浅谈新疆某渠首泄洪冲砂闸的校核计算与优化设计

　　摘 要：新疆博尔塔拉河上的某渠首泄洪冲砂闸调度运行不合理，当上游河道来水超过引水流量时，采用泄洪冲砂闸关闭，进水闸不全开的调度形式，致使上游河道在闸前产生壅水，河水越过泄洪冲砂闸闸顶，下泄多余水量，造成渠首上游河道淤积。基于此，笔者对新疆博尔塔拉河上的某渠首泄洪冲砂闸安全程度进行了校核计算，以期对其除险加固改造设计提供必要的技术支持。?

　　关键词：新疆博尔塔拉河上的某渠首；泄洪；冲砂闸；校核

　　一、工程概况

　　新疆博尔塔拉河上的某渠首位于昆屯仑牧场以西 400m处博河河道上，上距温泉渠首约 12.1km，下距二干渠渠首约 23km，兴建于 1989 年，渠首顺水流方向为自西向东，设计洪水标准为 20 年一遇、洪峰流量为 194m?/s，校核洪水标准为 50 年一遇、洪峰流量为 295m?/s。该渠首主要用于灌溉引水，分别给五一干渠和昆屯仑干渠供水。五一干渠设计引水流量 3.5m?/s，控制灌溉面积 2.5 万亩，昆屯仑干渠设计引水流量 4.0m?/s，控制灌溉面积 5.0 万亩，主要承担温泉县安格里格乡、昆屯仑牧场及 88 团的灌溉任务。经长年运行，河道推移质磨损导致上游铺盖、泄洪冲沙闸闸底板、闸墩下部、下游护坦磨损破坏严重，已危及渠首工程安全。

　　二、泄洪冲砂闸校核计算

　　1．闸室结构稳定验算

　　新疆博尔塔拉河上的某渠首泄洪冲砂闸现状：采用弧形钢闸门，共 3 孔，每孔净宽 B0=6.0m，中墩厚 B1=0.8m，闸墙厚 B2=0.5m，闸室垂直水流向总宽 B=2L=20.6m（L为按弹性基础梁计算时的底板板条半长）；闸底板厚D=0.8m；闸室顺水流向长 L0=9.0m，其中从门槽（门槛）上游边算起的上游段长 L1=20.0m，下游段长 L2=29.5m；门槛处墩墙高 D1=4.0m；从水平止水顶面算起的上游水深h2=3.35m（水平止水距底板顶面的距离采用 0.45m）；交通桥作用于每个中墩上部荷载为 F1=67KN，作用在每个闸墙的上部荷载为 F2=41.5KN；工作桥作用于每个中墩上部荷载为F3=133KN，作用在每个闸墙的上部荷载为 F4=92KN；挡水时：闸底上游端扬压力为 18kN/m2，下游端扬压力为6kN/m2（三角形渗压的上游端压力位 ω1=12 kN/m2，矩形渗压的压力位 ω1=6kN/m2。

　　闸身抗滑稳定计算以关门挡水时上游有水下游无水、闸底沿地基表面滑动作为计算控制条件，只计摩阻力，不计凝聚力；扬压力按三角形及矩形考虑；闸上游水压力从底板水平止水面算起，作用宽度计算至闸墙前端垂直止水处，垂直止水近似按 1/2 闸墙厚度处；底板水平止水以下的水平渗压近似按矩形考虑，作用宽度为底板总宽。各部位作用力及力矩计算见表 1。

表 1 闸室各部位作用力及力矩计算表

　　由表 1 知，无水情况时，垂直力总和为 43,690.5kN，力矩总和为-3,639.85kN?m（向上游方向旋转）；有水情况时 ， 垂 直 力 总 和 为 43,251.66kN ， 水 平 力 总 和 为2,059.99kN，力矩总和为-6,244.9kN?m（向上游方向旋转）。

　　2．闸室基础渗流验算

　　改进阻力系数法是由我国南京水利科学研究院人员在研究阻力系数法的基础上进行了改进以后提出来的，此法既扩大了计算范围，又提高了计算精度，是目前普遍广泛采用的一种较精确的计算方法，是在独立函数法、分段法和阻力系数法等方法的基础上综合发展起来的一种精度较高的近似计算方法。

　　逐次向下游从作用水头值相继减去各分段水损失值（头也可由下游出口段从零开始向上游逐段累加各分段水头损失），即可求得各角隅点的渗压水头值：

表 2 各点渗透压力计算结果表（单位：m）

　　三、结论及改造设计

　　1．结论

　　通过上述计算，渠首的闸室稳定及渗流稳定均满足设计要求，闸室结构稳定，但经过现场调查，河道推移质磨损已导致渠首上游铺盖、泄洪冲沙闸闸底板、闸墩下部、下游护坦磨损破坏严重，因此需要对上游铺盖、下游护坦进行拆除重建，对泄洪冲砂闸底板、闸墩下部遭磨损破坏部位采用 C25高硅粉砼补强处理。

　　2．改造设计

　　依据安全鉴定结论，建议对泄洪冲砂闸所存在的问题进行进一步深入分析研究，合理提出工程改造方案，采取必要的工程措施，解决冲砂闸存在的安全问题，使其恢复正常运行。

　　（1）对上游残留部分进行拆除后，进行清基处理，清基厚度为 30cm，新建铺盖采用 C15 浆砌石结构，厚 40cm，齿墙采用 C20 砼现浇结构，深 2.5m。

　　（2）将泄洪冲砂闸底板进行、闸墩下部遭磨损破坏部位处松动的原砼结构进行剔除后，采用 C25 高硅粉砼补强处理。

　　（3）将泄洪冲砂闸后部护坦底板拆除后进行清基处理，清基厚度为 60cm，新建护坦底板采用 C25 高硅粉钢筋砼与C20 砼现浇结构，底板厚 80cm，其中 C25 高硅粉钢筋砼衬砌层厚 30cm，C20 砼衬砌层厚 50cm。底板下设反滤层，每隔 3m 设置排水孔，排水孔直径为 φ50，采用 PVC 管。每隔 3m 设置横/纵缝，采用三毡四油进行填缝处理。

　　泄洪冲沙闸的校核是保证工程安全运行的决定性因素，根据行业资料，不少除险加固工程建成后，由于冲沙闸设计不当、超标准行洪等原因，常常会引起闸室下游防护以外的部分冲刷过度，进而危及防洪工程安全。文章对昆屯仓渠首除险加固工程泄洪冲沙闸进行了合理的校核，保证了运行时水流的均匀及泄洪闸作用的正常发挥。

　　参考文献
　　[1] 王朝江．喀麦隆曼维莱水电站主溢洪道和泄洪冲沙闸布置设计[J]．水利水电工程设计，2014，（3）．
　　[2] 郝海蛟．仙台水库泄洪冲沙闸基础处理设计[J]．东北水利水电，2015，（9）．