(cè)翼墻及出口直墻等磨蝕比較嚴重部分補強；拆除重建閘墩上部結(jié)構(gòu)啟閉臺、交通橋、閘房。

4.1.1 補強措施

進水閘底板及閘墩下部磨損嚴重，局部剝蝕、露筋，面積約547 m2，選取3 種加固方案比選，詳見表1。

表1 老閘底板補強加固方案比選

（1）方案1，鋼板襯護方案。鑿除表層，采用厚度15 mm 的鋼板對建筑物主要部位進行襯護和修補。本方案優(yōu)點是抗推移質(zhì)沖磨性能好；缺點是鋼板襯護施工技術(shù)要求較嚴，由于錨固不牢或灌漿不密實易被沖走；鋼板易銹蝕，降低其強度，同時此處河水對鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性，需考慮鋼板的耐腐蝕性。

（2）方案2，C40 硅粉混凝土補強方案。鑿除表層，補強材料采用硅粉抗磨蝕混凝土。該材料是通過摻加硅粉和高效減水劑對普通混凝土改性而制成的，優(yōu)點是抗沖磨強度比C40普通混凝土高1～2倍，已接近環(huán)氧砂漿的抗沖磨強度，抗空蝕強度提高3～5倍，且成本低廉、無毒，施工工藝與普通混凝土基本相同；缺點是早期干縮比較大，但60 d以后基本趨于穩(wěn)定。

（3）方案3，C40 鋼纖維硅粉混凝土補強方案。鑿除表層，補強材料采用鋼纖維硅粉混凝土。該材料抗空蝕強度約為硅粉混凝土的10倍，受沖擊斷裂破壞時所吸收的沖擊能量為硅粉混凝土的1.75 倍，缺點是投資造價較高，施工質(zhì)量不好控制，且在本區(qū)域無成功實例。

方案1 投資大，抗銹蝕能力差、維護不方便，施工操作要求高；方案2 投資低，易于施工操作，但穩(wěn)定期較長，干縮度較大；方案3 投資較高，不易于施工操作，施工后干縮度相對較小。

綜合考慮，本階段混凝土磨蝕補強推薦選用方案2，即采用15 cm 厚C40 硅粉混凝土對建筑物磨損部位進行補強加固。

4.1.2 進水口兩側(cè)翼墻、出口直墻

目前進水閘進水口兩側(cè)翼墻、出口直墻等部位混凝土部分脫落，磨損厚度2.5 cm 左右。針對這種情況常用加固材料為環(huán)氧砂漿，其具有與混凝土粘接力強、機械強度高、抗沖磨氣蝕性能好等優(yōu)點[4]，其抗沖磨強度約為28 d 抗壓強度為60 MPa 水泥石英砂的5 倍、C30 混凝土的20 倍、合金鋼和普通鋼的20～25倍；且和潮濕、水下混凝土面有較高粘接強度。

綜上所述，本工程進水閘進水口兩側(cè)翼墻、出口直墻等部位混凝土脫落厚度小于2.5 cm，采用薄層環(huán)氧砂漿作為補強材料，面積約11 m2。

4.1.3 拆除重建

因上游下坂地水庫壩后電站發(fā)電，本樞紐前常年有水，進水閘無檢修條件。為便于維修管理，需增設(shè)檢修閘門。現(xiàn)狀啟閉臺不滿足安裝檢修閘門需求，需拆除改建。進水閘工作閘門因冬季處于關(guān)閉狀態(tài)，長期承受水壓，閘門變形、銹蝕嚴重，需更換。工作閘門的固定卷揚式啟閉機長期裸露室外，年久失修，銹蝕嚴重，減速機漏油嚴重。擬采取以下措施：更換工作閘門及啟閉機；增設(shè)檢修閘門及相應(yīng)的啟閉設(shè)備；拆除重建閘后交通橋、啟閉臺及閘房。

4.2 沖砂閘、泄洪閘加固措施

4.2.1 補強措施

對局部剝蝕、露筋、磨損嚴重的閘底板、閘墩，采用15 cm 厚C40 硅粉混凝土進行加固補強，面積約957 m2。對沖砂閘、泄洪閘進水口兩側(cè)翼墻、出口直墻等混凝土脫落部位，采用薄層環(huán)氧砂漿補強，面積約19 m2。

4.2.2 拆除重建

新建上游鋪蓋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.4 m，頂部高程1 158 m。民生引水樞紐曾經(jīng)加固過，泄洪閘閘室前端增設(shè)旋噴樁，樁深12 m，樁徑1.6 m[5]。本次不對其進行基礎(chǔ)處理，維持現(xiàn)有基礎(chǔ)處理措施。將鋪蓋前齒墻與基礎(chǔ)頂部連接，防止出現(xiàn)局部沖刷，形成滲漏通道，影響泄洪閘穩(wěn)定；拆除泄洪閘原墩頭，加高閘墩0.3 m，加長2 m，鑿毛后澆筑鋼筋混凝土；更換工作閘門。對沖砂閘、泄洪閘設(shè)置檢修閘門及啟閉設(shè)備。拆除重建原有沖沙閘及老泄洪閘啟閉臺及閘房；拆除現(xiàn)有鋼筋混凝土箱墻、搶險時箱墻前的鋼筋塊石籠，在現(xiàn)有旋噴樁后設(shè)計2 排鋼筋混凝土井柱樁，樁徑80 cm，前排下深15 m，后排下深8 m；在井柱樁上新設(shè)鋼筋混凝土箱墻；新加固段與新建泄洪閘左右翼墻順接。在原鋼筋石籠海漫頂鋪設(shè)格賓，鋪設(shè)面積0.66萬m2、厚50 cm。

4.3 新增攔河建筑物選址

新址可選擇在老泄洪閘右側(cè)及老臨時攔河壩之間的河段內(nèi)。新址選擇有以下優(yōu)點:①閘址靠上游，與進水閘、沖砂閘、老泄洪閘在總體平面布置上較緊湊，將水流集中在進水閘上游，保證下游灌溉；②位于河道主流區(qū)，便于泄洪；③與現(xiàn)有建筑物結(jié)合緊湊，便于運行管理、減少永久管理道路及自動化設(shè)施投資；④便于水位壅高及沖砂；⑤布置時考慮了保證穩(wěn)定河寬的因素。缺點有：施工場地狹窄，施工難度略大。

綜合考慮，將新址選在攔河砂壩上游265 m，靠老泄洪閘位置處。

攔河壩由7 孔開敞式泄洪閘及160 m 潰壩段組成。7 孔閘每孔凈寬10 m，底板高程1 158 m。泄洪閘底板為無底坎的寬頂堰，消能方式為底流式消能，防沖型式為垂直防沖墻；為防止閘基地震液化，閘室基礎(chǔ)采用圍封結(jié)構(gòu)，具體形式同全閘方案。

潰壩段由固定堰和子堰兩部分組成，固定堰頂高程1 160.0 m，子堰頂高程1 163 m。固定堰基礎(chǔ)為框架結(jié)構(gòu)，上下游各設(shè)置1道灌注樁，靠下游一側(cè)設(shè)置1 道水泥攪拌樁，頂部為混凝土梁板結(jié)構(gòu)。子堰為土堤，上游由編織袋裝土護砌。上游邊坡1∶2.5，下游邊坡1∶2。

該方案各閘過流能力，詳見表2。

表2 閘+潰壩方案不同工況各閘過流能力匯總 m3/s

本方案設(shè)置混凝土護坡導(dǎo)流堤，上游左、右岸分別長310、200 m，下游左、右岸分別長190、180 m。閘和堤之間的混凝土護坡導(dǎo)流堤長450 m。攔河土堤長550 m。導(dǎo)流堤及攔河土堤型式同全閘方案。

5 結(jié)語

民生渠有進水閘、排砂閘、泄洪閘，存在閘門銹蝕磨損變形、兩側(cè)護岸工程及墩頭損毀及啟閉設(shè)備不靈敏等問題。為滿足引水防洪需要，經(jīng)方案比選，從補強和拆除重建兩方面提出不同措施，為工程建設(shè)提供參考。