庫斯臺(tái)渠首改造工程設(shè)計(jì)及施工

周哲文

（博爾塔拉蒙古自治州水利水電勘測設(shè)計(jì)院，新疆 博樂 833400）

庫斯臺(tái)渠首改造工程設(shè)計(jì)及施工

周哲文

（博爾塔拉蒙古自治州水利水電勘測設(shè)計(jì)院，新疆 博樂 833400）

水利工程在區(qū)域防洪、灌溉、供水中起著重要調(diào)節(jié)作用，但由于使用年限長，很多水利設(shè)施面臨腐蝕、滲漏、能力小于實(shí)際要求等問題。以新疆博州庫斯臺(tái)渠首改造為實(shí)例，闡述了渠首結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，以期為類似工程提供參考。

庫斯臺(tái)；渠首；改造工程；設(shè)計(jì)；施工

1 工程概況

庫斯臺(tái)渠首位于新疆博州境內(nèi)庫斯臺(tái)河河道上，為攔河式渠首，從右往左依次為泄洪閘、溢流堰、擋水堰、欄柵堰。渠首設(shè)計(jì)引水流量3m3/s，由左岸欄柵引水至大庫斯臺(tái)盤山引水渠，控制灌溉面積0.15萬hm2。設(shè)計(jì)洪水20年一遇，洪峰流量114.9m3/s，校核洪水50年一遇，洪峰流量137.3m3/s。工程等別Ⅳ等，?。?）型工程，主要建筑物4級(jí)，次要建筑物5級(jí)。

2 渠首主要改造內(nèi)容

庫斯臺(tái)渠首距今已有40年歷史，包括渠首閘、引水閘、沖砂閘等在內(nèi)的所有閘門及右岸護(hù)坡和海漫都受到嚴(yán)重腐蝕和洪水沖刷。本改造工程的主要內(nèi)容有：①維修渠首閘門，更換閘門橡皮止水和啟閉機(jī)；②新建分水閘部分的工作橋，更換分水閘部分的引水閘和沖砂閘閘門；③重建渠首值分水閘的渠道；④增設(shè)閘室上游鋪蓋，拆除渠首沖砂閘下游右岸損壞護(hù)坡和海漫，并進(jìn)行重建。

3 渠首改造相關(guān)計(jì)算和設(shè)計(jì)

3.1 閘門過洪能力復(fù)核計(jì)算

3.1.1 泄洪沖砂閘過水能力

根據(jù)渠首閘室結(jié)構(gòu)和流態(tài)特性，按寬頂堰自由出流進(jìn)行驗(yàn)算過洪能力，其中右岸泄洪閘（沖砂閘）按無坎寬頂堰。閘孔出流Q1按式（1）計(jì)算。

式中 σ為淹沒系數(shù)，取0.995；μ為流量系數(shù)，取0.542；b為水閘凈寬，取2m；H0為閘前水深，取4.2m；e為閘門啟閉高度，取1.4m；g為重力加速度。

本工程泄洪沖砂閘校核水位時(shí)過洪流量Q1=13.88m3/s，原尺寸滿足過水要求，因此不用擴(kuò)大。3.1.2 溢流堰過水能力計(jì)算

根據(jù)渠首閘室結(jié)構(gòu)和流態(tài)特性，判斷本工程堰型為有坎寬頂堰，其過洪流量Q2可按式（2）計(jì)算。

式中ε為側(cè)流量系數(shù)，取0.923；b為溢流堰凈寬，取5m；H0為堰上水深，取2.2m。

得出溢流堰過水能力Q2=24.44m3/s，滿足最大洪水要求［1］。

本項(xiàng)目欄柵堰堰型為無坎寬頂堰，利用相關(guān)公式驗(yàn)算其過水能力也滿足洪水要求，因此原渠首主體結(jié)構(gòu)尺寸不用改變。

3.2 主要改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)

3.2.1 護(hù)坡和海漫設(shè)計(jì)方案確定

庫斯臺(tái)渠首由于長時(shí)間被洪水沖刷，砂閘下游右岸護(hù)坡和海漫遭到嚴(yán)重?fù)p壞，對渠首基礎(chǔ)沖蝕深度越來越大，為防止地基再遭水流侵蝕，設(shè)計(jì)重建護(hù)坡和海漫，具體設(shè)計(jì)方案及優(yōu)缺點(diǎn)對比如表1。

表1 重建方案對比

經(jīng)過綜合比較，選擇方案2作為本改造項(xiàng)目的最終施工方案。

3.2.2 工作橋梁設(shè)計(jì)

工作橋梁是閘門啟閉的載體，本項(xiàng)目需新建工作橋梁5處。其中閘門屬4級(jí)建筑物，結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為Ⅱ級(jí)。自重G為11.8kN，啟門力Q為50kN，采用單吊點(diǎn)啟閉機(jī)。啟閉機(jī)選單吊點(diǎn)5t，重3kN，機(jī)墩重1kN，橋面人群荷載q為3kN/m2。

3.2.2.1 承載力計(jì)算

在估算了所有承載力后，對T形梁進(jìn)行強(qiáng)度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（基本結(jié)構(gòu)見圖1）［2］。 計(jì)算跨度L0=3.5m。 跨中彎矩設(shè)計(jì)值M按式（3）計(jì)算，最終得出M=76.91kN/m。

式中 γ0為安全系數(shù)，取1.0；φ為正常運(yùn)行期持久性，取1.0。

圖1 支承啟閉機(jī)的T形梁結(jié)構(gòu)

3.2.2.2 配筋設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目工作橋梁設(shè)計(jì)為單排鋼筋，根據(jù)估計(jì)工作橋梁的最大載荷，最終選用4φ25+5φ20，具體配置如圖2。

圖2 梁的截面配筋

3.2.3 渠道設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目渠首至分水閘之間引水渠長160m，該渠道承擔(dān)灌溉任務(wù)。原渠系為土渠，水利用系數(shù)低且灌溉能力不足，因此對該部分引水渠進(jìn)行重建［3］。

3.2.3.1 斷面設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目依據(jù)現(xiàn)場實(shí)測資料，遵循減少開挖、滿足防洪等要求設(shè)計(jì)，各級(jí)渠道縱坡基本與地面線平行。該段渠道設(shè)計(jì)流量3.0m3/s，平均縱坡均在0.72%。

渠道的斷面型式為梯形細(xì)石混凝土砌石斷面，并在渠肩用混凝土進(jìn)行壓頂。渠道底寬1.0m，邊坡系數(shù)為1∶1.5，渠道上口寬5.05m。

3.2.3.2 安全超高和壓頂寬度

渠道安全超高按照Δh=1/4hj+0.2計(jì)算，其中hj為渠道加大水深。經(jīng)計(jì)算Δh=0.885m。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)渠道兩側(cè)的壓頂寬度采用0.5m，厚0.15m混凝土［4］。

4 施工技術(shù)分析

4.1 渠首沖砂閘施工

渠首沖砂閘改造內(nèi)容包括前鋪蓋、后鋪蓋、翼墻。其中前鋪蓋為40cm漿砌石，在施工時(shí)先將原閘室范圍內(nèi)基礎(chǔ)清干凈，開挖基礎(chǔ)和漿砌石施工。

閘室后鋪蓋及翼墻采用機(jī)械開挖，為保證質(zhì)量，在開挖的同時(shí)注意地下水抽取?；A(chǔ)開挖完成后進(jìn)行齒墻砌筑。

4.2 分水閘施工

分水閘的主要施工對象為工作橋梁，為C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工順序：支模板→支鋼筋→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)。

4.2.1 模板施工

主體為定型鋼模，在高度較低處采用簡易方木模板或架桿支撐。在閘墩及邊墻位置采用組合鋼模板，勾頭螺栓和對拉鋼筋固定，螺栓和鋼絲繩校正。

模板制作和安裝偏差滿足允許要求，具有足夠的剛度和強(qiáng)度，表面平整光潔，接縫嚴(yán)密不漏漿，不變形，安裝就位準(zhǔn)確，支撐牢固可靠。

4.2.2 鋼筋施工

各類鋼筋分類堆放，鋼筋防腐表面預(yù)處理前，必須將閘門表面的油污、焊渣等清除干凈。閘門表面預(yù)處理采用噴射方法，磨料為清潔干燥的剛玉砂，噴射用的壓縮空氣經(jīng)過濾，除去油污及其他雜質(zhì)。當(dāng)環(huán)境相對濕度大于85%及環(huán)境空氣溫度低于露點(diǎn)溫度3℃時(shí)，不得進(jìn)行噴射處理［5］。

焊接清理完成后，質(zhì)檢人員對所要綁扎的鋼筋進(jìn)行全面檢查，檢查項(xiàng)目包括：焊接、焊接長度、鋼筋表面有無裂紋和有無時(shí)顯燒傷，接頭軸線在不在一條直線上，合格后方可進(jìn)行綁扎，且綁扎均按要求進(jìn)行，確保工程質(zhì)量。

4.2.3 混凝土施工

立模完工后用壓力水進(jìn)行清倉，混凝土澆筑利用腳手架和雙輪車入倉。排架及工作橋采用現(xiàn)澆混凝土，預(yù)埋件一定按照設(shè)計(jì)尺寸預(yù)埋準(zhǔn)確?；炷翝仓创涡颉⒎较?、分層、厚度進(jìn)行，及時(shí)平倉，不得堆積，保證混凝土的澆筑連續(xù)性。因意外停澆，按施工縫處理倉面［6］。

混凝土澆筑時(shí)用插入式振搗密實(shí)，混凝土澆筑搭設(shè)平臺(tái)由人工甩料入倉。振搗時(shí)間以混凝土不再顯著下沉，不出現(xiàn)氣泡并開始泛漿為準(zhǔn)。避免漏振和過度振搗。及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)覆蓋，做好記錄，保持混凝土表面濕潤，但不能過多積水。

5 結(jié)語

（1）庫斯臺(tái)渠首改造工程總體規(guī)模較小，渠首閘門、護(hù)坡等經(jīng)過翻新后通水順暢，整體結(jié)構(gòu)牢固，灌溉能力也得到顯著提高。

（2）水利設(shè)施的翻新改造應(yīng)立足于原設(shè)施，在其總體規(guī)模滿足防洪灌溉的基礎(chǔ)上，盡量不進(jìn)行大量翻新，注意兼顧實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

［1］蘇丹，劉天朝.北店子引黃渠首改造工程水土保持方案設(shè)計(jì)［A］.中國水利學(xué)會(huì)2014學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下冊）［C］.2014.

［2］王守河，王鶴，黃遠(yuǎn)澤，等.雅嫩渠首樞紐改造工程設(shè)計(jì)［J］.東北水利水電，2014（11）：55-58.

［3］張孟希.灌區(qū)改造渠首設(shè)計(jì)水面線分析研究［D］.南京：河海大學(xué)，2007.

［4］李虹瑾，陳暉，陳順禮.曲條面引水渠首在阿韋灘渠首改造工程中的應(yīng)用［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2012（4）：64-67.

［5］趙蓉.栗子坪水電站渠首壩加固改造方案探討［J］.河南水利與南水北調(diào)，2014（9）：73-75.

［6］光榮.鹽環(huán)定渠首泵站技術(shù)供水改造方案的確定［J］.人民黃河，2014（2）：25-28.

（責(zé)任編輯：姜彤宇）

Analysis of design and construction of Kusitai irrigation system renovation project

ZHOU Zhe-wen
（Bortala Mongol Autonomous Prefecture Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Institute， Bole 833400，China）

Water conservancy projects plays an important regulatory role on regional flood control， irrigation， water supply，but because of long service life， a lot of water conservancy facilities face problems such as corrosion， leakage and inadequate ability.Xinjiang Bortala Mongol Autonomous Prefecture irrigation system reform is taken as an example，this paper analyzes the irrigation system structure design and construction technology，so as to provide a certain technical reference for similar projects.

Kusitai； canal head； renovation project； design； construction

TV6

B

1672-9900（2017）03-0029-03

2017-04-05

周哲文（1985-），男（漢族），甘肅武威人，工程師，主要從事農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)工作，（Tel）15999067660。