河套灌区水闸病害成因分析及防治措施
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[摘要] 近年来，尤其是冬季气候异常，虽然国家对河套灌区水利工程进行改建、扩建，但是还有很多水闸经过多年的运行，冻胀、冲淘等破损严重。为了能更好的将改造后的工程发挥最大效益，对我灌区的水闸病害进行分析并采取了积极的防治措施，取得了较好的成效。
[关键词]河套灌区水闸
中图分类号：TV66文献标识码： A
河套灌区处于西北干旱地区，年蒸发量1800-2441mm，降水量130-220mm，无灌溉即无农业。水利在河套地区起着重要作用。从解放初开始，河套灌区灌排体系逐步形成，完善配套，形成了现在灌溉面积800多万亩的全国最大一首制灌区。
河套灌区干渠、分干渠上共有公管中小型水闸605座，是灌区灌排体系的枢纽。其中大部分建设于六七十年代，经过三十多年的运行，水闸老化破损严重，大部分带病运行，每年都需要进行维修，不仅浪费大量的人力物力，影响正常运行，而且使工程寿命大大缩短，发挥不了应有的效益，严重制约着河套灌区的发展。如何在现有工程条件基础上用最小投入，改善水闸老损现状，发挥其最大效益是水利管理工作的一大课题。经过在实践中分析总结，河套灌区水闸病害形成的主要原因是冻胀破坏、消能不足、冲淘破坏及管理措施不完善等几个方面。
河套地区年平均气温，最低气温5.4℃-8.8℃，最低气温-31.4℃,冻结指数636.2-1739.8度日。冻结深度在0.5-1.2m之间，冻害破坏严重。内蒙古水利科学研究院于1987-1988年，在河套灌区做了较全面系统地下水建筑物冻害调查研究。在灌水渠上调查水闸253座，遭受冻害破坏的占70.8%，从中可以看出冻害的严重性。我们在日常观测中发现遭受冻害破坏最普通、最严重的是水闸的上下游翼墙，其次是上游铺盖和下游消力池。
河套灌区水闸的翼墙大多是重力式浆砌石墙，一般基础埋深在冻深以下，可以不受基础底面法向冻胀力的影响，但不能消除切向冻胀力和水平冻胀力。冻土的融化使地基承载力降低，致使翼墙前倾，翼墙墙体后回填土的含水量较大、地下水位较高，产生较大的水平冻胀力，使墙身受到破坏。水闸不同部位受到的冻胀力也有所不同，受到的冻胀力不可能是单一的，也可能是综合的，在设计中就作具体分析。为了防止翼墙的冻害破坏，可采用深埋基础和换填墙体后回填土的方法，将基础底面深埋于冻层以下一定深度，以避免冻土法向冻胀力的破坏。一般要求埋于冻层以下25cm，这种方法结构简单，效果好，但费用较大，同时深挖、排水等施工带来一定的困难。换填即将墙体后容易冻胀的土挖除，换以易排水不易冻胀的材料，如碎石、砂、风积沙等，目的是消减墙体后水平冻胀力。另外有翼墙上设排水，降低墙体后地下水位也能起到较好的防冻效果。例如黄济干渠一闸、沙园分干渠口闸下游翼墙因冻害破坏向渠中倾斜，严重威胁闸室安全，经拆除重建，墙体后换填风积沙，设置排水等措施，减少了冻害破坏。另外采用扩大式基础可起到很好的抗冻效果，而且结构简单，造价低，在河套藻区的应用前景非常广阔，在冻胀防治中应用土工复合材料也取得了很好的效果，越来越受重视。
由于本地区水闸消能设施一般为挖深式消力池，秋浇后消力池中的水无法排出，到了冻结期结冰，破坏消力池，特别是浆砌石消力池的混凝土保护层。闸前积水对上游铺盖的破坏也很严重，在新修水闸时，应采取选择抗冻性强的水泥，降低混凝土的水灰比，在常年积水的部位加强防冻保温措施，做好排水设施，尽量减少闸体的积水，严格控制施工质量等措施，增强抗冻能力，防止冻害发生。
冲淘破坏及防治措施
水闸泄水时，部分势能转化成动能，流速增大，冲淘闸体及渠底，不危害水闸安全的冲淘是允许的，但对于有害的冲淘，必须采取适当的防治措施。
河套灌区水闸的消能工一般为挖深式消力池内设消力墩等辅助消能工，消力池后设浆砌石或干砌石海漫与渠道衔接。由于河套灌区水闸大部分建设于六七十年代，流量设计是按照当时的灌溉面积进行设计的，随着灌区农业生产的发展，新开垦了许多高地、荒地，灌溉面积的不断扩大，复种、套种指数增加，加上受上游水情的影响，大流量、高水位运行时间延长，单宽流量较大，原有的消能防冲设施已不能满足实际运行的要求。主要是水跃不能发生在消力池内，引起海漫及渠底的冲刷破坏，造成闸后消能设施、护坡被冲坏，闸后形成冲坑，威胁闸体安全。据不完全统计，河套灌区水闸的90%闸后有明显的冲坑。例如97年秋浇结束后对杨干一闸闸后冲坑测量结果显示，冲坑长65米，最深处达4.5米。海漫末端基础已被淘空、塌落。与历年测量资料比较发现，冲坑不断加深而且在向上游发展，影响闸体的稳定。在进行治理后，消除了隐患。经过统计分析，大流量运行是导致冲坑形成和发展的直接原因。对于大流量运行导致消能不足造成的破坏，比较好的办法是增设二级消力池。选择适宜的最大单宽流量进行校核，根据相应的流量和下游水深设计池深和池长，使水跃再发生在二级池内，减小水流对海漫及闸后渠底的破坏。
对消力池底、海漫因抗冲能力差而引起的冲刷破坏，可进行局部修补，必要时增设一层钢筋混凝土保护层，以提高抗冲能力。
当闸下形成冲坑，为防止冲坑向上游发展淘空海漫基础，可在海漫末端设置铅丝笼抛石保护。
除采用上述措施外，利用柔性消能也是一项值得推广的新技术。例如在杨干一闸改建治理工程中采用了内蒙古农牧学院试验成果，在海漫上面设置废旧轮胎，利用轮胎在水流冲击下来回摆动来调整垂直断面的流速达到消刹能量的目的，经过一年的运行，效果良好，而且施做简单造价底，经济合理，值得推广。
科学管理，延长水闸使用寿命。
由于目前河套灌区的管理水平不高，管理手段还很落后，管理人员素质参差不齐，人为因素造成水闸的破坏也占很大比例，不按运行指标执行，不按规程操作，盲目蛮干的现象还存在。为此加强科学管理、提高人员素质十分必要。
根据水闸设计过流能力制定运行指标（正常流量、水位；警戒流量、水位）严格遵守，避免因超指标运行而导致的冲淘破坏；
严格执行闸门启闭操作规程，经常保养设备，延长设备的使用寿命；
做好日常观测检查，对裂缝、沉陷、位移及时发现，分析其产生的原因，采取措施改变和消除引起损坏的条件，本着“防重于修、修重于抢”的原则，把隐患消灭在萌芽状态；
建立健全各项规章制度，拟订合理的运行方式，严格按规定操作运行，实行管护责任制，加强管理。
总之，水闸病害形成的原因是多种多样的，需要我们在日常工作中注意观察发现，总结其规律，积极引进科技含量高的新技术，消化吸收。只要大家共同努力，水闸病害将会逐步减少，河套灌区的管理水平一定会迈上一个新台阶。
作者简介：
刘丽霞：女，1978年生，大学本科，工程师，在河套灌区解放闸管理局工作。近年来一直从事水利工程施工及管理工作。
何飞亮，男，1978年生，大学本科，工程师，在河套灌区解放闸管理局工作。近年来一直从事水利工程施工及管理工作。