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(fèi)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(kù)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(yùn)行40余年來(lái)，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(yùn)行后使小草湖渠首出現(xiàn)安全隱患問(wèn)題，經(jīng)安全鑒定，鑒定結(jié)果為四類(lèi)閘，需進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL 252—2017[1]和《水閘設(shè)計(jì)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(jí)別為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇(p=5%)，洪峰流量為 482 m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇(p=2%)，洪峰流量為720 m3/s，據(jù)1/400萬(wàn)《中國(guó)地震動(dòng)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(dòng)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(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)和管理房屋等建筑物組成。本文通過(guò)對(duì)小草湖渠首除險(xiǎn)加固閘址比選分析，選擇優(yōu)化渠首建設(shè)和運(yùn)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(bào)告，該閘抗洪能力達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)流能力嚴(yán)重不足，且閘前淤積較為嚴(yán)重，水閘病險(xiǎn)情較為突出，應(yīng)盡快除險(xiǎn)加固，鑒定為四類(lèi)閘。根據(jù)閘址實(shí)測(cè)(1/1000地形及1/500地形圖)，選取了兩個(gè)閘址方案進(jìn)行比較。根據(jù)河道來(lái)水情況和地形地質(zhì)條件，本次水閘除險(xiǎn)加固可選用的閘址有兩個(gè)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(jìn)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(xiàn)布置。泄洪沖砂閘軸線(xiàn)與河道中心線(xiàn)平行布置，溢流堰軸線(xiàn)與河道中心線(xiàn)垂直布置，引水閘緊臨泄洪沖砂閘布置，引水閘軸線(xiàn)與泄洪沖砂閘軸線(xiàn)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(xiàn)夾角174°。上下游導(dǎo)流堤總長(zhǎng) 541 m，其中上游左岸導(dǎo)流堤全長(zhǎng)約152 m，上游右岸導(dǎo)流堤全長(zhǎng)約36 m，下游左岸導(dǎo)流堤全長(zhǎng)為240 m，下游右岸導(dǎo)流堤全長(zhǎng)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(zhǔn)為相對(duì)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(hào)采用C25W6F200二級(jí)配。引水閘為1孔，凈寬5.0 m，閘室段全長(zhǎng)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(mén)，一道平面工作閘門(mén)，閘前進(jìn)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(zhǎng)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(mén)和弧形工作門(mén)。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L(zhǎng)15.0 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(hào)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(zhǎng)10.7 m，陡坡段長(zhǎng)3.2 m，水平段長(zhǎng)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(hù)坦，護(hù)坦長(zhǎng)度為10.0 m，坡度為1∶10，斜坡護(hù)坦末端高程為598.50 m。護(hù)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(hào)為C25W6F200二級(jí)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(zhǎng)80 cm的四面體，混凝土標(biāo)號(hào)為C25二級(jí)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(xiàn)布置。泄洪沖砂閘軸線(xiàn)與河道中心線(xiàn)垂直布置，溢流堰軸線(xiàn)與河道中心線(xiàn)垂直布置，引水閘緊臨泄洪沖砂閘布置，引水閘軸線(xiàn)與泄洪沖砂閘軸線(xiàn)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(xiàn)夾角135°。上下游導(dǎo)流堤總長(zhǎng)439 m，其中上游左岸導(dǎo)流堤全長(zhǎng)約242 m，上游右岸導(dǎo)流堤全長(zhǎng)約22 m，下游左岸導(dǎo)流堤全長(zhǎng)為150 m，下游右岸導(dǎo)流堤全長(zhǎng)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(zhǔn)為相對(duì)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(hào)采用C25W6F200二級(jí)配。引水閘為1孔，凈寬5.0 m，閘室段全長(zhǎng)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(mén)，一道平面工作閘門(mén)，閘前進(jìn)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(zhǎng)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(mén)和弧形工作門(mén)。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L(zhǎng)15.0 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(hào)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(zhǎng)10.7 m，陡坡段長(zhǎng)3.2 m，水平段長(zhǎng)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(hù)坦，護(hù)坦長(zhǎng)度為10.0 m，坡度為1∶10，斜坡護(hù)坦末端高程為598.00 m。護(hù)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(hào)為C25W6F200二級(jí)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(zhǎng)80 cm的四面體，混凝土標(biāo)號(hào)為C25二級(jí)配。

3 比選分析

從工程技術(shù)條件對(duì)兩個(gè)閘址比較得出：上閘址需新修渠道占地較大，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(duì)兩個(gè)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(guò)程中均需解決施工導(dǎo)流和排水問(wèn)題。從運(yùn)行管理上對(duì)兩個(gè)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(shí)清淤或沖砂，適應(yīng)突發(fā)性洪水較強(qiáng)，管理方便，運(yùn)行安全可靠。從布置上對(duì)比兩個(gè)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(xiàn)，減少了新建導(dǎo)流堤的防護(hù)長(zhǎng)度，有利于水閘的運(yùn)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(yùn)行帶來(lái)很多問(wèn)題。從經(jīng)濟(jì)上對(duì)方案比較得出：上閘址總投資為2810.97萬(wàn)元，下閘址總投資2572.96萬(wàn)元，下閘址節(jié)約投資283.01萬(wàn)元。通過(guò)上述對(duì)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(yǔ)

通過(guò)從工程技術(shù)條件、施工條件、運(yùn)行管理以及投資等方面對(duì)小草湖渠首除險(xiǎn)加固閘址方案進(jìn)行比選分析，下閘址具有施工難度小，運(yùn)行管理安全可靠、節(jié)約投資等優(yōu)點(diǎn)，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。