程 茜

(新疆新水建設(shè)工程造價(jià)咨詢有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

西黑溝渠首樞紐是主要以灌溉為主的中型攔河引水樞紐，控制灌溉面積4333.33hm2，并兼有向下游西黑溝水庫引蓄水任務(wù)。引水樞紐左岸引水，正面泄洪排砂，工程總體布置由底欄柵堰進(jìn)水閘及導(dǎo)流堤組成，依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[1](GB50288-2018)和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》[2](SL252-2017)有關(guān)規(guī)定，工程原設(shè)計(jì)洪水(p=2%)流量Q=132.3m3·s-1，校核洪水(p=1%)流量Q=176m3·s-1，工程規(guī)模為中型，Ⅲ等工程，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)。

2 工程地質(zhì)條件

工程區(qū)位于準(zhǔn)噶爾-北天山褶皺系(Ⅱ)→北天山優(yōu)地槽褶皺帶(Ⅱ3)→吐魯番-哈密山間凹陷(Ⅱ37)→南部凹陷(Ⅱ37-3)內(nèi)，屬低山丘陵區(qū)。依據(jù)國家地震局最新頒布的1∶400萬《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》[3](GB18306-2015)，樞紐區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.20g，相應(yīng)的地震烈度為Ⅷ度。出露地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積漂石、卵石混合土及級(jí)配良好礫，其抗沖能力均較差，洪水期水流將對(duì)岸坡造成沖刷侵蝕，岸坡沖蝕破壞劇烈，水土流失較嚴(yán)重。閘址左岸寬度50m，地層巖性主要為卵石混合土與砂巖、粉砂巖、凝灰砂巖。樞紐區(qū)地表水對(duì)混凝土為中等腐蝕性，對(duì)混凝土中的鋼筋無腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)為弱腐蝕性；地下水對(duì)混凝土為中等腐蝕性，對(duì)混凝土中的鋼筋無腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)為弱腐蝕性，閘堤基土為鹽漬土、非凍脹土，對(duì)混凝土有微腐蝕性。

3 除險(xiǎn)加固的必要性

西黑溝渠首修建于1970年，期間被洪水2次沖毀，后在原址下游約250m修建引水樞紐。現(xiàn)渠首由于上下游防洪導(dǎo)流堤破壞嚴(yán)重，每年需要花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力維修和搶險(xiǎn)，引水率低。

西黑溝灌區(qū)渠首由于渠首總體布置不合理，引水保證率低，且經(jīng)安全鑒定，鑒定結(jié)果為三類閘，嚴(yán)重影響了灌區(qū)的各業(yè)生產(chǎn)。西黑溝渠首為灌區(qū)重要的引水樞紐，其運(yùn)行好壞直接影響著灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，西黑溝渠首不能繼續(xù)按低標(biāo)準(zhǔn)建筑物運(yùn)行，必須進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

4 方案比選

4.1 比選方案

渠首左岸采用底欄柵式引水，根據(jù)安全鑒定報(bào)告及現(xiàn)狀調(diào)查，樞紐主要存在的問題是樞紐過洪能力不滿足要求，消能防沖不滿足要求，引水困難，泥沙處理能力弱。因此針對(duì)主要的病險(xiǎn)問題，結(jié)合新疆山溪性河流上低水頭防沙樞紐工程經(jīng)驗(yàn)、當(dāng)?shù)匾呀ㄇ椎倪\(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，擬定4個(gè)方案進(jìn)行優(yōu)化比較。

4.1.1 方案1：全攔河底欄柵堰方案

底欄柵進(jìn)水廊道垂直河道布置，進(jìn)水廊道為矩形斷面鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)。底欄柵堰長25m，寬2m。欄柵柵條采用梯形型鋼，欄柵條采用一段端設(shè)鋼支架固定，另一端自由的形式，交叉布置，底欄柵下設(shè)一廂式進(jìn)水廊道，進(jìn)水廊道為鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)。廊道末端(左岸端)由閘門控制，閘后接引水渠。廊道與左岸引水渠道進(jìn)水閘相接，連接廊道的進(jìn)水閘設(shè)置為1孔，凈寬2m，底欄柵堰上游設(shè)置15m長混凝土鋪蓋，鋪蓋前設(shè)5m深的防沖護(hù)坡。底欄柵堰下游接15m長的護(hù)坦，護(hù)坦坡度1∶6。下游護(hù)坦末端設(shè)置7m深防沖墻，防沖墻內(nèi)設(shè)排水管，防沖墻后鋼筋石籠以上范圍為防沖槽。

4.1.2 方案2：底欄柵加泄洪沖砂閘加側(cè)堰方案

底欄柵堰長13m，進(jìn)水廊道設(shè)兩廂鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，每廂寬2m。欄柵柵條采用梯形型鋼，上部寬2cm，下底寬1.5cm，柵條高5cm，柵條長2.2m，柵條間隙1.5cm。柵條兩端設(shè)鋼支架固定。廊道末端閘門控制，閘后接引水渠。底欄柵堰前設(shè)導(dǎo)砂坎，傾斜河道中心線30°布置，相對(duì)于沖砂閘閘底板高2.5m，采用漿砌石砌筑。泄洪沖砂閘布置在底欄柵右側(cè)，共2孔，每孔寬3m，為鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)。閘前設(shè)42m長的漿砌石鋪蓋，厚80cm。鋪蓋前設(shè)5m深的防沖槽。閘室下游接10m長的短護(hù)坦，其后設(shè)6m深防沖墻，防沖墻后設(shè)防沖槽，槽內(nèi)底部回填1m厚砂礫石，下部填充40cm以上大卵石，上部鋪設(shè)鋼筋石籠，以防沖刷。側(cè)堰布置在泄洪沖砂閘右側(cè)，與上游擋墻連接，采用WES實(shí)用堰，堰長45m，泄水槽寬6m，為鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)。

4.1.3 方案3：全攔河閘方案

主要建筑物為全攔河泄洪沖砂閘、左岸進(jìn)水閘、上游鋪蓋、下游護(hù)坦。泄洪沖砂閘布置在主河道，為全攔河閘，共3孔，每孔單寬5m，閘室為整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。進(jìn)水閘布置在泄洪沖砂閘左側(cè)，與泄洪沖砂閘中軸線成26°，進(jìn)水閘共1孔，孔寬5m。上游鋪蓋長度15m，寬度18～27m，下游護(hù)坦長度10m，寬度20m，導(dǎo)流堤采用重力式擋墻形式，漿砌石砌筑一坡到底。下游護(hù)坦下游末端接防沖墻，下游護(hù)坦內(nèi)設(shè)置導(dǎo)砂墻，導(dǎo)砂墻與閘墩相接混凝土結(jié)構(gòu)。下游導(dǎo)流堤左采用重力式擋墻形式，漿砌石砌筑，一坡到底。

4.1.4 方案4：底欄柵加泄洪沖砂閘方案

底欄柵堰長12m，進(jìn)水廊道設(shè)兩廂鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，每廂寬2m。欄柵柵條采用梯形型鋼，上部寬2cm，下底寬1.5cm，柵條高5cm，柵條長2.2m，柵條間隙1.5cm。柵條兩端設(shè)鋼支架固定。廊道兩端閘門控制，閘后接引水渠。底欄柵堰前設(shè)導(dǎo)砂坎，傾斜河道中心線30°布置，相對(duì)于沖砂閘閘底板高2m，為鋼筋混凝土懸臂結(jié)構(gòu)。泄洪沖砂閘布置在底欄柵右側(cè)，共2孔，從左到右依次寬3m，閘室長度10m，為鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)。邊墩厚1m，中墩厚1.5m。閘室底板厚1.2m，表層20cm采用C30抗沖耐磨鋼筋混凝土，閘底板以上1m采用2cm厚鋼板襯砌。閘前設(shè)30m長的漿砌石鋪蓋，厚80cm。鋪蓋前設(shè)5m深的防沖槽。閘室下游接10m長的短護(hù)坦，護(hù)坦采用80cm厚C30抗沖耐磨混凝土砌筑漿砌石，下游護(hù)坦末端設(shè)置7m深防沖墻，防沖墻采用C20混凝土重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，頂寬60cm，底寬4.5m，防沖墻內(nèi)設(shè)排水管。防沖墻后設(shè)防沖槽，槽內(nèi)底部回填1m厚砂礫石，下部填充40cm以上大卵石，上部鋪設(shè)鋼筋石籠，以防沖刷。

4.2 結(jié)果分析

對(duì)4個(gè)方案從布置方式、后期管理、渠首安全及工程投資等多方面比較，工程方案布置比較見表1。

4.2.1 布置方式

方案1中底欄柵堰長25m，欄柵柵條采用梯形型鋼，廊道末端(左岸端)由閘門控制，閘后接引水渠，底欄柵堰下游接15m長的護(hù)坦，下游護(hù)坦末端設(shè)置7m深防沖墻，防沖墻內(nèi)設(shè)排水管，防沖墻后鋼筋石籠以上范圍為防沖槽；布置方式簡單，泄洪安全性高，無需閘門控制沖砂，具有靈活的沖砂運(yùn)行條件，管理方便。方案2中底欄柵堰長13m，進(jìn)水廊道設(shè)兩廂鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，每廂寬2m；欄柵柵條采用梯形型鋼，廊道末端閘門控制，閘后接引水渠；底欄柵堰前設(shè)導(dǎo)砂坎，采泄洪沖砂閘布置在底欄柵右側(cè)側(cè)堰布置在泄洪沖砂閘右側(cè)，與上游擋墻連接，采用WES實(shí)用堰，堰長45m，泄水槽寬6m；布置方式簡單，泄洪安全性相對(duì)較高，管理較方便；閘門控制沖砂，具有較靈活的沖砂運(yùn)行條件。方案3中主要建筑物為全攔河泄洪沖砂閘、左岸進(jìn)水閘、上游鋪蓋、下游護(hù)坦；泄洪沖砂閘布置在主河道，為全攔河閘，共3孔，閘室為整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；布置方式簡單，泄洪安全性相對(duì)較高，閘門控制沖砂，具有較靈活的沖砂運(yùn)行條件，管理較方便。方案4中底欄柵堰長12m，進(jìn)水廊道設(shè)兩廂鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，每廂寬2m；欄柵柵條采用梯形型鋼，廊道兩端閘門控制，閘后接引水渠；布置方式簡單，泄洪安全性相對(duì)較高，管理方便。上述4個(gè)方案的布置方式都較為簡單，有利于施工以及后期維護(hù)養(yǎng)護(hù)。

4.2.2 運(yùn)行管理

方案1底欄柵進(jìn)水管理方便，有利于較大粒徑推移質(zhì)向河道下游下泄，提高了渠首的安全性，底欄柵堰寬度較寬，宜排除較大樹木等漂浮物，維護(hù)管理方便；需要不定期人工清淤。方案2底欄柵進(jìn)水管理方便，可以防止較大粒徑推移質(zhì)進(jìn)入渠道，維護(hù)管理相對(duì)方便；泄洪沖沙閘一孔較窄(3.0m)，便于人工操作，提高了渠首的安全性，底欄柵堰寬度較寬，宜排除較大樹木等漂浮物。方案3溢流堰宣泄水流沖淤能力不足，堰前會(huì)發(fā)生淤積，泄洪沖砂閘過流能力有限，沖砂能力不足；渠首布置形式?jīng)_砂效果較差，會(huì)使泥沙及大粒徑漂石引入進(jìn)水閘；溢流堰寬度較窄，不宜排除較大樹木等漂浮物。方案4具有較靈活的沖砂運(yùn)行條件，盡量利用洪水徑流沖砂，維護(hù)管理相對(duì)方便；但溢流堰容易造成上游淤積，容易使較大粒徑推移質(zhì)進(jìn)入渠道，對(duì)引水不利。由運(yùn)行管理方案可以看出，方案1、方案2可以排除較大的漂浮物，方案3沖砂效果較差，會(huì)使泥沙及大粒徑漂石引入進(jìn)水閘，方案4溢流堰容易造成上游淤積，容易使較大粒徑推移質(zhì)進(jìn)入渠道，因此方案1、方案2優(yōu)于方案3、方案4。

4.2.3 經(jīng)濟(jì)方面

方案1估算投資2519.2萬元，方案2估算投資2456.86萬元，方案3估算投資2226.09萬元，方案4估算投資2388.82萬元。從估算投資方案可以看出方案3投資最少。

5 結(jié)語

總結(jié)以往運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，泄洪安全性是必須考慮的要點(diǎn)，從布置方式以及運(yùn)行管理方面，可以選擇方案1、方案2，但是由于方案1在泄洪安全性方面高于方案2，渠首安全更能夠得到保障，而2個(gè)方案投資僅差62.34萬元，故在本次渠首引水型式比選中選擇全攔河底欄柵堰，利用寬底欄柵堰引水兼顧泄洪，便于利用峰高時(shí)短的洪水徑流進(jìn)行靈活沖淤排沙。