多浪水库南库放水闸改建方案

张舒烨

(阿克苏绿洲水利工程建设监理站，新疆维吾尔族自治区 阿克苏 843000)



多浪水库南库放水闸改建方案

张舒烨

(阿克苏绿洲水利工程建设监理站，新疆维吾尔族自治区 阿克苏 843000)

塔里木灌区总灌溉面积14.66万hm2,多浪水库是塔北灌区唯一一座引水注入式平原调节水库，其放水闸包括新库放水闸和南库放水闸。通过分析南库放水闸存在设计漏洞、老化失修和不利于操作等问题，从工程规模、施工难易程度、基础处理难易程度、施工排水问题、工程耐久性、工程投资以及解决施工期与灌溉的矛盾等方面对加固和改建两种方案进行综合比较，提出经济适用可行的南库放水闸改建方案，以确保水库安全运行。

南库；放水闸；改建；方案

1　概　况

多浪水库是农一师塔北灌区唯一一座引水注入式平原调节水库[1]，水库为土坝工程，灌区总人口约7万人，工农业总产值达到13.2亿元。多浪水库放水闸包括新库放水闸和南库放水闸，建于1965年的南库放水闸位于南库T线0+600处，为双孔钢筋混凝土箱形涵洞，孔口尺寸为2.2m×2.5m，设计流量25m3/s，潜没式平面钢闸门，启闭机为15t手电两用螺杆式启闭机，闸墩顶高程1038.0m，闸底板高程1031.2m。

2　南库放水闸存在的主要问题

南库放水闸属典型的“三边工程”。经过50多年运行，老化失修严重[2]，主要存在以下几方面问题：

(1)闸顶超高不足。经复核计算，坝体及闸顶超高不足，这增加了水库蓄水难度和大坝风险。

(2)设计标准偏低。查阅原设计资料，南库放水闸原设计结构为C15混凝土，闸前铺盖和闸后防冲设施存在多处浆砌水工砖结构。

(3)混凝土老化。经碳化试验检测，闸室进口连接段混凝土水上部分碳化现象严重。闸室进口连接段边墙存在横向裂缝，右侧与闸室接缝处存在严重侧向绕流现象，最大绕流量达到0.6m3/s,曾多次进行过抢险维修。边墙混凝土结构虽经多次加固维修，但局部仍然存在裂缝及混凝土脱落现象。闸后消力池、边墙水工砖结构出现裂缝，海漫段经多年运行坍塌现象较多，每年需投入大量人力物力进行抢修加固，现形成块石压梢结构，标准偏低，结构耐久性较差。另据消能防冲复核计算，现状闸后消力池深度0.4m不满足要求。

(4)闸门及启闭设施老化问题。钢闸门锈蚀，止水破损，闭门后漏水严重，启闭机老化。

(5)闸后交通桥因设计荷载标准低，现无法通行大型车辆，交通和运行管理十分不便。

(6)人饮取水口设在闸室进口连接段闸墩处，从闸顶捆绑泵管抽水，其结构设置简易，不利于取水安全。

3　放水闸除险加固方案

针对南库水库放水闸存在问题，现提出原闸加固和选址改建两种方案。

3.1南库放水闸加固方案

本方案计划在原闸基础上进行加固，保留结构较稳定的闸室段、闸房以及闸后箱涵段，其余部位按存在的安全问题逐一进行除险加固。

3.1.1超高问题

南库T线坝顶高程为1038.9m，防浪墙顶高程为1040.1m。首先，需将闸室进口连接段加高方可满足超高要求。其次，由于闸室进口连接段边墙存在横向裂缝以及右侧侧向绕流现象,可保留结构完好的原底板部分，将闸室进口连接段中墩及侧墙拆除，重建钢筋混凝土结构，可解决上述问题。加固后闸室进口连接段顶高程1038.9m，顶部设钢筋混凝土防浪墙墙顶高程1040.1m。

3.1.2闸前铺盖问题

需将原铺盖拆除，新建20m长，40cm厚C25混凝土结构铺盖，边墙采用钢筋混凝土悬臂式挡土墙结构。同时，为增加闸室渗流稳定性，在铺盖前设多头小直径截渗墙，截渗墙深10m，厚20cm，闸室段截渗墙与坝体截渗墙连成整体。

3.1.3闸后消能防冲段加固

将原浆砌水工砖结构消力池及海漫段拆除，新建C25钢筋混凝土消力池及浆砌块石海漫防冲段。

3.1.4闸后交通桥问题

在新建消力池上设7m宽交通桥，荷载设计标准采用公路-Ⅱ级。

3.1.5工作闸门门槽混凝土剥落、钢闸门锈蚀、启闭机老化问题

需更换工作闸门、门槽预埋件及启闭机，工作闸门采用工厂定制的整体性较好的铸铁闸门套件，启闭机选用2台20t手电两用螺杆式启闭机。

3.1.6方案优缺点

优点：本方案利用原闸进行加固，保留原有闸室段及箱涵段。原闸后块石可继续利用作为浆砌块石材料。

缺点：

(1)通过复核放水闸过水流量，原闸在死水位1032.85m时，过流能力仅为11.23m3/s，达不到原设计放水流量25m3/s的过流要求，放水规模严重不足。

(2)拆除工程量大，拆除难度较大，加固后新老混凝土连接处理复杂。

(3)原消能防冲设施拆除后地基处理问题较多，地基处理存在许多不确定因素，施工处理及基础回填碾压质量难以保证。

(4)施工期下游放水渠存在回水问题，需在下游设置围堰。

(5)施工期排水问题比较突出，T线坝体施工及南库内料场挖排降水取土均需考虑排水问题，需在坝体新开挖排水出口及库内导流渠解决施工排水问题。

(6)施工期受水库蓄水及灌溉时间限制，施工工期紧，且无法解决施工与灌溉矛盾，缺乏应对突发事件的能力。

(7)工程主体部分闸室及涵洞段结构为C15混凝土，设计标准偏低问题无法得到解决，工程耐久性及工程使用寿命无法与新闸相比，仍存在工程隐患。

(8)加固后由于水库正常蓄水位抬高0.8m，闸室结构抗滑及抗倾覆稳定需重新复核验算。

3.2南库放水闸改建方案

南库放水闸改建可在原址改建或另选闸址改建，因为原闸址拆除改建工程量较大，且拆除后基础处理难度较大，不确定因素较多，施工工期受水库蓄水放水限制，施工与灌溉矛盾突出，投资较大等问题。改建方案采用另选闸址新建方案。

根据地质钻探调查结果，在原闸右侧100m处(即T线0+700)，基础条件较好，可作为新闸闸址。新放水闸建成后将原放水闸采用混凝土封堵，并在闸前开挖400m库内沟通渠，在闸后新建420m连接渠与原放水渠相连。

改建后放水闸结构布置型式：钢筋混凝土开敞式水闸，设计流量25m3/s，闸孔尺寸采用3孔×3m，闸前带胸墙式结构型式，闸门为潜没式平面钢闸门，中墩厚1.0m，闸室总宽11.0m，闸室长13.5m，底板高程1030.8m，墩顶高程1038.9m。工作闸门槽前设检修门槽，工作闸启闭机采用单吊点螺杆式手电两用启闭机，闸顶设闸房，闸房前设1.5m人行桥，闸后设净宽7.0m交通桥，闸后消力池采用C25钢筋混凝土结构，末端设T型消能墩，消力池深1.0m，长10.0m。闸前进水段采用C25钢筋混凝土悬臂式挡土墙结构，铺盖采用40cm厚C25混凝土结构。在进口段预埋φ80不锈钢管作为城镇供水取水口，并在原闸左侧修建取水井及闸房。为增加闸室渗流稳定性，在铺盖前设多头小直径截渗墙，截渗墙深10m，厚20cm，闸室段截渗墙与坝体截渗墙连成整体[3]。

优点：改建后放水闸规模达到原设计，即25m3/s。拆除工程量相对较小，基坑开挖后基础较容易处理，不存在施工围堰问题，施工期利用老闸作为排水出口，放水闸改建的基坑排水问题、T线坝体施工及料场挖排降水取土问题均能得到解决。闸后连接渠修建后，使得放水渠连接更为平顺。此外，保留原放水闸可提高灌区灌溉保证率及解决突发事件应对能力。

缺点：需新开挖放水连接渠和库内沟通渠。

3.3南库放水闸加固与改建方案比选

根据上述加固及改建方案，从工程规模、施工难易程度、基础处理难易程度、施工排水问题、工程耐久性、工程投资等方面进行综合比较。详细比较见表1。表中优缺点的等级以A、B、C计。

表1　南库放水闸方案比选

经表1综合比较，本工程选择耐久性较好、施工难度较小、规模满足设计要求的改建方案，即在原闸右侧100m(T线0+700)处新建放水闸方案，作为本工程南库放水闸的设计方案。

3.4南库放水闸改建方案水力计算

3.4.1闸孔尺寸初步拟定

放水闸采用钢筋混凝土开敞式水闸，根据闸孔过流要求，初步拟定闸孔净尺寸为9.0m。多浪水库死水位高程为1032.85m。为保证在枯水位期灌区灌溉用水最低水位要求，满足灌溉。改建放水闸底板高程与闸后渠底高程齐平，闸底高程定为1030.8m，堰上水头2.05m，根据《水闸设计规范》(SL265—2001)：

(1)

式中:Q为闸孔净尺寸放水流量,m3/s；hs为下游堰上水深，1.9m；H0为上游堰上水头，2.05m；B0为闸孔总净宽，9m；g为重力加速度，9.81m/s2；μ0为淹没堰流的综合流量系数，由式(2)计算：

(2)

上述计算结果为：水库在死水位高程为1032.85m、闸孔净尺寸9.0m时，放水流量为27.8m3/s。故多浪水库蓄水位在死水位以上时，放水闸的过水流量可满足灌区灌溉要求。

在正常蓄水位高程为1037.3m时，计算放水流量达到设计规模25m3/s的闸门开启度。

设计资料：闸前水头6.5m，闸孔宽度3×3=9m，按宽顶堰闸孔自由流公式为：

(3)

式中:μ为流量系数，μ=0.6-0.176e/H；e为闸

门开启度，m；ε为垂直收缩系数，《水力学》(人民交通出版社2011年版何文社主编)表8-7；B为闸孔宽，9.0m；H为闸前水头，6.5m。

代入公式计算得闸门开度-流量曲线，如图1所示。

图1　闸门开度-流量曲线

根据以上计算结果，闸门开度0.42m时，可以达到25m3/s的设计流量。

3.4.2闸后消能防冲设计

水库正常蓄水位1037.3m，放水闸设计流量25m3/s，闸底板高程1030.8m，闸后水深2.09m，闸后设深1.0m消力池，消力池首末端宽度均为11.0m。按宽顶堰泄流进行消能计算知，实际产生的水深仅为0.53m，消力池设计1.0m完全满足要求。

由于消力池末端设置了T型消能墩，消力池长度10.0m，可满足要求。

4　结　论

作为水库放水建筑，南库放水闸地位举足轻重。由于闸体结构破损，经过对加固和改建两种方案综合比较，确定南库放水闸需另选闸址新建。根据新建方案，设计流量25m3/s，为开敞式钢筋混凝土结构，3孔闸每孔宽3m，闸底板高程为1030.8m，闸墩顶高程1038.9m，工作闸门采用铸铁平面闸门，孔口尺寸3m×2m,闸后设置7m交通桥，设计标准为公路Ⅱ级。

[1]奉伟灵.塔里木灌区多浪水库水体更替周期计算[J]，科学与财富，2011(2):39.

[2]李红丽.新疆生产建设兵团农一师多浪水库渗流安全评价 [J]，中国水运(下半月)，2013(8):177-178.

[3]苗建全.多头小直径截渗墙技术在多浪水库除险加固工程中的应用 [J]，中国水运(下半月)，2013(4):46.

张舒烨(1972-)，男，工程师，主要从事水利建设监理工作。

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