南坪船閘工程重要性及創新設計

姜滿山，　李夫仲

(安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥　230011)

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南坪船閘工程重要性及創新設計

姜滿山，李夫仲

(安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥230011)

摘要：澮河南坪船閘位于安徽省淮北市濉溪縣南坪鎮，為澮河航道5個樞紐工程的第二個梯級，目前南坪節制閘以下均建設有船閘，僅南坪和臨渙節制閘處未建設船閘，導致航道僅南坪節制閘以下航道通航。而目前淮北市境內尚無通航河流，南坪船閘的建設可溝通航道里程30 km，可豐富淮北及周邊地區交通方式，極大緩解公路運輸壓力等。因此，本項目建設對澮河航道發展及淮北市經濟發展均有重要意義。設計中對以往設計進行了優化設計，特別是閘室墻增設卸荷板以及翼墻采用鋼板樁結構，對以后的項目設計有較好的借鑒作用。

關鍵詞：澮河；南坪船閘；創新設計

澮河南坪船閘位于安徽省淮北市濉溪縣南坪鎮，為澮河航道5個樞紐工程的第二個梯級，目前南坪節制閘以下均建設有船閘，僅南坪和臨渙節制閘處未建設船閘，導致航道僅南坪節制閘以下航道通航。而目前淮北市境內尚無通航河流，南坪船閘的建設可溝通航道里程30 km，可豐富淮北及周邊地區交通方式，極大緩解公路運輸壓力等。因此，本項目建設對澮河航道發展及淮北市經濟發展均有重要意義。

1項目建設背景及工程地理位置

澮河南坪船閘位于淮北市濉溪縣南坪鎮，南坪節制閘處，上距臨渙閘30.5 km，下距蘄縣閘18 km。南坪船閘建設工程是沱澮河航道開發建設工程重點工程之一(圖1)。

圖1　南坪船閘在澮河航道中的位置

為了全面恢復澮河航運，豫皖兩省交通運輸部門做出了不懈努力，澮河復航工程1982年列入交通運輸部《淮河流域航運規劃報告》，1987年列入《淮河流域航運規劃要點報告》，1995年列入《全國內河水運主通道總體布局規劃》。2006年安徽省人民政府批復的《安徽省內河航運發展規劃》將澮河定性為區域性重要航道，規劃為Ⅳ級航道標準，列進2010年水運重要航道建設項目表中。根據豫皖兩省航運，港口總體布局規劃的要求和澮河經濟運量發展的需要，澮河航道開發工程全線按Ⅳ級標準建設的前期工作正在開展中。2011年底蘄縣船閘建成通航，蘄縣船閘建成后，南坪閘以下航道將通航，而南坪閘下淮北段僅3 km，大部分貨物仍需運至南坪閘下下水，目前淮北境內基本無其他航道可通航，制約了當地經濟的發展。2013年初南坪至蘄縣段航道維護性疏浚實施，2015年底固鎮復線船閘已建成通航；為發揮航道及已建船閘的工程經濟效益，也迫切需要建設南坪船閘。

2建設必要性

2.1是腹地社會經濟發展和中部崛起的迫切需要

南坪船閘工程是沱澮河航運開發建設工程的重要組成部分。沱澮河航運開發建設工程直接經濟腹地地處沿海向中部地區梯度發展的過渡帶，具有聯系沿海、發展中部的功能和區位特征。

沱澮河腹地土地肥沃，物產豐富，乃是國家商品糧生產基地和重要的能源工業基地之一。腹地內煤炭儲量近百億t，是蘇、浙、滬等東部發達地區重要的能源和原材料供應基地。直接腹地涉及商丘、永城、淮北、宿州四市，既有我國重要的煤炭工業城市，又有華東地區重要的交通樞紐城市，以及腹地商貿中心、綜合性加工業和區域性中心城市等，各具特色，發展前景廣闊，潛力巨大。“十一五”及今后一段時期，腹地內經濟將以年均11%～20%的速度增長。為有效保證腹地社會經濟的可持續發展，尤其是煤炭資源的開發，變資源優勢為經濟優勢，加快融入長三角地區，促進中部地區崛起，必須實現貨暢其流，因此迫切需要加快交通基礎設施建設。

2．2是腹地運輸發展的迫切需要

沱澮河溝通豫、皖兩省，通過淮河、京杭運河與長江航道銜接，航運歷史悠久，自古以來就是腹地運輸的主要通道，為豫皖兩省經濟發展和沿河人民生活發揮了巨大作用。隨著腹地工農業生產的不斷發展，特別是煤炭、黃砂資源的開發利用，貨運量將越來越大，預測沱澮河航道運量2020年為1 45 0萬t，2035年運量可達到3 200萬t左右。南坪船閘預測運量2020年為590萬t，2035年為1 150萬t。目前，沱河只有四鋪閘下至七嶺通航，下與新汴河聯線運輸，僅為六級航道，由于水深難以保證，時常處于斷航狀態；澮河也僅南坪閘以下通航，六級航道標準，航道通過能力小，不能深入礦區，難以滿足腹地運輸發展的需求。因此，沱澮河航運開發及建設南坪船閘以適應腹地運輸發展的要求是非常必要的。

2.3是完善腹地綜合運輸體系的需要

腹地內鐵路、公路運輸比較發達，水運相對落后。目前我國快速發展對能源及原材料的需求大幅度增加，運輸需求矛盾越來越顯現，提高運輸能力、加快建設和改造煤炭外運通道和長江等內河航道已成為我國經濟社會持續快速發展的迫切要求。近年來，鐵路運輸緊張，油價高漲和公路“治超”已帶來水運貨源的理性回歸，水運具有的低成本、低能耗、少占地、利環保等綜合優勢不斷得到體現[1]。

從腹地運輸現狀及運輸線路分析來看,目前主要依靠鐵路和公路運輸。鐵路北有隴海線，西有京九線，南依青阜線；東南靠近青阜線的百善，經青阜線向東北接符(離集)夾(河寨)線入京滬線。以上鐵路運輸線路受網絡運輸的限制，不是存在運能不足、運輸已趨飽和的問題，就是沒有考慮永城等腹地煤炭的外運，或是繞行運輸不合理、運輸環節多。因此，部分煤炭只能經公路直運或轉運至徐州下水經蘇北運河入長江，運輸成本高。以永城到上海為例，經沱澮河水運比鐵路、公路直運或公路運至徐州下水分別減少運費約25.8元/t、269.2元/t、57元/t。沱澮河航線一船直達蘇、浙、滬水網地區經濟便捷，極大地緩解了腹地運輸壓力，是對腹地綜合運輸的重要補充。因此，沱澮河航運開發建設對于完善腹地綜合運輸體系具有重要作用。

2.4是振興淮河水運和航道網建設的迫切需要

2011年國務院發布《關于加快長江等內河水運發展的意見》，《意見》提出：加快長江等內河水運發展有利于構建現代綜合運輸體系；有利于調整優化沿江沿河地區產業布局；有利于促進區域經濟協調發展。淮河是豫皖兩省乃至全國水運網的重要組成部分，水運主通道之一。淮河航運多少年來曾為豫皖兩省特別是沿淮淮北及豫東地區國民經濟發展作出了重要貢獻。由于淮河水運發展滯后，尤其是蚌埠船閘堵船及沱澮河、沙潁河等主要支流航道至今尚未全線復航，且航道等級嚴重偏低，極大地影響了淮河水運的發展。

沱澮河是淮河重要的支流航道，也是中部地區及豫皖兩省規劃的區域性重要航道。根據豫皖兩省水運交通“十一五”規劃，兩省將集中力量實施水運主通道和區域性重要航道的升級貫通工程，努力實現內河航運新的跨越式發展。南坪船閘工程建設引導增加下游蘄縣、五河、固鎮等船閘吞吐量，最大化發揮現有工程及將建工程的經濟效益。同時也為沱澮河上游河南段航道整治、大清溝船閘等港航設施相繼建設創造良好條件。因此，南坪船閘工程建設對沱澮河航運開發、淮河水運發展及淮河航道網的建設具有非常重要的作用。

3建設方案

(1) 建設規模[2]:船閘布置在節制閘左側88.5 m處， S305公路橋從上導航墻通過。船閘上下閘首順水流向長度均26 m，閘室段200 m，上游主導航墻長度為60.25 m，下游主導航墻長度為49.5 m，采用反對稱布置，閘首口門及閘室凈寬均為23 m。

(2) 輸水系統[3]:根據本船閘規模及結構布置型式的特點，采用集中輸水系統。輸水系統及消能工均布置在上閘首和下閘首范圍內。輸水廊道分別設計閘首兩側空箱內，下閘首為開敞式布置，設置消力檻。廊道進口斷面尺寸為4.2 m×3.5 m(寬×高)，閥門控制段斷面尺寸為3.5 m×3.5 m(寬×高)，出口斷面為2 m×3.1 m×3.5 m(孔×寬×高)。上閘首順水流長度方向長26 m，寬42 m，廊道底高程10.5 m；下閘首順水流長度方向長26 m，寬42 m，廊道底高程11.37 m。

(3) 水工建筑物設計[4]:上下閘首均為鋼筋混凝土整體式結構，人字門型，口門寬23 m，門龕深2.2 m，底板順水流向長26 m，寬42 m。上閘首門檻高程為14.5 m，下閘首門檻高程為11.87 m。閘首兩邊墩布置分上下層，下層結合輸水廊道布置，上層為空箱結構。輸水系統進水口為檻上頂面格柵型，廊道進口布置在邊墩側面，斷面為4.2 m×3.5 m(寬×高)，閥門設在下游側，閥門處廊道斷面3.5 m×3.5 m(寬×高)，廊道出口為雙孔，單孔3.1 m×3.5 m(寬×高)。

閘室為整體式鋼筋混凝土塢式結構，閘室凈寬23 m，順水流向分成12節，每節分縫長度16.645 m，閘室總長度200 m。閘室底板頂面高程11.87 m，閘墻內底板厚2.5 m，考慮檢修時期閘室抗浮要求，閘室邊墻設卸荷板。閘室墻頂高程為24.5 m，上部設20 cm實體胸墻和100 cm鋼質護欄，頂高程為25.7 m；閘墻內布置浮箱式系船柱，閘墻迎水面鋼護木。

上、下游主導航墻均為鋼板樁結構，上游長60.35 m、下游長48.65 m。考慮跨閘橋梁跨度以及以后橋梁加寬要求，上游輔導航墻布置在左側，成直線型；下游輔導航墻為弧線型，與隔流堤順接[5]。

4設計改進及創新

4.1塢式閘墻增設卸荷板

本工程閘室墻高較高，且土質一般，若按常規結構設計，閘室底板及閘墻厚度均較厚，混凝土及鋼筋用量均較大。在設計過程中首次將碼頭中的卸荷板理念[6-7]引入到閘室結構設計中(圖2、圖3)，該設計的優點主要有以下幾點：

(1) 改善了塢式閘室結構受力狀況，起到了預應力的效果[8]，節省了混凝土及鋼筋用量。根據兩個方案對比，增加卸荷板與不增加卸荷板兩者對比，每延米可節省混凝土15 m3，節省鋼筋600 kg。

(2) 增加檢修期間抗浮穩定性。船閘閘室最關鍵的問題即為檢修期間抗浮問題，通過增加卸荷板，利用回填土重，可使穩定性系數增加10%左右。

圖2　無卸荷板塢式閘室

圖3　帶卸荷板塢式閘室

4.2翼墻采用鋼板樁

結合本工程地形特點及橋梁施工對現有公路的影響，本工程上下游翼墻采用鋼板樁結構[9]，這也是安徽省內首次將鋼板樁結構利用到船閘工程中。

(1) 鋼板樁無需大開挖，減少了土方工程。

(2) 鋼板樁可直接采購，預制現場直接施打，減少了模板拼裝和混凝土澆筑時間，施工周期短。

(3) 鋼板樁后方為橋梁樁基，減少了土方開挖，也將土方回填過程因土方沉降等原因對橋梁樁基的影響降至最小。

(4) 上游翼墻處位于老河道處，采用鋼板樁施工，減少了施工期降水對圍堰的影響。

4.3其他改進及創新

(1) 靠船建筑物之間采用浮橋，方便了人員上下，解決了人員上岸時需爬較高的豎向爬梯問題，安全方便。

(2) 本次船閘設計中，行程開關采用光電式和機械式一體化的行程開關，有效解決了傳統閘閥門油缸的行程開關采用純機械式，采用的是機械碰觸式，存在不夠靈敏、壽命較短的問題。

(3) 門體鋼材以CCS船用鋼板為主，提高耐腐性[10]。

(4) 所有水下和水位變動區標準件均采用不銹鋼制品，并進行酸洗鈍化處理。

(5) 閘門防撞設施采用柔性護木與剛性護木相結合的方式，能有效地保護門體。

(6) 蘑菇頭雙球面高分子耐磨襯套，基材采用特殊的高分子作為耐磨材料；新型蘑菇頭雙球面高分子耐磨襯套結構受力好、磨阻力小、結構簡單、造價低；具有極高的耐腐蝕性；可用水做潤滑劑。這樣，平時可以免維護，節省了潤滑設施的投資，降低設備維護保養費用。

(7) 頂樞、底樞采用自潤滑襯套，利于維護。

(8) 采用先進的外置式磁致伸縮位移傳感器，解決了傳統閘閥門的開度傳感器采用線性拉繩式位移傳感器。精度較差，且零點會隨著時間的推移而發生漂移、需要經常維護或更換的問題。

(9) 以前設計的船閘的中央控制室的位置基本上設置在閘首的一側的閘首房內，瞭望視野較差，甚至完全依賴視頻監控，而視頻監控難免存在盲區和死角。本次船閘設計中，將中央控制室設置在跨閘廊道中間位置，有非常好的瞭望視野。

5結束語

澮河南坪船閘工程是沱澮河航運開發工程重要組成部分，按Ⅳ級標準建設符合安徽省內河航運發展總目標，也符合安徽省內河航運布局規劃。工程的建設對于促進淮河水運發展及淮河航道網的建設、完善淮北市綜合運輸體系、促進淮北經濟的發展，進一步發揮蘄縣船閘、固鎮復線船閘等工程經濟效益均具有非常重要的作用。建設南坪船閘是十分必要的。設計中對以往設計進行了優化設計，特別是閘室墻增設卸荷板以及翼墻采用鋼板樁結構，對以后的項目設計具有較好的借鑒作用。

〔參考文獻〕

[1]陳宏建，吳信，麥建清．國家高等級航道網通航水力學創新研究與實踐[J]．西部交通科技，2013(6)：1-7.

[2]JTS 182-1-2009,渠化工程樞紐總體布置設計規范[S].

[3]JTJ 306-2001，船閘輸水系統設計規范[S].

[4]JTJ 307-2001，船閘水工建筑物設計規范[S].

[5]李夫仲，邊鋒.船閘設計的幾個關鍵問題[J].中國水運，2013(5)：59-60.

[6]姚遠芳．卸荷板在重力式擋土墻的應用與比較[J]．交通科技，2003(5)：27-28.

[7]張曉倫，韓建強，劉志宏.卸荷板在側壁擋墻加高工程中的應用[J].廣東土木與建筑，2012(8)：18-20.

[8]席榮.預應力體系在船閘塢式閘室中的又一效果[J].中國水運，2013(5)：34-35.

[9]JTS 167-3-2009，板樁碼頭設計與施工規范[S].

[10]GB 50017-2003，鋼結構設計規范[S].

收稿日期：2016-02-19；修改日期：2016-02-26

作者簡介：姜滿山(1957-)，男， 浙江江山人，安徽省交通勘察設計院有限公司高級工程師．

中圖分類號：U641

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5781(2016)01-0049-04