技術創新在三洋港擋潮閘樞紐工程的應用

（中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230601）

1 工程概況

新沭河是沂沭泗河洪水東調南下工程的重要組成部分，西起大官莊樞紐新沭河泄洪閘，東至臨洪口入海，全長約80km，其中太平莊閘以下河道長約13km。新沭河治理工程根據其現狀采取上段復堤、中段消險、下段疏浚并在入?？谔幮陆ㄈ蟾蹞醭遍l樞紐的工程措施來滿足50年一遇設計防洪標準。三洋港樞紐工程主要任務為擋潮防淤，保護河道擴挖成果；降低灘地糙率，提高河道行洪能力；攔蓄淡水、促進當地經濟發展；改善排澇條件，節約運行費用；改善交通條件，促進港口發展。

三洋港樞紐工程位于江蘇省連云港市郊新沭河臨?？冢嘈缕质袇^與海港均約25km，根據總體規劃，三洋港樞紐按新沭河50年一遇洪水標準設計，閘上設計泄洪水位3.88m，相應閘下水位3.70m，設計流量6400m3/s；河道強迫泄洪水位（上游石梁河水庫100年一遇泄洪）作為校核洪水工況，校核流量7000m3/s；設計擋潮標準為100年一遇高潮位，設計擋潮水位3.90m，歷史調查最高潮位作為校核擋潮標準，校核擋潮水位4.08m。三洋港樞紐為Ⅰ等大（1）型工程，主要建筑物為1 級，工程總投資55216 萬元。

三洋港樞紐的主要建筑物包括：擋潮閘、排水閘、上下游引河及管理區等。（1）擋潮閘軸線布置于新沭河樁號11+680 處。擋潮閘閘室每孔凈寬15m，共33 孔，總凈寬495m，閘底板頂高程-2.0m。閘室采用鋼筋混凝土開敞式結構，二孔一聯整體式底板（其中第17 孔為單孔一聯），擋潮閘由閘室、岸翼墻、鋪蓋、上游護底、下游消力池、海漫、上下游鋼筋混凝土防沖排樁、上下游拋石防沖槽、左右側上下游導堤等部分組成。從上游防沖槽始端至下游防沖槽末端，順水流方向總長為145.00m，垂直水流方閘室總寬度為576.92m。（2）排水閘布置在擋潮閘與現狀泓道之間，設計排水標準為非汛期5年一遇，排水流量67m3/s，共3 孔，單孔凈寬6.00m，閘底板頂高程-2.0m，排水閘閘軸線與擋潮閘軸線一致，排水閘中心線距擋潮閘中心線437.26m，閘室采用鋼筋混凝土涵洞式結構。（3）管理區布置在水閘上游新沭河右堤堤內棄土平臺上。

2 工程技術創新

（1）提出了一種新型灌注樁-粉噴樁混合式樁基技術，應用于海淤土地基基礎處理，采用水泥土粉噴樁加固海淤土顯著提高了灌注樁水平承載力，解決了在高潮差、深厚海淤土建造大型擋潮閘水平位移大的難題。

三洋港擋潮閘距新沭河入?？趦H1.5km，閘址區地質條件差，淤泥和淤泥質土層厚度10～12m，基礎處理問題非常復雜。尤其是岸翼墻（最大墻高12m）的設計，存在墻后地下水位高、墻后回填淤質土土壓力大、墻前潮差大、地基水平與豎向承載能力均不足等多種不利因素，設計條件非常惡劣，最難解決的是海淤土地基的水平承載力問題。經多方案比較，首次提出了一種新型的灌注樁—粉噴樁混合式樁基礎方案，即采用粉噴樁加固灌注樁周圍海淤土，提高樁周土抗力，通過水泥土粉噴樁復合地基與灌注樁相結合，達到優勢互補，從而提高灌注樁水平承載能力。該方案在樁群及其兩側5m 范圍內采用粉噴樁處理，通過現場單樁、群樁及對比試驗、三維仿真分析等手段對水平荷載條件下灌注樁在淤土地基中的承載性能進行了深入研究，海淤土經粉噴樁處理后，灌注樁水平承載能力顯著提高，提高幅度在20%～30%。該成果已成功應用于岸翼墻基礎設計中，節約工程投資900 余萬元，通過近8年的現場監測，岸、翼墻各部位水平、垂直位移均較小，成功解決了高潮差河口、深厚海淤土建閘水平位移大等地基處理關鍵技術難題。

目前水利工程上主要采用粉噴樁提高軟土地基的豎向承載力，利用粉噴樁提高軟土地基灌注樁水平承載力，該工程尚屬首次。

（2）首次應用整體串聯、半封底超大沉井群基礎處理技術，通過沉井內不對稱填土控制，調整地基應力，解決了大孔口軟基水閘地基承載力、防滲及變形協調等難題。

擋潮閘共33 孔，單孔凈寬15m，閘基下海淤土承載力約為40kPa，閘室基礎型式需滿足軟土基礎承載力、抗滑穩定、防滲、沉降、地基變形協調及防沖等諸多要求。根據工程地質與結構受力條件，經多方案技術經濟比選，擋潮閘采用兩孔一聯整體串聯式沉井基礎方案，共17 聯，單聯最大尺寸34.5m（長）×17.9m（寬）×7.5m（高），沉井群規模為目前國內最大。相鄰沉井間留有間隙1.05m，其上下游采用旋噴樁封閉，間隙上部填充微膨脹混凝土，滿足地基防滲要求。沉井被上、下游隔墻分隔成18 個井隔，采用半封底型式，上、下游各6 個井隔封底，中間6 個井隔不封底，既滿足基礎承載要求，又節省了工程投資、減小了沉井封底難度。根據各運行工況的荷載計算，沉井上、下游井隔內采用不對稱填土，調整地基應力，較好地控制了海淤土地基閘室的不均勻沉降，解決了大孔口軟基水閘地基承載力、防滲及變形協調等問題。

（3）提出快速制定溫度控制措施，應用于閘墩大體積混凝土泵送施工，有效解決了沉井基礎強約束條件下大流態高性能混凝土防裂；研制了多功能型聚羧酸系減水劑，結合大摻量磨細水淬高爐礦渣取代水泥，提高了沿海建閘混凝土耐久性。

基于大流態高性能混凝土施工初期的溫升階段內部溫升高、外部溫升低，而隨后的溫降階段內部溫降大、外部溫降小的特點，提出了一種快速制定溫度控制措施的方法：分別在溫升階段和溫降階段指定不同的混凝土內外溫差，計算兩個階段的混凝土溫度場分布；根據得到的溫度場分布，再以相應階段混凝土齡期的模量計算得到兩個階段的混凝土應力場，并進行疊加得到最終的應力場；通過調整上述溫升和溫降階段的溫差值，確?；炷磷罱K應力狀態不超過相應齡期的抗拉強度，從而確定施工期溫度控制措施，準確及時地指導了工程施工。該方法無需計算溫度場和溫度應力場的變化過程，只需要計算不同內外溫差條件下的穩定溫度場和溫度應力場。三洋港樞紐中墩厚達2.2m，縫墩厚1.45m，采取快速制定的溫控措施澆筑的50 個閘墩未出現一條溫度裂縫，取得了很好的防裂效果，有效解決了沉井基礎強約束條件下大流態高性能混凝土防裂技術難題。

三洋港擋潮閘地處?？?，處于海洋強侵蝕性環境，其海水及地下水中的硫酸鹽對混凝土具有結晶類強腐蝕性，海水中的氯鹽對鋼筋也具有很強的腐蝕性，因此如何提高混凝土耐久性能，進而提高工程使用壽命，充分發揮其經濟效益、社會效益和環境效益，是擋潮閘建設中需要重點研究的又一關鍵技術問題。

項目研制了同時具有抑制鋼筋銹蝕、早強、低堿和高減水功效的多功能型聚羧酸系減水劑：以大分子量改性聚醚單體（MPEG2000）與不飽和酸（甲基丙烯酸和/或丙烯酸）在水介質中通過自由基引發聚合得到的減水劑為基礎，優選對鋼筋具有緩蝕功能的醇胺類有機單體對上述減水劑進行pH 值調節，在此基礎上再復配具有緩蝕功能的非亞硝酸鹽類水泥水化促進劑，以及優選的保坍、緩蝕特殊功能組分，應用無溶劑法制備而成。簡化了多重影響因素作用下混凝土力學、耐久性等綜合性能的改善方案。通過試驗證實了該減水劑具有優異的減水性能、明顯的早強效果、良好的抑制鋼筋腐蝕能力。

為解決該工程混凝土耐久性問題，本項目在總結以往類似工程常態高性能混凝土運用經驗的基礎上，通過室內試驗及現場拌制，研制了適合該工程泵送施工的大摻量磨細水淬高爐礦渣水工高性能混凝土，磨細礦渣摻入量為膠凝材料的60%，該混凝土工作性能良好，主要力學性能指標普遍優于同強度等級的普通混凝土；具有優良的抗氯離子滲透、抗硫酸鹽侵蝕能力，明顯的抑制堿-骨料反應能力，以及良好的護筋性。根據研究，大摻量磨細礦渣取代水泥后，能提高混凝土致密性能，其耐久性能是普通混凝土的10 倍以上，大大延長了工程的使用壽命，既解決了沿海建閘混凝土耐久性問題，又滿足了工程施工的需求，同時，由于大量采用了價格低廉的工業礦渣，與常規采用抗硫酸鹽水泥、環氧鋼筋的防腐蝕方案相比，節約了工程投資，經濟效益顯著，做到了質量、經濟、環保、節能的完美結合。

（4）研制了低速同步閉式啟閉機，提高了設備運行安全性和可維護性。

研制了一種低速同步閉式傳動啟閉機，啟門力為2×630kN，獲國家實用新型專利，該新型啟閉機利用大速比減速器替代傳統開式齒輪及普通低速比減速器，低速同步，具有安全可靠、承載能力大、抗過載能力強、荷重比大、結構緊湊、重量輕、傳動效率高、使用壽命長、維修方便、外形美觀等優點，體積減小約30%，同時由于該型啟閉機取消了傳統啟閉機的開式齒輪，從涂抹黃油到閉式齒輪油潤滑，大幅減了環境污染，減少了維護人員的工作強度。

（5）研制了耐海水腐蝕的稀土合金鑄鐵材料，解決了海水環境下閘門埋件防腐蝕問題，提高了材料的機械加工性能。

研制了一種耐海水腐蝕的鎳鉻稀土合金鑄鐵材料，用于制造擋潮閘工作閘門門槽，成功解決了閘門埋件防海水腐蝕問題。該材料適用于制造水利水電工程的閘門埋件及零部件、水輪機葉輪、葉片等設備，在海水中的使用性能超過普通不銹鋼（普通不銹鋼在海水中存在晶間腐蝕，即點蝕），其強度、硬度、韌性和機械加工性能均能滿足水工設備的使用要求，采用本稀土合金鑄鐵材料制造的水工閘門埋件及閘門零部件，經檢測、試驗和實際運用符合GB/T 14173-2008 及相關規范的要求，具有較好的耐蝕性能、抗拉強度和機械加工性能，可以替代不銹鋼，市場需求量大，具有較好的推廣應用價值。該稀土合金鑄鐵材料已獲國家發明專利。

3 結語

三洋港樞紐各項技術創新成果均在工程建設中得到應用。工程從2004年開始前期論證，2008年11月開工建設，2010年7月水下土建工程驗收下閘擋潮，到2013年12月投入使用驗收，經過10 余年的反復論證、比較、綜合研究，精心規劃設計與施工，在黃海之濱聳立起一座具有現代美感的水工建筑物，三洋港擋潮閘已成為連云港新城區的新地標。工程自投入使用以來，啟閉頻繁，期間經歷多次高潮位考驗，工程運行良好，閘室及岸翼墻等主體結構水平及垂直位移較小且趨于穩定，混凝土及金屬結構防腐蝕效果良好，啟閉機運行平穩，操作方便，閘下沖淤穩定，滿足工程使用要求，充分說明三洋港擋潮閘樞紐各項技術創新是成功的。2020年8月中旬，淮河沂沭泗流域發生特大洪水，三洋港擋潮閘及時開閘泄洪，最大流量約4000m3/s，工程運行正常，洪水安然入海。工程榮獲2017年度安徽省優秀勘察設計一等獎、2018年度淮委科技進步特等獎及2019年度江蘇省優質工程獎“揚子杯”■