五河復線船閘樞紐工程設計特點淺析

杜崢嶸

(安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230022)

1 工程概況

五河復線船閘樞紐工程位于五河縣城關鎮新城區和老城區之間的新開河上，距入淮河口約1km處，由分洪閘、一線船閘及閘上交通橋等組成，樞紐的主要功能是搶排內水、引淮水灌溉和航運，建成于1967年10月。

五河分洪閘位于主河道內，為胸墻式水閘結構，共15孔，每孔凈寬6m，初建時作用是分洪，兼作引水與防洪，設計分洪流量1000m3/s；一線船閘位于分洪閘南側，兩閘中心距約117m。建設規模為82.7m×10.4m×1.75m(長×寬×門檻水深，下同)，設計最大船舶噸級100t，設計年通過能力190萬t。

一線船閘自建成至今，來過閘船舶噸位逐年增大，難以滿足腹地運輸和船舶大型化發展的需求，成為限制運能的“瓶頸”。五河分洪閘規劃運用條件和功能發生變化和調整，歷經多次加固，但存在結構老化、閘室底板等主體結構強度不滿足設計要求等結構性病害，難以保證設計條件下的安全運用。2014年該分洪閘被安徽省水利廳鑒定為3類病險閘，急需除險加固。

五河復線船閘樞紐工程包括新建船閘、重建分洪閘、改建過閘公路橋各1座，工程于2016年10月正式開工建設，2020年工程竣工驗收并正式投入運行，工程批復總投資約3.11億。

2 工程建設方案

2.1 建設標準及規模

復線船閘按Ⅳ級標準建設，設計最大船舶噸級為500t，兼顧1000t級船型，船閘設計尺度為200m×23m×4m，設計年單向通過能力1357萬t。

重建五河分洪閘有灌溉引水、相機排澇、防洪功能，引水灌溉流量80m3/s，相機排澇流量144m3/s。

2.2 工程布置

復線船閘優選布置在現有一線船閘北側、拆除重建的分洪閘南側，與一線船閘上、下游航道合并構成雙線型式，復線船閘、拆除重建的分洪閘、一線船閘間三閘閘中心距分別為60.0、100m，三閘間均設分流島，分流島采用墻(堤)結合方式，上游長300m，下游長110m。

復線船閘閘室為鋼筋砼塢式結構，長200.0m，凈寬23.0m，底板頂高程6.98m；上、下閘首為鋼筋砼整體式結構，底檻高程為9.37～6.98m，縱向均長30.5m。上、下游引航道采用不對稱布置，上、下游進出閘方式均為直進曲出。引航道底寬45.0～60.0m，底高程分別為9.87、7.48m。

重建分洪閘閘室3孔，單孔凈寬7.00m，總凈寬21.00m，底板高程10.20～9.50m，引河邊坡1∶3，引河底寬上、下游寬28.00m。

移位改建橋梁布置在節制閘下游約45m處，橋梁及接線設計全長820m，與復線船閘斜交1°，縱坡0.46%～5%。移位改建后的橋梁寬度20m，橋跨布置采用65mm系桿拱+30m箱梁+65m系桿拱+20m+35m+35m+20m組合箱梁。

3 設計特點及難點

該樞紐工程包含水利、水運、市政、園林、陸上交通等不同部分，防洪等級高，工程地質條件復雜，建設制約條件多，功能性強。

3.1 防洪等級高，工程重要性大

(1)五河復線船閘為沱澮河航道上控制性節制點工程，其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。

(2)該樞紐工程建成后將擔負起主要的通航、防洪、排澇、蓄水灌溉任務，主體工程位于淮北大堤渦東圈堤上，工程等級為1級。工程重要性大，等級高。

3.2 工程內容及功能多，建設制約條件多

(1) 工程區兩岸均建有大量房屋，北岸主城區街道臨岸，房屋密集無空曠場地。上游段約1.3km、260m分別建有五河新澮河、青年路2座跨河公路橋，閘址及工程總體布置選擇余地較小，具有一定的局限性。

(2) 五河分洪閘重建規模為本工程的關鍵，為復線船閘閘位布置提供技術上可行性。老閘規劃功能及其建設方案需與復線船閘建設方案、淮河干流及懷洪新河流域規劃協調一致。

(3)淮北大堤渦東圈堤是安徽境內重要的淮河干堤，工程需破堤施工，工程施工不得影響其大堤防洪，必須在一個枯水期完成破堤復堤工作，保證防洪安全。工程渡汛要求制約了工程施工進度安排，增加了施工組織設計難度。

(4)工程地質條件復雜，部份地層局部缺失，地基強度差異較大。復線船閘及分洪閘大部分基礎均落于③層重、中粉質壤土上，該層強度較好，滲透性低；復線船閘閘室中部至上閘首及上、下游引航道(導航墻、閘間連接墻)基礎位于②1層淤泥質重粉質壤土，該層土強度低，地基需加固處理。地基強度差異較大易產生不均勻沉降，須采取相應的地基處理措施。

(5)新、老構筑物距離近，工程設計和施工方案需保證老構筑物安全與正常使用。施工期不得影響一線船閘運營，復線船閘建成后與老船閘雙線聯合運行；上游導航墻主、輔導航墻布置要兼顧導航段內對導航建筑物長度的要求以及對青年南路新開河大橋橋墩的防護。

(6)工程區位于城關鎮新城區和老城區之間的新開河上，區域內水源豐富，風光旖旎，自然、人文景觀交相輝映，工程建設景觀要求高。

4 設計要點及對應措施

4.1 工程總體布置優選

設計緊鄰圍繞航運安全、暢通和防洪安全這個核心，充分分析了各類條件與影響因素，并考慮了工程施工條件，合理調整了工程總體布置，精心設計上、下游導(靠)航建筑物、開挖邊坡，優化導堤(墻)斷面尺寸及基礎處理方案等，滿足了施工圍堰、航道布置等要求，達到了航道通暢、防洪安全、過閘公路通順、投資少、施工方便等目的。

4.2 主體結構優化

船閘閘室、閘首等水工建筑物是工程的主體，結構尺寸大，工程量大，對工程投資與安全影響較大；兩者均為擋水建筑物，受力復雜，事關工程航運與防洪安全，特別下閘首是工程的重中之重。通過多方案經濟技術比選確定結構型式；慎重研究結構安全，采用有限元等多方法分析結構應力，合理采用分析結果，確定結構型和尺寸。為防止溫度應力引起底板結構裂縫閘室、閘首整體式底板砼采用分塊錯開澆筑施工和留后澆帶，側向回填在滿足邊墻穩定情況下在底板后澆帶施工前進行，以減少底板跨中正彎矩，減少底板配筋量。

4.3 地基設計與沉降、滲流控制

地基加固或樁基設計對工程投資與安全影響大，設計針對各建筑物的受力特點、對沉降及滲流控制要求等，通過多方案優選地基設計方案。上游導(靠)航建筑物存在地基強度不足、壓縮性大、建筑物沉降量大等問題，結合上閘首基坑支護措施，采用灌注樁結合高壓水泥土旋噴樁加固措施進行處理。

4.4 砼防裂工程措施

上、下閘首底板均長30.50m，寬55.00m，結構厚3.0m；閘室底板寬28.2m，分節長20.0m，厚2.5m，結構尺寸大，易在工程施工期產生砼裂縫，砼裂縫控制難度大。根據有限元砼溫度荷載對砼受力影響應力分析，設計上除在閘首、閘室底板預留了后澆帶，還要求在閘室邊墻上設置冷卻管，通過循環水降低砼水化熱。此外，底板、墻體砼中摻入適當的派尼爾聚丙烯纖維添加劑，并在閘墻迎水面涂刷賽柏斯防碳化聚合物砂漿，增加砼的抗裂性能和提高迎水面抗滲、防碳化能力。

4.5 工程景觀與管理

工程建筑結合原有建筑及周邊環境，結合船閘的使用功能，創造一個既具有一定文化內涵，體現21世紀時代風貌的現代航運、水利建筑。建筑方案經多方案優選采用對稱式布局，下閘首將二層和三層中部做了局部挑空，結合面對的綠地和水面大面積開窗，以形成開闊而又視線通透、輕松的工作氛圍。建筑表層以微微凸起的橫豎線條與玻璃的組合形成整體感極強的肌理效果。建筑群組的高低與體量比例富有節奏感，各樓層功能明確，布置合理。建筑與周邊景觀綠化協調，體現出一種生長的感覺，自然流暢。

4.6 新材料與新工藝、設計創新

設計人員及時掌握行業動態，吸納業主等參建各方的合理化建議和要求，將設計新理念融入到設計成果中。

(1)閘后排水體采用土工盲溝，增強了排水作用。采用土工盲溝貫通閘室兩側排水體，水平排水管采用塑料盲管，直接將水導入水位較低一側閘首廊道內，增強了排水作用。

(2)新型砼抗裂劑、防碳化聚合物砂漿涂料、鋼管支架兼冷卻管工法運用，有效解決砼開裂、砼防滲及碳老化問題，提高砼大體積澆筑質量。在上、下閘首底板、閘室墻體易產生裂縫部位砼中摻入少量的派尼爾聚丙烯纖維添加劑，增加砼的抗裂性能；并給合船閘閘室墻模板系統在閘室邊墻上設置冷卻鋼管，改進砼澆筑工藝。

(3)閘門關鍵部位采用新型高分子材料，提升了使用性能。中縫止水采用了SF6674橡皮對尼龍合金支承條的組合，尼龍合金具有高分子材料的耐磨和抗腐蝕性，能確保支承條的耐久性，其硬度又能滿足止水要求；支承條采用分段加工，也能保證止水的安裝精度。

(4)PC管樁及微型鋼管樁分別在管理調度樓、閘區交通鋼便橋地基加固處理(欠固結深厚回填土的運用)，方便施工，提高了工效。

(5)岸坡防護生態綠化設計，在常水位以上岸坡采用生態鉸接式砼護坡，即固穩岸坡又增綠色生態空間；與管理區景觀綠化帶交互輝映，構建一座花園式樞紐走廊。

(6)閘首啟閉機孔洞、室外溝槽蓋板在滿足安全運行的條件下，采用可透視化的鋼化玻璃蓋板(含)支架形式，創造透明友好的管理、操作平臺。

4.7 主要施工組織設計優化

(1)優化細化施工布置。工程區施工場地有限，合理布置至關重要。上游導航墻位于分流堤上，結合主體布置要求采用樁墻式永臨結合結構，避免了大開挖對老航道及引河的影響。

(2)船閘基坑最大開挖深約15m，屬深基坑開挖。根據基坑放坡條件，優化基坑支護方案，不同部位采取不同的基坑支護措施。下閘首位于節制閘和老船閘之間，場地狹窄，放坡開挖難度大，采用灌注樁支護措施安全、可靠，順利地完成了下閘首的工程施工。閘室等挖深相對較小部位，局部無法放坡時采用鋼板樁支護措施，節省了工程投資，也取得了較好的實施效果。

(3)著重研究確定下閘首及公路橋等關鍵性工程的施工工期和施工程序，協調平衡地安排其它單項工程進度，使整個工程施工前后兼顧、互相銜接、減少干擾、均衡生產。

(4)對船閘底板及閘墻下部等大體砼澆筑溫度控制、基礎施工等提出一些新的設備與工藝要求，優化施工方法。在閘首底板及閘室邊墻中下部等部位設置冷卻水管，砼澆筑完成后通水冷卻，監測內外溫差，科學控制混凝土入倉溫度、基礎溫差，使混凝土澆筑質量得到保證。在閘室底板等部位設置后澆帶結合快易收口網工法施工，解決了因不均勻沉降、溫度收縮等不利因素帶來的結構安全問題。

4.8 綠化生態設計

整個項目設計中強調綠色設計理念。三廢、噪音均得到有效控制，綠色設計理念貫徹始終。注重景觀設計，與地貌和地物相協調，具有時代特色、地方特色和標志性，并充分保證建筑物的適用、安全、衛生等基本要求。在構筑物的處理上，與周圍環境和文化背景相一致，在功能適用、經濟合理的前提下，注意控制場區內硬化地面面積，多布置綠化，以節約投資，美化環境，使生態設計的理念在本項目的設計過程中得以體現。

5 結語

五河復線船閘樞紐工程2018年10月投入試運行，2020月7月竣工驗收并正式投入使用。經過3年多運行實踐，該樞紐設計方案較為合理、可靠，水利、水運、市政、園林、陸上交通等工程統籌安排，綠化生態等設計新理念等融入到設計成果中，準確理解施工新工藝、新工法，讓具體成果在施工過程中得以應用，以提高生產效率，保證工程質量與生產安全。