張舒燁

(阿克蘇綠洲水利工程建設(shè)監(jiān)理站，新疆維吾爾族自治區(qū) 阿克蘇 843000)

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多浪水庫(kù)南庫(kù)放水閘改建方案

張舒燁

(阿克蘇綠洲水利工程建設(shè)監(jiān)理站，新疆維吾爾族自治區(qū) 阿克蘇 843000)

塔里木灌區(qū)總灌溉面積14.66萬(wàn)hm2,多浪水庫(kù)是塔北灌區(qū)唯一一座引水注入式平原調(diào)節(jié)水庫(kù)，其放水閘包括新庫(kù)放水閘和南庫(kù)放水閘。通過(guò)分析南庫(kù)放水閘存在設(shè)計(jì)漏洞、老化失修和不利于操作等問(wèn)題，從工程規(guī)模、施工難易程度、基礎(chǔ)處理難易程度、施工排水問(wèn)題、工程耐久性、工程投資以及解決施工期與灌溉的矛盾等方面對(duì)加固和改建兩種方案進(jìn)行綜合比較，提出經(jīng)濟(jì)適用可行的南庫(kù)放水閘改建方案，以確保水庫(kù)安全運(yùn)行。

南庫(kù)；放水閘；改建；方案

1　概　況

多浪水庫(kù)是農(nóng)一師塔北灌區(qū)唯一一座引水注入式平原調(diào)節(jié)水庫(kù)[1]，水庫(kù)為土壩工程，灌區(qū)總?cè)丝诩s7萬(wàn)人，工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到13.2億元。多浪水庫(kù)放水閘包括新庫(kù)放水閘和南庫(kù)放水閘，建于1965年的南庫(kù)放水閘位于南庫(kù)T線0+600處，為雙孔鋼筋混凝土箱形涵洞，孔口尺寸為2.2m×2.5m，設(shè)計(jì)流量25m3/s，潛沒(méi)式平面鋼閘門(mén)，啟閉機(jī)為15t手電兩用螺桿式啟閉機(jī)，閘墩頂高程1038.0m，閘底板高程1031.2m。

2　南庫(kù)放水閘存在的主要問(wèn)題

南庫(kù)放水閘屬典型的“三邊工程”。經(jīng)過(guò)50多年運(yùn)行，老化失修嚴(yán)重[2]，主要存在以下幾方面問(wèn)題：

(1)閘頂超高不足。經(jīng)復(fù)核計(jì)算，壩體及閘頂超高不足，這增加了水庫(kù)蓄水難度和大壩風(fēng)險(xiǎn)。

(2)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低。查閱原設(shè)計(jì)資料，南庫(kù)放水閘原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為C15混凝土，閘前鋪蓋和閘后防沖設(shè)施存在多處漿砌水工磚結(jié)構(gòu)。

(3)混凝土老化。經(jīng)碳化試驗(yàn)檢測(cè)，閘室進(jìn)口連接段混凝土水上部分碳化現(xiàn)象嚴(yán)重。閘室進(jìn)口連接段邊墻存在橫向裂縫，右側(cè)與閘室接縫處存在嚴(yán)重側(cè)向繞流現(xiàn)象，最大繞流量達(dá)到0.6m3/s,曾多次進(jìn)行過(guò)搶險(xiǎn)維修。邊墻混凝土結(jié)構(gòu)雖經(jīng)多次加固維修，但局部仍然存在裂縫及混凝土脫落現(xiàn)象。閘后消力池、邊墻水工磚結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，海漫段經(jīng)多年運(yùn)行坍塌現(xiàn)象較多，每年需投入大量人力物力進(jìn)行搶修加固，現(xiàn)形成塊石壓梢結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)偏低，結(jié)構(gòu)耐久性較差。另?yè)?jù)消能防沖復(fù)核計(jì)算，現(xiàn)狀閘后消力池深度0.4m不滿(mǎn)足要求。

(4)閘門(mén)及啟閉設(shè)施老化問(wèn)題。鋼閘門(mén)銹蝕，止水破損，閉門(mén)后漏水嚴(yán)重，啟閉機(jī)老化。

(5)閘后交通橋因設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)低，現(xiàn)無(wú)法通行大型車(chē)輛，交通和運(yùn)行管理十分不便。

(6)人飲取水口設(shè)在閘室進(jìn)口連接段閘墩處，從閘頂捆綁泵管抽水，其結(jié)構(gòu)設(shè)置簡(jiǎn)易，不利于取水安全。

3　放水閘除險(xiǎn)加固方案

針對(duì)南庫(kù)水庫(kù)放水閘存在問(wèn)題，現(xiàn)提出原閘加固和選址改建兩種方案。

3.1南庫(kù)放水閘加固方案

本方案計(jì)劃在原閘基礎(chǔ)上進(jìn)行加固，保留結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的閘室段、閘房以及閘后箱涵段，其余部位按存在的安全問(wèn)題逐一進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

3.1.1超高問(wèn)題

南庫(kù)T線壩頂高程為1038.9m，防浪墻頂高程為1040.1m。首先，需將閘室進(jìn)口連接段加高方可滿(mǎn)足超高要求。其次，由于閘室進(jìn)口連接段邊墻存在橫向裂縫以及右側(cè)側(cè)向繞流現(xiàn)象,可保留結(jié)構(gòu)完好的原底板部分，將閘室進(jìn)口連接段中墩及側(cè)墻拆除，重建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可解決上述問(wèn)題。加固后閘室進(jìn)口連接段頂高程1038.9m，頂部設(shè)鋼筋混凝土防浪墻墻頂高程1040.1m。

3.1.2閘前鋪蓋問(wèn)題

需將原鋪蓋拆除，新建20m長(zhǎng)，40cm厚C25混凝土結(jié)構(gòu)鋪蓋，邊墻采用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為增加閘室滲流穩(wěn)定性，在鋪蓋前設(shè)多頭小直徑截滲墻，截滲墻深10m，厚20cm，閘室段截滲墻與壩體截滲墻連成整體。

3.1.3閘后消能防沖段加固

將原漿砌水工磚結(jié)構(gòu)消力池及海漫段拆除，新建C25鋼筋混凝土消力池及漿砌塊石海漫防沖段。

3.1.4閘后交通橋問(wèn)題

在新建消力池上設(shè)7m寬交通橋，荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用公路-Ⅱ級(jí)。

3.1.5工作閘門(mén)門(mén)槽混凝土剝落、鋼閘門(mén)銹蝕、啟閉機(jī)老化問(wèn)題

需更換工作閘門(mén)、門(mén)槽預(yù)埋件及啟閉機(jī)，工作閘門(mén)采用工廠定制的整體性較好的鑄鐵閘門(mén)套件，啟閉機(jī)選用2臺(tái)20t手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。

3.1.6方案優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：本方案利用原閘進(jìn)行加固，保留原有閘室段及箱涵段。原閘后塊石可繼續(xù)利用作為漿砌塊石材料。

缺點(diǎn)：

(1)通過(guò)復(fù)核放水閘過(guò)水流量，原閘在死水位1032.85m時(shí)，過(guò)流能力僅為11.23m3/s，達(dá)不到原設(shè)計(jì)放水流量25m3/s的過(guò)流要求，放水規(guī)模嚴(yán)重不足。

(2)拆除工程量大，拆除難度較大，加固后新老混凝土連接處理復(fù)雜。

(3)原消能防沖設(shè)施拆除后地基處理問(wèn)題較多，地基處理存在許多不確定因素，施工處理及基礎(chǔ)回填碾壓質(zhì)量難以保證。

(4)施工期下游放水渠存在回水問(wèn)題，需在下游設(shè)置圍堰。

(5)施工期排水問(wèn)題比較突出，T線壩體施工及南庫(kù)內(nèi)料場(chǎng)挖排降水取土均需考慮排水問(wèn)題，需在壩體新開(kāi)挖排水出口及庫(kù)內(nèi)導(dǎo)流渠解決施工排水問(wèn)題。

(6)施工期受水庫(kù)蓄水及灌溉時(shí)間限制，施工工期緊，且無(wú)法解決施工與灌溉矛盾，缺乏應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力。

(7)工程主體部分閘室及涵洞段結(jié)構(gòu)為C15混凝土，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低問(wèn)題無(wú)法得到解決，工程耐久性及工程使用壽命無(wú)法與新閘相比，仍存在工程隱患。

(8)加固后由于水庫(kù)正常蓄水位抬高0.8m，閘室結(jié)構(gòu)抗滑及抗傾覆穩(wěn)定需重新復(fù)核驗(yàn)算。

3.2南庫(kù)放水閘改建方案

南庫(kù)放水閘改建可在原址改建或另選閘址改建，因?yàn)樵l址拆除改建工程量較大，且拆除后基礎(chǔ)處理難度較大，不確定因素較多，施工工期受水庫(kù)蓄水放水限制，施工與灌溉矛盾突出，投資較大等問(wèn)題。改建方案采用另選閘址新建方案。

根據(jù)地質(zhì)鉆探調(diào)查結(jié)果，在原閘右側(cè)100m處(即T線0+700)，基礎(chǔ)條件較好，可作為新閘閘址。新放水閘建成后將原放水閘采用混凝土封堵，并在閘前開(kāi)挖400m庫(kù)內(nèi)溝通渠，在閘后新建420m連接渠與原放水渠相連。

改建后放水閘結(jié)構(gòu)布置型式：鋼筋混凝土開(kāi)敞式水閘，設(shè)計(jì)流量25m3/s，閘孔尺寸采用3孔×3m，閘前帶胸墻式結(jié)構(gòu)型式，閘門(mén)為潛沒(méi)式平面鋼閘門(mén)，中墩厚1.0m，閘室總寬11.0m，閘室長(zhǎng)13.5m，底板高程1030.8m，墩頂高程1038.9m。工作閘門(mén)槽前設(shè)檢修門(mén)槽，工作閘啟閉機(jī)采用單吊點(diǎn)螺桿式手電兩用啟閉機(jī)，閘頂設(shè)閘房，閘房前設(shè)1.5m人行橋，閘后設(shè)凈寬7.0m交通橋，閘后消力池采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，末端設(shè)T型消能墩，消力池深1.0m，長(zhǎng)10.0m。閘前進(jìn)水段采用C25鋼筋混凝土懸臂式擋土墻結(jié)構(gòu)，鋪蓋采用40cm厚C25混凝土結(jié)構(gòu)。在進(jìn)口段預(yù)埋φ80不銹鋼管作為城鎮(zhèn)供水取水口，并在原閘左側(cè)修建取水井及閘房。為增加閘室滲流穩(wěn)定性，在鋪蓋前設(shè)多頭小直徑截滲墻，截滲墻深10m，厚20cm，閘室段截滲墻與壩體截滲墻連成整體[3]。

優(yōu)點(diǎn)：改建后放水閘規(guī)模達(dá)到原設(shè)計(jì)，即25m3/s。拆除工程量相對(duì)較小，基坑開(kāi)挖后基礎(chǔ)較容易處理，不存在施工圍堰問(wèn)題，施工期利用老閘作為排水出口，放水閘改建的基坑排水問(wèn)題、T線壩體施工及料場(chǎng)挖排降水取土問(wèn)題均能得到解決。閘后連接渠修建后，使得放水渠連接更為平順。此外，保留原放水閘可提高灌區(qū)灌溉保證率及解決突發(fā)事件應(yīng)對(duì)能力。

缺點(diǎn)：需新開(kāi)挖放水連接渠和庫(kù)內(nèi)溝通渠。

3.3南庫(kù)放水閘加固與改建方案比選

根據(jù)上述加固及改建方案，從工程規(guī)模、施工難易程度、基礎(chǔ)處理難易程度、施工排水問(wèn)題、工程耐久性、工程投資等方面進(jìn)行綜合比較。詳細(xì)比較見(jiàn)表1。表中優(yōu)缺點(diǎn)的等級(jí)以A、B、C計(jì)。

表1　南庫(kù)放水閘方案比選

經(jīng)表1綜合比較，本工程選擇耐久性較好、施工難度較小、規(guī)模滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的改建方案，即在原閘右側(cè)100m(T線0+700)處新建放水閘方案，作為本工程南庫(kù)放水閘的設(shè)計(jì)方案。

3.4南庫(kù)放水閘改建方案水力計(jì)算

3.4.1閘孔尺寸初步擬定

放水閘采用鋼筋混凝土開(kāi)敞式水閘，根據(jù)閘孔過(guò)流要求，初步擬定閘孔凈尺寸為9.0m。多浪水庫(kù)死水位高程為1032.85m。為保證在枯水位期灌區(qū)灌溉用水最低水位要求，滿(mǎn)足灌溉。改建放水閘底板高程與閘后渠底高程齊平，閘底高程定為1030.8m，堰上水頭2.05m，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL265—2001)：

(1)

式中:Q為閘孔凈尺寸放水流量,m3/s；hs為下游堰上水深，1.9m；H0為上游堰上水頭，2.05m；B0為閘孔總凈寬，9m；g為重力加速度，9.81m/s2；μ0為淹沒(méi)堰流的綜合流量系數(shù)，由式(2)計(jì)算：

(2)

上述計(jì)算結(jié)果為：水庫(kù)在死水位高程為1032.85m、閘孔凈尺寸9.0m時(shí)，放水流量為27.8m3/s。故多浪水庫(kù)蓄水位在死水位以上時(shí)，放水閘的過(guò)水流量可滿(mǎn)足灌區(qū)灌溉要求。

在正常蓄水位高程為1037.3m時(shí)，計(jì)算放水流量達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模25m3/s的閘門(mén)開(kāi)啟度。

設(shè)計(jì)資料：閘前水頭6.5m，閘孔寬度3×3=9m，按寬頂堰閘孔自由流公式為：

(3)

式中:μ為流量系數(shù)，μ=0.6-0.176e/H；e為閘

門(mén)開(kāi)啟度，m；ε為垂直收縮系數(shù)，《水力學(xué)》(人民交通出版社2011年版何文社主編)表8-7；B為閘孔寬，9.0m；H為閘前水頭，6.5m。

代入公式計(jì)算得閘門(mén)開(kāi)度-流量曲線，如圖1所示。

圖1　閘門(mén)開(kāi)度-流量曲線

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，閘門(mén)開(kāi)度0.42m時(shí)，可以達(dá)到25m3/s的設(shè)計(jì)流量。

3.4.2閘后消能防沖設(shè)計(jì)

水庫(kù)正常蓄水位1037.3m，放水閘設(shè)計(jì)流量25m3/s，閘底板高程1030.8m，閘后水深2.09m，閘后設(shè)深1.0m消力池，消力池首末端寬度均為11.0m。按寬頂堰泄流進(jìn)行消能計(jì)算知，實(shí)際產(chǎn)生的水深僅為0.53m，消力池設(shè)計(jì)1.0m完全滿(mǎn)足要求。

由于消力池末端設(shè)置了T型消能墩，消力池長(zhǎng)度10.0m，可滿(mǎn)足要求。

4　結(jié)　論

作為水庫(kù)放水建筑，南庫(kù)放水閘地位舉足輕重。由于閘體結(jié)構(gòu)破損，經(jīng)過(guò)對(duì)加固和改建兩種方案綜合比較，確定南庫(kù)放水閘需另選閘址新建。根據(jù)新建方案，設(shè)計(jì)流量25m3/s，為開(kāi)敞式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，3孔閘每孔寬3m，閘底板高程為1030.8m，閘墩頂高程1038.9m，工作閘門(mén)采用鑄鐵平面閘門(mén)，孔口尺寸3m×2m,閘后設(shè)置7m交通橋，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為公路Ⅱ級(jí)。

[1]奉偉靈.塔里木灌區(qū)多浪水庫(kù)水體更替周期計(jì)算[J]，科學(xué)與財(cái)富，2011(2):39.

[2]李紅麗.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)一師多浪水庫(kù)滲流安全評(píng)價(jià) [J]，中國(guó)水運(yùn)(下半月)，2013(8):177-178.

[3]苗建全.多頭小直徑截滲墻技術(shù)在多浪水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用 [J]，中國(guó)水運(yùn)(下半月)，2013(4):46.

張舒燁(1972-)，男，工程師，主要從事水利建設(shè)監(jiān)理工作。

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