高盼盼

（新疆水利水电勘测设计研究院 新疆乌鲁木齐 830000）

泄水闸抗冲耐磨措施的方案比选

高盼盼

（新疆水利水电勘测设计研究院 新疆乌鲁木齐 830000）

本文阐述了柯柯牙饮水枢纽各建筑物的技术参数、设计参数的选择，确定了泄洪冲沙闸的单宽流量。由于工程水文地质条件及水力条件所限，柯柯牙引水枢纽中泄洪冲沙闸抗冲耐磨层可供选择的材料方案主要为钢板、座浆干砌石灌浆和C60硅粉混凝土。为选定冲沙闸合理的抗冲耐磨层材料，通过对泄洪冲沙闸方案设计的影响因素分析，在工程规模及经济性相当的基础上，重点考虑施工难易度，结合工程养护与后期维修，对方案进行了系统的分析、论证与比较，经综合比选各方案的优、缺点后，确定C60硅粉混凝土方案为推荐方案。

泄洪冲沙闸；抗冲耐磨层；钢板；座浆干砌石灌浆；硅粉混凝土

1 工程概况

柯柯牙引水枢纽为新建枢纽工程，属中型Ⅲ等工程，位于新疆阿克苏地区温宿县境内，工程区西南距温宿县26 km，距阿克苏市37 km。工程场址多年平均年悬移质输沙量为151.9×104t，多年平均年推移质输沙量为45.57×104t。闸址区全新统冲积层（Q4al）分布于河床、漫滩及Ⅰ级阶地上，厚度大于2～3 m左右，灰色卵砾石，磨圆度较好。现场河床表层有大量漂石，粒径大于40 cm。新建枢纽由上游整治段、泄洪冲沙闸、溢流堰、右岸进水闸、左岸进水闸及下游整治段等组成。泄洪冲沙闸由上游铺盖、闸室段、下游护坦、防冲墙及混凝土软排等组成，在主河槽两侧紧邻左、右岸进水闸各布置一孔。

2 主要建筑物设计参数的确定

2.1 主要技术参数

1）建筑物等级：3级。

2）设计洪水频率：20年一遇；校核洪水频率：50年一遇。

3）泄洪量：设计值，209 m3/s；校核值，454 m3/s。

4）引水流量：设计值，14.5 m3/s；加大值，17 m3/s。

5）闸室参数：泄洪冲沙闸2孔，单孔净宽8 m，闸室长15 m；左岸进水闸1孔，单孔净宽2 m，闸室长15 m；右岸进水闸2孔，单孔净宽4 m，闸室长15 m。

6）溢流堰参数：堰型为WES实用堰，堰宽42.4 m。

2.2 设计参数的确定

根据闸址处河道横断面的测量结果，主河道落淤后平均河床高程约为1 507.50 m，主河槽的最深处河底高程为1 507.0 m。

（1）泄洪冲沙闸：按照工程设计一般情况，多泥沙河流泄洪冲沙闸的闸底板高程应保持一致或稍做提高，以防止下游淤积影响水闸的过流能力，或造成其他的不利影响。确定泄洪冲沙闸的闸底板高程与平均河床高程同高为1 507.50 m。

（2）进水闸：底板高程的确定首先要满足下游灌区引水高程的要求，并考虑引水时尽量将泥沙留在引水闸上游减少下游渠道的淤积，本次进水闸闸底板高程较泄洪冲沙闸底板高程高1.5 m，则闸底板高程为1 509.0 m。

（3）闸前正常工作水位：以满足右岸进水闸加大引水流量15 m3/s及左岸进水闸设计引水流量2.0 m3/s为基本原则，在此基础上尽量降低正常工作水位，以使进水闸在来水量较小的情况下能顺利引水。根据引水流量及下游渠道水位，经计算选取闸前的正常工作水位为1 510.09 m。

（4）溢流堰：堰顶高程需保证灌区引水灌溉的要求。进水闸正常引水水位（加大）即为溢流堰堰顶高程，此时引水闸闸前水位为1 510.09 m，即堰顶高程为1 510.09 m。

通过各建筑物设计参数的确定及水力计算，各建筑物规模特征参数见表1。

泄洪冲沙闸共2孔，总净宽16.0 m，设计洪水频率下泄流量152.9 m3/s，单宽流量9.56 m3/s；校核洪水频率下泄流量231.3 m3/s，单宽流量14.46 m3/s。对于输沙量较大、含砂颗粒较大的柯柯牙河来讲，泄洪冲沙闸闸室及护坦的抗冲耐磨措施的选择对整个工程的耐久性和使用年限起着至关重要的作用。

表1 各建筑物规模特征参数一览表

3 冲沙闸抗冲耐磨方案构思

柯柯牙河河谷狭窄，河床坡降大，汛期水流湍急，洪水中夹杂大量风化岩石，粒径较大，推移质在水中以滚动、滑动和跳跃等方式运动，对过流表面不仅有磨损作用，而且有冲击破坏作用。为防止高速含砂水流对建筑物的冲刷，闸室及护坦底板、闸墩及护坦边墙一定高度范围内将采用抗冲磨性能好的材料。综合考虑工程地质、水文及水力条件本次拟采取钢板、座浆干砌石灌浆及高强度硅粉混凝土等作为水闸抗冲耐磨层材料，并根据材料性质的不同选定3种方案进行比选确定。

3.1 比选材料的技术特点与施工工艺

3.1.1 钢板

技术特点：在底板及边墙表层镶嵌20 mm厚钢板，抗冲流速小于10 m/s。

施工工艺：锚固钢筋与钢板焊接，与建筑物钢筋绑扎在一起，再浇筑混凝土，施工工艺较简单。

3.1.2 座浆干砌石灌浆

技术特点：钢筋混凝土底板表层铺设座浆干砌石灌浆，厚度0.5 m，座浆及灌浆标号C25混凝土，抗磨强度大。

施工工艺：闸室及护坦底板钢筋混凝土施工结束后，在表层铺设0.1 m C25混凝土，再铺设两层卵石（粒径0.2 m左右），再灌浆，施工工艺简单。

3.1.3 高强度硅粉混凝土

技术特点：掺用硅粉10%左右，强度达到60 MPa，抗磨强度大，易与底板及边墙其他标号混凝土结合，耐久性较好，均匀磨损。

施工工艺：底板及边墙混凝土浇筑时，应使不同标号混凝土浇筑为一体，不应留缝。C60硅粉混凝土强度易达到。施工工艺简单。

3.2 抗冲耐磨方案设计

3.2.1 闸室钢板抗冲设计

闸室及护坦主要采用25钢筋混凝土结构，闸墩高6.0 m，闸墩厚0.8 m，闸底板厚1.0 m，护坦底板厚0.8m，底板表层及边墩（墙）0.75m高范围内镶嵌20mm厚钢板，将锚固钢筋与钢板焊接，使锚固钢筋与主体钢筋绑扎在一起，见图1。

图1 闸室钢板抗冲

3.2.2 闸室座浆干砌石灌浆抗冲设计

闸室及护坦主要采用25钢筋混凝土结构，闸墩高6.5 m，闸墩厚0.8 m，闸底板厚1.5 m，护坦底板厚1.3 m，底板表层0.5 m铺设座浆干砌石灌浆，见图2。

图2 闸室座浆干砌石抗冲

3.2.3 闸室C60硅粉混凝土抗冲设计

闸室及护坦主要结构设计同钢板抗冲方案，底板表层0.20 m及边墩（墙）0.75 m高范围内为C60硅粉抗冲耐磨混凝土，见图3。

图3 闸室C60硅粉混凝土抗冲

4 方案比选

方案比选的首要条件是所有方案其工程安全性和可靠性应满足使用要求，因此通过计算及优化确定方案合理尺寸，考虑冲沙闸抗冲耐磨的功能，从工程规模与经济、施工难易、养护运行等多个方面对方案进行综合比选。

4.1 工程规模与经济性

本次参与比选的3个方案，分别经过计算与优化，最终确定每个方案的最优结构型式及材料工程量。3个方案的主要工程量及造价见表2。

表2 主要工程量及造价

单纯从经济角度来分析，钢板防冲方案造价最高，座浆干砌石灌浆、C60高强度硅粉混凝土2个防冲设计方案的造价较低，且建设规模比较接近。

4.2 施工难度

这三种比选方案仅从施工难易度上分析比较，不同的方案其施工工艺的重点难点根据防冲材料种类的不同而侧重点有所区别。钢板抗冲方案其施工的重点及要点集中在钢筋与钢板的焊接上，与建筑物钢筋绑扎过程中，实现混凝土的充分振捣密实；座浆干砌卵石灌浆施工工艺要求垫层面碾压、整平，且基面上需铺设砂浆过渡层，往砌筑完成的干砌卵石层充填灌注砂浆时，需人工捣实；C60高强度硅粉混凝土施工难点是应克服C60硅粉混凝土易产生早期塑性干缩及易产生温度裂缝的问题。这三种方案在施工熟练度足够的情况下均能较好的满足施工工艺要求。相比较来说，钢板防冲方案中钢筋绑扎与焊接对施工技术要求较高；座浆干砌卵石灌浆施工过程中对于工程找平要求度高且人工捣实度应达标，施工工艺要求较高；C60高强度硅粉混凝土控制好配合比及后期养护是重点，施工工艺较为简单。

4.3 养护与运行

从养护和后期运行的角度对三种方案进行比较。钢板抗冲方案养护时做好混凝土养护使得钢板能够同钢筋混凝土良好的胶结为一体即可，但是据三门峡工程的多年原型观测资料证明，钢铁材料抵抗悬移质泥沙冲磨能力实际上是比较低的，当水流断面平均流速超过10 m/s时，钢板等镶互材料即开始发生磨损，后期运行维护工作较困难；座浆干砌卵石灌浆施工时分段养护，及时洒水保潮、进行充分养护，即可获得良好的耐久性、防渗性，在实际运行中砂浆的胶结能力决定了工程的整体性能；C60硅粉混凝土的养护中，保持表面潮湿是关键，在养护时间不少于21 d的条件下，其耐久性和强度能得到充分的发展，其抗冻胀性能良好，工程整体性较好。从养护和运行的角度比较，相对来说C60硅粉混凝土的整体性较好，工程不存在薄弱节点，其耐久性、稳定性更能满足于工程需求。

5 结论

经多方面比较，钢板抗冲方案造价最高，施工要求度较高且养护运行过程中潜在问题较大，不易解决。对于投资规模相当的C60硅粉混凝土方案及座浆干砌卵石灌浆方案相比较，C60硅粉混凝土在施工方面更加简单，且工程养护运行过程中更为稳定，工程后期维修费用会更少，从工程稳定性、耐久性等角度对比其后期优势更加明显。因此经综合比选后，推荐C60硅粉混凝土方案为柯柯牙泄洪冲沙闸的抗冲耐磨层设计方案。

Scheme Comparison of Abrasion Resistance Measures of the Water Release Gate

GAO Pan-pan

Selection of technical parameters and design parameters of each hydraulic structure belong to the Kekeya Water Diversion Project was described.Unit discharge of the flood-discharging and sand-sluicing gate was determined.Due to the limitation of engineering hydrological and geological conditions and hydraulic conditions，steel plate，drylaid stone grouting on base slurry and C60 silica fume concrete were the alternative material solutions for abrasion resistance layer of the flood-discharging and sand-sluicing gate in Kekeya Water Diversion Project.To select a reasonable material for abrasion resistance layer of the sand-sluicing gate，influence factors of scheme design for the flood-discharging and sand-sluicing gate were analyzed.On the basis of equivalence of project scale and economy，the construction difficulty was focused on.Schemes were systematic analyzed，demonstrated and compared by combining with project maintenance in the future.After comparing the advantages and disadvantages of each scheme，the C60 silica fume concrete scheme was recommended.

flood-discharging and sand-sluicing gate；abrasion resistance layer；steel plate；dry-laid stone grouting on base slurry；silica fume concrete

TV66

B

1006-8139（2017）02-021-04

2017-02-28

2017-03-02

高盼盼(1985－)，女，2011年硕士研究生毕业于河北农业大学水工结构专业，主要从事水利工程设计工作。