新疆白杨河小草湖渠首除险加固闸址方案比选分析

王秀东

(新疆卡拉贝利水利枢纽工程建设管理局，新疆 喀什 844000)

1 工程概况

托克逊县小草湖渠首位于吐乌大高速小草湖收费站西侧约400 m处，白杨河出山口处，是托克逊县在白杨河上的第一座以灌溉为主的拦河引水工程。其主要功能是向夏乡、郭勒布衣乡供水，冬季为红山水库供水蓄水。是托克逊县水利建设的骨干性工程。小草湖渠首于1965年建成，工程运行40余年来，为灌区的工农业生产发展发挥了重要作用。多年的运行后使小草湖渠首出现安全隐患问题，经安全鉴定，鉴定结果为四类闸，需进行除险加固。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL 252—2017[1]和《水闸设计规范》SL 265—2016[2]规定，本次小草湖引水渠首工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，设计洪水标准为20 a一遇(p=5%)，洪峰流量为 482 m3/s，校核洪水标准为50 a一遇(p=2%)，洪峰流量为720 m3/s，据1/400万《中国地震动参数区划图》[3]GB 18306—2015，闸址区所在区域50 a超越概率10%的地震动峰值加速度为0.10 g。据勘探，闸址区基础岩性为河床冲积的第四系全新统冲积(Q4al)砂卵砾石，粒径小于5 mm颗粒含量的质量百分率为16.8%，小于30%，可判定为不液化土。引水渠首由泄洪闸、冲砂闸、溢流堰、引水闸、上下游导流堤、机电及金属结构和管理房屋等建筑物组成。本文通过对小草湖渠首除险加固闸址比选分析，选择优化渠首建设和运行管理的方案。

2 闸址比选

原小草湖引水渠首枢纽为闸堰结合的拦河引水枢纽工程，由右岸干渠引水闸、右岸泄洪冲砂闸、左岸溢流堰及上下游导流堤组成。枢纽位置处河道上下游基本顺直。根据小草湖引水渠首安全鉴定报告，该闸抗洪能力达不到标准，过流能力严重不足，且闸前淤积较为严重，水闸病险情较为突出，应尽快除险加固，鉴定为四类闸。根据闸址实测(1/1000地形及1/500地形图)，选取了两个闸址方案进行比较。根据河道来水情况和地形地质条件，本次水闸除险加固可选用的闸址有两个闸址，上闸址为原闸址上游 90 m位置处，下闸址为现有水闸位置，采用闸堰结合方案进行闸址比选。

2.1 上闸址

闸址(泄洪冲砂闸闸室底板前缘)位于原枢纽闸址上游90 m处。拆除原有右岸引水闸、泄洪冲砂闸、溢流堰和上游翼墙，新建引水闸、泄洪冲砂闸、溢流堰(WES堰)及上下游导流堤。

(1)闸轴线布置。泄洪冲砂闸轴线与河道中心线平行布置，溢流堰轴线与河道中心线垂直布置，引水闸紧临泄洪冲砂闸布置，引水闸轴线与泄洪冲砂闸轴线夹角为174°，引水角为6°。

(2)建筑物布置。新建上下游导流堤，引水闸1孔，每孔净宽5.0 m；泄洪闸冲砂闸3孔，每孔净宽5.0 m；溢流堰1座等，泄洪冲砂闸布置在引水闸左侧，与引水闸轴线夹角174°。上下游导流堤总长 541 m，其中上游左岸导流堤全长约152 m，上游右岸导流堤全长约36 m，下游左岸导流堤全长为240 m，下游右岸导流堤全长为113 m。上游右岸导流堤采用重力式挡土墙，顶部宽度0.6 m，迎水面为直墙，背水面边坡为1∶0.4，上游导流堤高7.43 m；下游右侧导流堤高与左岸导流堤采用混凝土面板结构，顶部宽度为4.0 m，堤身采用砂砾石填筑，填筑标准为相对密度Dr≥0.75,导流堤堤身高度为3.43 m，基础埋深为 4.00 m。混凝土标号采用C25W6F200二级配。引水闸为1孔，净宽5.0 m，闸室段全长10 m，为钢筋混凝土结构，闸墩边墩厚 1.0 m，闸墩顶高程603.93 m，底板高程为600.50 m，设置一道平面检修闸门，一道平面工作闸门，闸前进口设悬板挡砂坎。泄洪冲砂闸为3孔，单孔净宽5.0 m，闸室段全长10 m，为钢筋混凝土结构，闸墩边墩厚1.0 m，中墩厚1.2 m，闸室总宽19.4 m，闸墩顶高程603.93 m，泄洪冲砂闸底板高程为599.50 m，设检修平面钢闸门和弧形工作门。溢流堰为WES堰，共3孔，单孔净宽27.0 m，堰高1.2 m，为钢筋混凝土结构，边墙为重力式挡土墙结构，中墩厚1.2 m，总净宽81.0 m，堰顶高程为601.70 m。上游铺盖段顺水流方向长15.0 m，底板采用厚0.6 m 混凝土结构，铺盖底板混凝土呈10.0 m×15.0 m分缝布置，缝宽为2 cm，缝设一道橡皮止水，橡皮止水型号W651型，止水位置位于永久缝迎水面20 cm，填缝材料为2 cm 厚高密聚乙烯闭孔塑料板。

(3)消能防冲布置。引水闸后设置等宽挖深式消力池，采用钢筋混凝土结构，其中陡坡段底板厚0.6 m，水平段底板厚0.8 m，水平段底板高程为599.70 m，消力池总长10.7 m，陡坡段长3.2 m，水平段长7.5 m，边墙采用钢筋混凝土半重力式挡土墙，后接扭面与渠道连接。泄洪冲砂闸和溢流堰后接斜坡护坦，护坦长度为10.0 m，坡度为1∶10，斜坡护坦末端高程为598.50 m。护坦末端设置混凝土重力式挡土墙，挡土墙深度为6.0 m，重力式挡墙混凝土标号为C25W6F200二级配。重力式挡土墙下游侧冲坑采用抛预制混凝土块回填，预制混凝土块采用边长80 cm的四面体，混凝土标号为C25二级配。

2.2 下闸址

拆除原有右岸引水闸、泄洪冲砂闸、溢流堰和上游翼墙，新建引水闸、泄洪冲砂闸、溢流堰(WES堰)及上下游导流堤。

(1)闸轴线布置。泄洪冲砂闸轴线与河道中心线垂直布置，溢流堰轴线与河道中心线垂直布置，引水闸紧临泄洪冲砂闸布置，引水闸轴线与泄洪冲砂闸轴线夹角为135°,引水角为45°。

(2)建筑物布置。新建上下游导流堤；引水闸1孔，净宽5.0 m；泄洪闸冲砂闸3孔，每孔净宽5.0 m；溢流堰1座等，泄洪冲砂闸布置在引水闸左侧，与引水闸轴线夹角135°。上下游导流堤总长439 m，其中上游左岸导流堤全长约242 m，上游右岸导流堤全长约22 m，下游左岸导流堤全长为150 m，下游右岸导流堤全长为25 m。上游右岸导流堤采用重力式挡土墙，顶部宽度 0.6 m，迎水面为直墙，背水面边坡为1∶0.4，上游导流堤高7.43 m；下游右侧导流堤高与左岸导流堤采用混凝土面板结构，顶部宽度为4.0 m，堤身采用砂砾石填筑，填筑标准为相对密度Dr≥0.75。导流堤堤身高度为3.43 m，基础埋深为4.00 m。混凝土标号采用C25W6F200二级配。引水闸为1孔，净宽5.0 m，闸室段全长10 m，为钢筋混凝土结构，闸墩边墩厚1.0 m，闸墩顶高程603.43 m，底板高程为600.00 m，设置一道平面检修闸门，一道平面工作闸门，闸前进口设悬板挡砂坎。泄洪冲砂闸为3孔，单孔净宽5.0 m，闸室段全长10 m，为钢筋混凝土结构，闸墩边墩厚1.0 m，中墩厚1.2 m，闸室总宽19.4 m，闸墩顶高程603.43 m，泄洪冲砂闸底板高程为599.00 m，设检修平面钢闸门和弧形工作门。溢流堰为WES堰，共3孔，单孔净宽27.0 m，堰高1.2 m，为钢筋混凝土结构，边墙为重力式挡土墙结构，中墩厚1.2 m，总净宽81 m，堰顶高程为601.20 m。上游铺盖段顺水流方向长15.0 m，底板采用厚0.6 m混凝土结构，铺盖底板混凝土呈10.0 m×15.0 m分缝布置，缝宽为2 cm，缝设一道橡皮止水，橡皮止水型号W651型，止水位置位于永久缝迎水面20 cm，填缝材料为2 cm厚高密聚乙烯闭孔塑料板。

(3)消能防冲布置。引水闸后设置等宽挖深式消力池，采用钢筋混凝土结构，其中陡坡段底板厚0.6 m，水平段底板厚0.8 m，水平段底板高程为599.20 m，消力池总长10.7 m，陡坡段长3.2 m，水平段长7.5 m，边墙采用钢筋混凝土半重力式挡土墙，后接扭面与渠道连接。泄洪冲砂闸和溢流堰后接斜坡护坦，护坦长度为10.0 m，坡度为1∶10，斜坡护坦末端高程为598.00 m。护坦末端设置混凝土重力式挡土墙，挡土墙深度为6.0 m，重力式挡墙混凝土标号为C25W6F200二级配。重力式挡土墙下游侧冲坑采用抛预制混凝土块回填，预制混凝土块采用边长80 cm的四面体，混凝土标号为C25二级配。

3 比选分析

从工程技术条件对两个闸址比较得出：上闸址需新修渠道占地较大，结合现场实际情况，新建渠道出现大量的填方，下闸址在原有闸址处建设，工程技术难度较小。从施工条件对两个闸址比较得出：上闸址与下闸址均需要浇筑大量混凝土，施工用水、电能够得到保证，且施工过程中均需解决施工导流和排水问题。从运行管理上对两个闸址比较得出：上闸址与下闸址均适应突发性洪水，堰前易淤积，需及时清淤或冲砂，适应突发性洪水较强，管理方便，运行安全可靠。从布置上对比两个闸址比较得出：下闸址引水角为45°，上闸址引水角为6°，相比较下闸址引水角较为合适。下闸址尽量利用部分原有稳定堤线，减少了新建导流堤的防护长度，有利于水闸的运行。上闸址上游由于多年已形成较稳定的河道，此方案需将上游山包清除，清淤工作量较大，且河床不稳定，给运行带来很多问题。从经济上对方案比较得出：上闸址总投资为2810.97万元，下闸址总投资2572.96万元，下闸址节约投资283.01万元。通过上述对闸址的综合比较，选定下闸址为推荐闸址：即在原闸址上修建渠首枢纽。

4 结 语

通过从工程技术条件、施工条件、运行管理以及投资等方面对小草湖渠首除险加固闸址方案进行比选分析，下闸址具有施工难度小，运行管理安全可靠、节约投资等优点，在此阶段选择下闸址作为推荐方案，即在原闸址上修建渠首枢纽。