喀拉喀什河引水枢纽水闸除险加固设计分析

吴新（运城市水利勘察院山西运城044000）

喀拉喀什河引水枢纽水闸除险加固设计分析

吴新
（运城市水利勘察院山西运城044000）

本文通过剖析喀河引水枢纽水闸主要病险问题，针对险情完善除险加固措施，解决了水闸防洪标准低、闸室闸墩及底板混凝土磨蚀严重、闸门和启闭设备老化失效等问题，消除了工程存在的重大安全隐患，保证了喀河引水枢纽水闸的安全运行。

喀拉喀什河；引水枢纽；除险加固；设计分析

1　工程概况

拉喀什河引水枢纽位于新疆和田河主要支流喀拉喀什河上，在田市西南27km处，距喀河上游排孜瓦提电站尾水渠9.0km，原两县临时引水口处，地理位置坐标东经79°43′57″，北纬37°00′43″。枢纽水闸部分采用悬板分层引水结构，正面为泄洪排沙闸，两侧为进水闸。泄洪闸设计洪水标准为50年一遇（P=2%），相应洪峰流量830m3/s；校核洪水标准为200年一遇（P=0.5%），相应洪峰流量Q=1588m3/s。泄洪闸共6孔，每孔宽度10m，中墩厚1.5m，总宽度为B=67.5m，闸室高6.5m，长15.2m，闸底板高程1462.7m，较原河床高1m。闸后均匀流段长10m。平面布置由东至西第3孔（中孔）设有导水墙，将两岸引水悬板分开。除中孔外其余5孔均设有底孔，孔高1.3m，悬板厚0.4m，底孔设有4m×10m弧形钢闸门，起控制水位保证引水兼作底孔泄洪排沙的作用。泄洪闸采用底流消能，为保护闸基，闸末端设置深度为7.5m的重力式防冲墙。闸室顶部设有机房和交通桥一座，桥净宽7m，设计标准为汽15t、挂80t。

左岸进水闸为2孔，每孔净宽为10m，设计流量为100m3/s，加大流量为120m3/s；右岸进水闸为1孔，闸孔净宽为10m，设计流量为50m3/s，加大流量为60m3/s。进水闸采用分离式结构，进水口设胸墙，采用叠梁式钢闸门分别控制底孔与上孔运行。闸后设消力池连接浆砌卵石渠道，消力池，现状：池长16.3m，池深0.8m；在现状消力池后新增池长10m，池深0.5m二级消力池。闸室顶设有框架结构启闭机房，并设有净宽6.5m的交通桥。闸底板高程为1463.00m，较泄洪闸底板高0.3m，以防止枯水期泥沙入渠。

2　水闸主要病险问题

喀拉喀什河推移质含量大，汛期泄洪会对闸室混凝土结构产生强烈的冲蚀；根据SL/T191-96《水工混凝土结构设计规范》的规定，有抗冲耐磨要求的部位，混凝土强度等级不应低于C25级，而现状闸室闸墩及底板混凝土强度设计为C15，达不到现行规范对混凝土设计强度的标准要求。

（1）现状泄洪闸闸墩底部及闸底板冲蚀破坏严重，闸墩底部80cm范围冲蚀厚度达5cm～6cm，已接近或达到钢筋保护层厚度局部已见钢筋出露。闸底板和护坦面已成片状磨蚀破坏，磨蚀深度5cm～10cm，同时闸后底板有不规则冲蚀沟，冲蚀沟宽60cm～100cm，最大磨蚀深度达30cm。闸底板的磨蚀破坏已经严重影响到水闸的安全运行。为此水管站曾多次对闸底板混凝土进行加固，但从现状闸底板磨损情况看，水闸混凝土磨蚀破坏险情仍相当严重。

通过消能防冲复核计算和实际运行情况综合分析，现状泄洪闸在泄洪时对下游冲刷强烈，下游导流堤护岸基础每年都出现大范围基础被淘空的险情，并且有逐年扩大的趋势。渠首下游0+000～0+500段，河道两侧农田、林带灌溉时，灌溉水下渗沿河道两侧浆砌石、水泥护坡破损和接缝严密等薄弱部位向河道内渗流补给河水，在河道两岸内侧护坡上形成多个类似“泉水”的渗水点。

（2）现状引水枢纽下游连接段河床冲蚀破坏十分严重，从护坦末端开始下游100m范围内已形成巨大冲坑，冲坑内常年积水，经现场量测，水深在3m～6m，而汛期泄洪时深度更大。水闸运行2年后，在1989年由于冲刷破坏严重，闸后护坦挡墙基础出露，已严重威胁到水闸的安全，后在自治区水利厅专家的建议下，水管单位在闸后100m处修建了一道浆砌石防冲墙，使闸后能够形成消能水垫。但由于泄洪时能力很大，现状消力池尾坎也已冲蚀破坏严重。

3　水闸除险加固主要措施

本枢纽除险加固工程主要为磨蚀砼加固、闸后消能设施改建、上游整治段加高、消力池段边墙基础及边坡加固、更新进水闸、泄洪闸工作闸门启闭机并增设备用电源、止水更换及做闸门门体防腐、更新闸房门窗等措施。

3.1砼磨蚀加固设计

本枢纽工程泄洪闸底板及闸墩下部（含对应的悬板下进水道底板及悬板表面、中孔上游导水墙下部和底部）磨损严重。两岸进水闸除两侧砼有轻度磨损外，底部冲刷磨损也较严重，且有局部剥蚀、露筋。

本工程砼磨蚀破坏的主要原因是高速水流挟带推移质对砼的磨损和冲击砸撞造成的。本次设计对砼磨蚀造成的破坏加固选取三种方案进行比选。

方案一：采用厚度20mm的钢板与插入砼中的锚筋焊接对建筑物主要部位进行衬护和修补，本方案的优点是抗推移质冲磨性能好，其缺点是钢板衬护施工技术要求较严，由于锚固不牢或灌浆不密实而被砸变形、冲走的现象很容易发生。

表1　

方案二：采用硅粉抗磨蚀砼，简称硅粉砼，硅粉砼是通过掺加硅粉和高效减水剂对普通砼改性而制成的。其优点是抗冲磨强度比C60普通砼提高1倍～2倍左右，已快接近环氧砂浆的抗冲磨强度，抗空蚀强度提高3倍～5倍左右，且硅粉砼成本低廉，无毒，施工工艺与普通砼基本相同。缺点是硅粉砼的早期干缩比较大，但60天以后基本趋于稳定。

方案三：采用钢纤维硅粉砼，钢纤维硅粉砼的抗空蚀强度约为硅粉砼的10倍，受冲击断裂破坏时所吸收的冲击能量为硅粉砼的1.75倍因而适用于推移质冲砸破坏的砼的修补，缺点是钢纤维砼投资造价高。［1］

对以上三种方案选取泄洪闸底板为典型作投资比选，投资比选对照表见表1。

综合以上各方案优缺点，本阶段除险加固砼磨蚀补强设计推荐选用方案二，采用15cm厚硅粉砼对建筑物磨损部位进行加固补强。

主要设计为凿除原底板15cm砼，铺设钢筋网，再浇筑15cm厚硅粉砼，钢筋网由锚筋与底板原有钢筋焊接。补强后的15cm厚硅粉砼与闸墩间的分缝，采用5cm聚氨酯砂浆闭缝。在对15cm厚原底板补强凿除过程中有可能对下部底板造成松动，所以在本次补强设计中考虑了一部分松动砼补强量。采用硅粉砼加固补强的主要部位有泄洪闸底板、泄洪闸闸后护坦，泄洪闸闸前铺盖及进水闸底板。

悬板下进水道底板及悬板表面从现状毁坏的情况看，磨损厚度在2.0cm左右。由于悬板孔口高度仅1.3m，施工空间小、难度较大，因此本次采用所需施工空间较小的加固补强措施。又因目前加固补强措施中环氧砂浆具有固化收缩小，与砼粘接力强，机械强度高，抗冲磨气蚀性能好等优点，其抗冲磨强度约为28天抗压强度为60MPa水泥石英砂的5倍、C30砼的20倍，合金钢和普通钢的20倍～25倍；且能和潮湿、水下砼面有较高的粘接强度，因此选用薄层环氧砂浆作为补强材料，厚度2.0cm。

采用环氧砂浆加固补强的主要部位有悬板下进水道底板、悬板表面、闸墩下部（高度1.0m范围内）及泄洪闸中孔导水墙下部。［2，3］

3.2消能设施加固设计

3.2.1进水闸消能设计

两岸进水闸闸后所设置的消力池，经复核其深度及长度均不满足要求，现状已造成下游渠道冲刷破坏严重，本次除险加固设计拟对现状消力池进行改造，增加一级消力池。

（1）左岸进水闸消能设计：闸后消能采用底流消能方式，计算得消力池池长25m，池深1.3m，本次除险加固设计拟对现状消力池进行改造，增加一级消力池，池长10.8m，池深0.6m。

（2）右岸进水闸消能设计：闸后消能采用底流消能方式，计算得消力池池长25m，池深1.3m，本次除险加固设计拟对现状消力池进行改造，增加一级消力池，池长10.8m，池深0.6m。

消力池底板采用80cm厚C25钢筋砼结构，抗渗强度W4、抗冻强度F150；下设10cmC10砼垫层，消力池后设3.5m深齿墙。

3.2.2泄洪闸消能设计

泄洪闸后消能设施现状破损严重且不满足消能防冲要求，现状闸后形成长100m，最大深度约7.0m的巨大消能池塘且已冲刷至基岩，考虑到水闸运行多年，闸后消能防冲基本趋于稳定，所以本次设计在利用原有消能池塘的基础上改建消能设施，把此消能池塘改建成梯级跌水消能。［4］

4　结语

本次枢纽除险加固是在原址的基础上进行。通过除险加固，改善灌区灌溉面积177.85万亩的引水条件，并增大枢纽的泄洪和防洪能力，提高枢纽安全渡讯和下游河道的防洪标准，保证下游灌区引水安全和生命财产安全。

目前应用于水闸除险加固工程的新材料、新工艺有很多，并经历多年的运行考验，效果显著。类似工程可以借鉴参考，有助于选定适用性较强的除险加固措施。总之，除险加固设计阶段应充分进行方案比选，尽可能地在可行、经济合理且能保证质量的条件下确定加固措施。［5］陕西水利

［1］任康宁.汾河二坝拦河水闸除险加固设计［J］.山西水利，2015（03）：33-34.

［2］康爱泽.扁堵口引水枢纽水闸除险加固设计方案比选［J］.甘肃农业，2014（01）：63-64.

［3］杨波.民生引水枢纽除险加固工程布置研究［J］.陕西水利，2013（04）：59-61.

［4］李陶，王玫丽.玛河红山嘴引水枢纽除险加固对比分析［J］.水利规划与设计，2013（10）：73-76.

［5］杨利真.新疆叶尔羌河喀群引水枢纽除险加固工程设计［J］.吉林水利，2015（10）：22-24.

（责任编辑：唐红云）

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