新疆阿克苏河艾里西引水枢纽除险加固工程设计——以进水闸工程为例

翟福春，虞晓东，刘在飞

(1.新疆塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒 841000； 2.阿克苏正信工程质量检测有限责任公司，新疆 阿克苏 843100)

1 工程概况

艾里西引水枢纽能起到控制作用，它所处的位置为阿克苏市城区西北约12 km处，对阿克苏河流域老大河灌区尤为重要。艾里西引水枢纽也是库玛拉克河与托什干河汇合后所形成的首座阿克苏河上的引水枢纽，该引水枢纽工程主要作用是灌溉，同时也能起到防洪的作用，大约能控制的灌溉面积可以达到14.533 3×104hm2。艾里西引水枢纽工程的闸址位于原闸址上游580 m左右，在布置上大致是呈一字形，其涉及的建筑物主要有上游整治段、下游导流堤、泄洪冲沙闸、进水闸、溢流堰及下游整治段。将进水闸布置在河道的右侧，一共有5孔，都保持着7 m的单孔净宽，进水闸则不会改变原设计流量。进水闸左侧是泄洪冲沙闸，它与进水闸之间呈35°，有11个孔，它们同样都是10 m的单孔净宽；在河道的左侧布置溢流堰，布置时按垂直水流的方向进行，堰长205 m。将新的导流堤建设在进水闸下游弯道内，使其连接起下游原进水闸。

2 工程建设内容及主要工程量

2.1 工程建设内容

总的来说，以下的各部分都是工程的主要组成部分：闸室上部结构、闸室段、上游铺盖、消力池、交通工程、扭面、金属结构安装、下游引水渠等。在布置进水闸时，采取的形式仍是原布置格局，不改变闸室中心线，并将高1.8 m的悬臂式钢筋混凝土挡沙坎合理设置于进口处。

闸室段的结构是钢筋混凝土结构，该段为18 m，进水闸有5个孔，孔宽均为7 m。边墩厚度1.0 m，中墩厚度为1.4 m，并且还有厚2.0 m的缝墩，底板厚度为1.0 m。以平面闸门作为工作门，同时也利用卷扬式启闭机，并且将一道检修平板门设置于上游，使用的是单向门机，同时下游设宽5.0 m的交通桥。

闸后设消力池，用1∶4的陡坡与闸室进行连接，总长18 m，其中有4 m的陡坡段，还有14.0 m的水平段，宽41.2 m，消力池深1.0 m。在该工程中，边墙所选用的是混凝土半重力式挡土墙。除此之外，底板利用的是钢筋混凝土结构，厚度为0.6 m，最大边墙高度为5.62 m，池底高为1 104.30 m，扭面连接在消力池的末端，同时要连接起下游引水干渠与扭面末端这两大部分，渐变段底高为1 105.3 m，边坡为1.5 m，底宽41.2 m。

2.2 主要工程量

见表1。

表1 主要工程量

续表1

3 工程存在的具体问题

由水闸安全鉴定结果可知，“东岸总进水闸墩顶高程与安全规范的要求相差甚远；枢纽的整体过水能力与实际的运用要求还有一些差距；西岸进水冲砂闸与泄洪闸还不具备足够的防冲能力；闸墩局部有纵横向裂缝，而且裂缝还非常明显,混凝土结构胸墙也有裂缝,是竖向的，混凝土强度并不具有较好的均匀性,闸底板和各闸墩都受到了磨损，程度比较严重，在这种情况下，进水闸的底板受到的破损也是非常严重的；由于闸门的主要构件锈蚀严重,结果导致无法严密的止水,漏水现象不断产生,局部面板有超标变形问题产生，焊缝没有得到正确焊接；启闭机设备运行不灵活，陈旧落后；老化的电气设备、线路等；不够完善的水闸观测设施。”以上这些问题的存在对枢纽的运行产生了不利影响。因此,为了枢纽的运行能处于安全的状态,必须采取科学有效的除险加固措施。

4 水闸除险加固应采取的措施

4.1 做好施工前的准备工作

施工前的首要任务是熟悉图纸,同时对于设计意图完全领会，并分析施工特点,这样就有利于各道工序实现平行施工。在对设计图纸完全熟悉的前提下,仔细进行现场核对,一旦发现问题要及时改进有关程序。与此同时,还应该对图纸加强研究,将图纸上的问题进行标明,并将其记录下来,重视施工图纸会审。

4.2 加固东岸总进水闸闸墩及其裹头

根据施工的实际要求，如果东岸总进水闸闸墩顶高程达不到要求,设计时就应该以原闸墩顶为前提，并且利用C25钢筋混凝土来加高墩顶高程,在闸顶还要设置板式栏杆。由于东岸总进水闸左岸裹头的表面受到损坏,所以裹头的表面可以设置25 cm的C25混凝土,其作用是贴坡衬护。此外,还要使裹头顶面高程不断提高,将高1.0 m的混凝土防浪墙设置于裹头的顶部。

4.3 东岸引水干渠、东岸冲砂道以及西岸引水弯道的加固

冻融、冲刷等都会严重破坏底板表面及坡脚部位。为此，在设计初期，在原浆砌石底板上要浇筑12 cm的C30F200混凝土板,为了对高1.5 m内边坡加强防护,可以向其浇筑12 cm的C25F200的混凝土板。在开始实施的阶段,用厚15 cm的混凝土板代替厚12 cm的混凝土板。此外，为提高混凝土板的抗冲稳定性,可以按照水流的方向,设置钢筋混凝土隔墙,每25 m设置两道隔墙,隔墙内伸入底板钢筋,连成一体。

4.4 土方回填加固

具体方法：①在填筑坝体之前,碾压试验是关键环节，此时可以利用《水利工程堤防施工规范》(SL 260-1998)的方法,验证砂、土料、砾料的压实情况。②在铺填作业的进行中,最低处作为起始点,不顺坡铺填。③填筑时注意避免乱倒乱铺的现象产生,将作业面分层,分层结束后的任务就是统一进行铺土、碾压。④对铺土厚度的要求，必须小于等于40 cm。⑤压实度>0.92。

4.5 加固自溃坝和溢流堰

溃坝的基础就是原始河床,在原址拆除后,要重新来建自溃坝,坝基是C20混凝土护底,坝体是由沙砾石填筑而成,同时上游侧设置干砌石及防渗土工膜。溢流堰顶面和下游面混凝土受到一定程度的磨蚀,再加上防渗和防冲墙深度都与工程要求相差较大，因此需要拆除表层C20混凝土,拆除后再重新浇筑，使用C30混凝土即可，堰后增设混凝土护坦与钢筋石笼防冲槽两个部分。

4.6 对建筑物过流面抗磨的加固

先加固闸室底板,因闸室底板遭受到不同程度的冲磨。基于此,应该与各闸冲磨破坏的情况紧密结合，再利用不同等级和强度的混凝土加强防护,采取的是以下措施:凿除原底板20 cm冲磨破坏层,底层一般使用15 cm的C30混凝土去浇筑,从根本上避免冲磨到表层,采取的主要方法就是向其浇筑5 cm高强混凝土。在工程实施阶段，最为复杂的是混凝土分层施工，5 cm高强混凝土缺少足够厚的抗磨层,抗冲磨能力不够,也很难保证工程质量。根据各闸泄流及冲磨破损情况,抗磨加固可以利用泄洪闸和东岸总进水闸,东西岸冲沙闸底板可以使用50 cm的C50F200硅粉混凝土砌卵石,东西岸进水闸底板用20 cm的C40F200硅粉混凝土。此外，要加固闸墩、侧墙过流面，增强抗磨性。因消力池侧墙底部、闸室侧墙、闸墩均有冲磨破坏现象普遍存在，所以有必要对闸墩、侧墙及消力池侧墙的高度进行加固，使用3 cm常态环氧沙浆为宜。

4.7 泄洪闸、西岸冲砂闸防冲加固

泄洪闸闸后缺少具有足够深度的防冲墙,所以设计初期对其加固就要利用增补混凝土防冲墙。在开始实施之后,要考虑到大面积深开挖在很大程度上影响着原闸室基础的稳定性,再加上有丰富的地下水,施工期不易排水。因此，加固方案需要改进,具体做法是:先在泄洪闸原防冲齿墙铺设混凝土柔性软排,之后就具有很强的防护性能。设计初期还没掌握足够的资料和基础情况,而且西岸冲砂闸闸后防冲墙的深度还远远不够,所以用新增混凝土防冲墙就是当前拟采用的加固对策。

在实施时,对比原有的西岸冲砂闸设计图,进行基础开挖,以此来确定西岸冲砂闸原防冲墙深度已达到计算埋深,将浆砌石护底铺设好,达到基本的冲刷要求,基于这种情况,就可以取消西岸冲砂闸防冲加固这一环节,加固处理也无需开展。

4.8 混凝土工程

1)施工顺序:先下后上的顺序,达到混凝土浇筑施工一次成型的目的。

2)拌和混凝土:不同的骨料应该堆放在不同的位置,并设置隔离设施,堆放水泥及外加剂时要做好防潮、防雨措施；混凝土拌和过程中使用的是1.5 m3/盘强制搅拌机,拌和前要将各项准备工作做好；认真计量混凝土拌和所需的材料,每次开工前必须校验电脑称重系统,对用水量加强控制,确保混凝土施工配合比的合理性。

3)混凝土浇筑:一般在混凝土浇筑前,需要说明浇筑强度并将具体方案提交给监理工程师,只有在监理验收同意的情况下才能开仓浇筑；混凝土浇筑前要做足准备工作,为了保持浇筑的基础面湿润，要向上面洒入适量的水,使其表面保持湿润,验收记录也要做好；要注意新老混凝土

的结合面,用凿毛处理的方式来应对老混凝土,之后用清水冲洗,结合层利用的高标号砂浆厚2～3 cm,分层浇筑混凝土；入仓混凝土不得在外面堆积起来,最好的办法是随浇随平仓,向倾斜面浇筑时,遵循的原则是先从低处进行,再持续上升；质量不合格的混凝土不得入仓,并且混凝土浇筑不可以随意间断,确保能连续浇筑。此外,混凝土浇筑时，还要注意对振捣器的正确使用,使混凝土的最大密度得到根本保证,这对于工程加固具有重要意义。

4.9 上下游护岸工程

在工程设计初期，混凝土护坡的设置尤为重要，一般是将其设置于西岸引水弯道上游左岸、东岸总进水闸上游右岸各100 m范围内,向冲刷深度以下深入护坡基础。在实施阶段,应该全面考虑施工期不易排水的问题,施工中所选用的加固方案必须要合理。可以利用现状护坡,现有的护坡基础河床面需要铺设混凝土软排柔性护底。

5 结 语

综上所述,新疆阿克苏河艾里西引水枢纽除险加固工程中的进水闸工程设计要求设计人员收集更多的原始资料,制定合理的工程加固方案。应该先进行水闸现状的复核验算,之后以安全鉴定分析为基础，将问题找出来，利用科学有效的除险加固措施来解决,从根本上保证工程质量。