泗陽節(jié)制閘除險(xiǎn)加固工程閘址方案比選

呂曉波 朱 杰 戴 康 鮑 磊

（作者單位：1.江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處 223800 2.南水北調(diào)江蘇水源公司徐州分公司 221000 3.宿遷市水務(wù)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司 223800）

在天然河道上修建攔河節(jié)制閘，其運(yùn)用條件一般比較復(fù)雜。閘址的選擇需要考慮河道的水文情況、地形和地質(zhì)條件等很多因素。當(dāng)有幾種閘址方案可供選擇時(shí)，要通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的論證和比較，選擇技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的最優(yōu)方案。本文以泗陽節(jié)制閘除險(xiǎn)加固為例，提出了節(jié)制閘新建閘址方案比選，為今后節(jié)制閘閘址方案比選提供一定的參考。

一、工程概況

泗陽節(jié)制閘位于江蘇省泗陽縣，是南水北調(diào)中運(yùn)河段梯級(jí)控制之一，該閘具有防洪、灌溉、發(fā)電等綜合功能。泗陽閘設(shè)計(jì)流量1000m3/s，汛期主要承泄駱馬湖洪水、駱馬湖以西地區(qū)及皂河閘以下中運(yùn)河兩岸的部分澇水，非汛期攔蓄劉老澗來水便于上游的灌溉、航運(yùn)及工業(yè)、生活用水。該閘于1959年10月開工，1960年12月竣工。閘身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總寬86m，共計(jì)17孔，每孔凈寬4m，閘孔總凈寬68m，孔高6m；兩側(cè)岸墻各設(shè)凈寬為3m的發(fā)電孔。閘門為鋼質(zhì)平板直升門，配有2×10t電動(dòng)卷揚(yáng)式啟閉機(jī)8臺(tái)及1臺(tái)1×10t電動(dòng)卷揚(yáng)啟閉機(jī)，節(jié)制閘兩側(cè)岸墻空箱內(nèi)各安裝一臺(tái)ZDT03-LW-100水輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量為2×160kW，主閘門上、下游兩側(cè)均設(shè)檢修便橋。

二、加固原因

根據(jù)檢測(cè)資料及工程安全復(fù)核計(jì)算，主要存在問題包括：①交通橋大梁、橋墩蓋梁、交通橋立柱、閘墩、排架、底板胸墻混凝土普遍碳化嚴(yán)重，碳化深度一般大于50mm，最大值達(dá)138mm；原混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度140#，經(jīng)檢測(cè)普遍為10～16MPa，最低值為8.3MPa，達(dá)不到原設(shè)計(jì)強(qiáng)度，也不滿足現(xiàn)行規(guī)范的最低強(qiáng)度等級(jí)要求。②該閘大部分構(gòu)件實(shí)測(cè)混凝土保護(hù)層厚度小于規(guī)范規(guī)定的最小保護(hù)層厚度，大部分構(gòu)件最小保護(hù)層厚度小于該構(gòu)件碳化深度，說明混凝土已失去護(hù)筋性，結(jié)構(gòu)內(nèi)部易發(fā)生鋼筋失鈍、銹蝕，混凝土易發(fā)生表面脹裂破損。③閘門底止水損壞多處、漏水嚴(yán)重；消力池多處表面沖蝕，露石嚴(yán)重；底板分縫比較大、與消力池連接段錯(cuò)位、底板下沉；閘墩混凝土質(zhì)量比較差、開裂露筋、鋼筋銹蝕；交通橋大梁多處露筋、鋼筋銹蝕；交通橋橋墩蓋梁開裂、上下游立柱混凝土質(zhì)量比較差。④閘身地基承載力、不均勻系數(shù)、抗滑安全系數(shù)均滿足《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，但閘基下的粉質(zhì)砂壤土層，處于高程8.0m處，在地震力作用下，極易產(chǎn)生液化，由于當(dāng)時(shí)施工未采取封閉措施，因此，地震可能導(dǎo)致建筑物整體失穩(wěn)破壞。⑤閘底板在地震工況下，個(gè)別部位現(xiàn)有鋼筋面積不能滿足要求。⑥排架強(qiáng)度太低，在地震力作用下，極易破壞，使斷面有效高度減小。⑦交通橋及交通橋立柱混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)；交通橋大梁、懸臂多處露筋、鋼筋銹蝕；交通橋蓋梁斷裂；上下游立柱混凝土質(zhì)量差、碳化深度大。⑧經(jīng)過對(duì)泗陽閘閘門及啟閉機(jī)的檢測(cè)、分析，啟閉機(jī)設(shè)備老化嚴(yán)重，存在問題較多，已嚴(yán)重影響該工程的安全運(yùn)行。

三、工程選址

1.閘址方案比選

方案一：原址改建方案

該方案在原閘址處按原規(guī)模新建節(jié)制閘，將老閘閘身、翼墻、混凝土護(hù)坦、消力池等全部拆除，保留上下游干砌塊石護(hù)坡、護(hù)底及防沖槽。

新建閘工程布置：新建閘為7孔節(jié)制孔，單孔凈寬10.0m，總凈寬為70.0m。閘室右側(cè)岸邊布置2孔小水電孔，單孔凈寬3.0m。閘底板面高程為12.0m，閘墩頂高程20.0m。新建閘上公路橋總寬12.0m，橋面高程24.0m；內(nèi)部交通橋?qū)?.5m、檢修便橋?qū)?.50m，面高程20.0m。閘上公路橋中心線與現(xiàn)狀公路中心線重合、閘室中心線與河底中心線重合、閘底板上游邊線與老閘重合。

閘上游設(shè)鋼筋混凝土護(hù)坦長(zhǎng)29m，與原上游護(hù)底連接；下游設(shè)鋼筋混凝土消力池長(zhǎng)40m、鋼筋混凝土護(hù)底長(zhǎng)26.5m，與原下游海漫連接。上、下游翼墻為鋼筋混凝土空箱扶壁擋土墻和鋼筋混凝土扶壁擋土墻。

根據(jù)水力計(jì)算，最大流量所對(duì)應(yīng)的消力池長(zhǎng)度L=38.100m，對(duì)應(yīng)的消力池深度為d=1.872m，海漫末端河床形成的最大沖刷深度dm=3.000m。設(shè)計(jì)消力池長(zhǎng)40.0m，池深2.00m，原防沖槽深3.50m，滿足規(guī)范要求。

由于原閘底板采用換砂地基加固處理，換砂厚度為2.50m，該方案換砂墊層仍保留，為此采用套打水泥攪拌樁，將換砂墊層圍封，滿足閘基滲流穩(wěn)定要求。

為滿足翼墻穩(wěn)定和地基承載力要求，上、下游翼墻地基采用10%水泥土置換加固處理，水泥土厚度為2.0m。

優(yōu)點(diǎn)：①原址拆建可保留閘上下游原干砌塊石護(hù)底、護(hù)坡，防沖槽及外側(cè)坡腳防護(hù)等原護(hù)砌工程（但需待閘塘抽干水，經(jīng)檢測(cè)后確定）；②維持工程區(qū)現(xiàn)有布局，對(duì)周圍環(huán)境影響較小。

缺點(diǎn)：①拆除工程量大，基坑開挖土方工程量大，在一個(gè)非汛期內(nèi)工程難以完工，需度汛施工，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)大大提高；②施工期需要打上、下游圍堰，施工圍堰土方量較大，周圍適合的取土范圍較少，土源緊張；③老閘閘上公路連接徐淮公路，為進(jìn)出泗陽區(qū)域的主要交通要道，施工時(shí)交通被切斷，需增設(shè)臨時(shí)交通便道；④需閘橋結(jié)合建設(shè)，該處為交通要道，車流量較大，對(duì)閘上公路橋要求較高，今后不方便水利部門管理；⑤閘身兩側(cè)接線公路較高，路堤兩側(cè)需設(shè)二級(jí)擋土墻，增加工程投資。

方案二：移址改建方案

（1）閘址位置確定

根據(jù)老閘工程位置，老閘上游距泗陽二站引河進(jìn)口約190m，下游距泗陽二站引河出口約600m，移址建閘在老閘上游布置較困難，只有在老閘下游布置，同時(shí)也便于工程管理。

為使新建閘與老閘有較好的銜接，且盡量抬高閘底板面高程，減少工程投資。經(jīng)初步分析，將新建閘布置在老閘下游35m處（老閘底板下游邊線至新閘底板上游邊線），距泗陽二站配套內(nèi)部交通橋328m（老閘底板下游邊線至交通橋上游邊線），設(shè)計(jì)閘底板面高程為8.50m，這樣布置的主要目的是：①老閘閘墩及翼墻均拆除并擴(kuò)挖老閘處河道，使河道銜接平順，流態(tài)合理，行洪時(shí)水域面積相對(duì)美觀；②新建閘上游設(shè)護(hù)坦和兩側(cè)翼墻，滿足防滲布置要求，也滿足與老閘上游河道銜接要求；③閘下相對(duì)水深較大，可減少土方開挖和回填量，減少消能工成本；④充分利用老閘底板和部分翼墻底板為河道護(hù)底，相應(yīng)減少工程投資；⑤避免局部工程建設(shè)在新建泗陽二站開挖的導(dǎo)流河回填土上；⑥避免新閘主體修建在原閘下游的拋石防沖槽上；⑦減小施工期間降水對(duì)新建泗陽二站的影響；⑧閘與公路橋分開，在新閘上設(shè)內(nèi)部交通橋，便于工程管理并減少后期交通橋維護(hù)費(fèi)用。

（2）新閘布置

新建閘位于老閘下游35m處（老閘底板下游邊線至新閘底板上游邊線距離），為7孔節(jié)制孔，單孔凈寬10.0m，總凈寬為70.0m，閘室右側(cè)岸邊布置2孔小水電孔，單孔凈寬3.0m。閘底板面高程為8.50m，閘墩頂高程20.0m，閘上內(nèi)部交通橋面高程20.0m。閘上游設(shè)鋼筋混凝土護(hù)坦，下游設(shè)鋼筋混凝土消力池、漿砌塊石海漫和拋石防沖槽；上、下游翼墻為鋼筋混凝土空箱扶壁擋土墻和鋼筋混凝土扶壁擋土墻，閘室中心線與河底中心線重合。

優(yōu)點(diǎn)：①節(jié)制閘重新建設(shè)，安全性、可靠性有保障；②公路橋改造前閘上交通維持現(xiàn)狀，改造期間利用新建節(jié)制閘上的交通橋作為臨時(shí)交通，滿足對(duì)外交通需求；③充分利用老閘底板和部分翼墻底板為河道護(hù)底，相應(yīng)減少工程投資；④新閘上游河道擴(kuò)挖后相對(duì)美觀，建成后水流狀態(tài)較好；⑤新建節(jié)制閘與對(duì)外公路橋分開，便于工程管理。

缺點(diǎn)：①閘址下移，因閘址處河床較低，閘底板高程需相應(yīng)降低；②拆除重建老閘閘墩及上、下游翼墻和消力池，拆除部分工程量較大。

2.方案比較

上述兩方案，從工程總體布置上考慮，移址改建方案使新閘與老閘上游河道銜接平順，流態(tài)合理，行洪時(shí)水域面積相對(duì)美觀。

從初步經(jīng)濟(jì)分析上考慮：方案一土建工程投資約4006萬元，方案二土建工程投資約3719萬元，方案一較方案二增加土建投資約287萬元，即移址建閘方案投資較省。

從工程施工考慮：移址改建老閘公路橋交通維持現(xiàn)狀，不需要架設(shè)臨時(shí)交通設(shè)施，滿足對(duì)外交通需求；且方案一拆除工程量較大，在一個(gè)非汛期內(nèi)主體工程難以完成，若跨汛期施工，工程投資將更大。

從工程占地拆遷方面考慮：方案一和方案二所占地均為管理所土地，不存在工程永久征地，且征地拆遷因徐淮公路改造已基本全部完成。

從運(yùn)行管理上考慮：方案一采用閘橋結(jié)合，今后需不定期投入資金對(duì)外部交通橋進(jìn)行維護(hù)管理，增加了后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

四、結(jié)語

上述兩方案，從工程總體布置、經(jīng)濟(jì)分析、工程施工、工程占地拆遷、運(yùn)行管理等方面進(jìn)行綜合分析研究，建議采用方案二即移址改建方案■