江陰市應(yīng)天河套閘安全復(fù)核與評(píng)價(jià)分析

◎ 馬夢(mèng)晨 李聰 徐曉 無(wú)錫市水利設(shè)計(jì)研究院有限公司

1.工程概況

江陰市白屈港調(diào)水工程應(yīng)天河控制閘工程是江陰調(diào)水工程中水位調(diào)控工程之一，工程位于江陰市東南側(cè)，工程建成后，在非汛期與其它水位調(diào)控工程一起形成東橫河的擋污屏障，在汛期起到防汛排澇作用，同時(shí)起到通航及交通運(yùn)輸?shù)淖饔茫L(zhǎng)381m。應(yīng)天河控制閘工程規(guī)模為12m單線雙向船閘及10m節(jié)制閘一座，節(jié)制閘結(jié)合上閘首布置，并設(shè)交通便橋，上閘首長(zhǎng)12m，下閘首長(zhǎng)10m，閘室長(zhǎng)160m，上下游引航道及導(dǎo)航建筑物長(zhǎng)593.4m。設(shè)計(jì)閘門(mén)為升臥式平板鋼閘門(mén)。

上閘首12m寬，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)12m；下閘首12m寬，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)10m；節(jié)制閘10m寬，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)12m，閘室長(zhǎng)160m。上閘首、節(jié)制閘采用整底板，閘體采用鋼筋混凝土U型結(jié)構(gòu)，閘體順?biāo)飨蜷L(zhǎng)12m，垂直水流向長(zhǎng)31.4m。閘底板頂面高程為-0.10m，閘墩頂高程為10.95m，外河側(cè)閘墩頂設(shè)交通橋一座，橋梁總寬2m，橋面高程為9.78m，現(xiàn)澆板結(jié)構(gòu)。工作橋排架結(jié)構(gòu)，工作橋?qū)挾?.40m，橋面高程12.30m，采用封閉式結(jié)構(gòu)。節(jié)制閘、上下閘首下游均設(shè)鋼筋砼消力池，池長(zhǎng)均為15m，消力池深度為0.8m，上游均設(shè)鋼筋砼防滲鋪蓋，長(zhǎng)均為10m，上游鋪蓋、下游消力池外各設(shè)預(yù)制塊護(hù)坦，長(zhǎng)江側(cè)長(zhǎng)10m，內(nèi)河側(cè)長(zhǎng)10m，上、下游均設(shè)寬3m，深1.5m防沖槽。上、下游八字型翼墻均采用鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu)，翼墻頂高程為5.50m。

2.防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

2.1 閘頂高程復(fù)核

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016），防洪高程應(yīng)按下式復(fù)核：

閘頂高程≥設(shè)計(jì)防洪水位+浪高+波浪中心線至靜水面距離+安全超高；

閘頂高程≥校核防洪水位+浪高+波浪中心線至靜水面距離+安全超高。

在設(shè)計(jì)水位情況下，計(jì)算風(fēng)速采用多年平均年最大風(fēng)速的1.5～2.0倍；在校核水位情況下，計(jì)算風(fēng)速采用多年平均年最大風(fēng)速。多年平均最大風(fēng)速的1.5～2.0倍相當(dāng)于重現(xiàn)期為50年的年最大風(fēng)速。

應(yīng)天河控制閘工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3 級(jí)，其余次要建筑物則為4級(jí)。根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）表E.0.1-2可得：應(yīng)天河套閘上游閘首以及節(jié)制閘對(duì)應(yīng)的波列累積頻率取5%，應(yīng)天河套閘上游閘首以及節(jié)制閘工程設(shè)計(jì)工況安全超高為0.4m，校核工況安全超高為0.3m。

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，本次取正向設(shè)計(jì)以及正向校核兩種工況進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，應(yīng)天河控制閘上閘首以及上游節(jié)制閘工程防洪高程計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 上閘首以及節(jié)制閘防洪高程計(jì)算結(jié)果匯總表

根據(jù)江陰市白屈港水利樞紐工程管理處提供的該工程歷年沉降觀測(cè)資料可知：應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘經(jīng)過(guò)多年沉降后的外河側(cè)閘墩墩頂高程為▽5.79m左右；應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘上游側(cè)擋墻擋浪板頂高程為▽6.37m左右，其沉降觀測(cè)值均大于計(jì)算防洪高程▽5.57m；故應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘現(xiàn)有防洪高程滿足要求。

2.2 過(guò)流能力復(fù)核計(jì)算

節(jié)制閘工程過(guò)流能力復(fù)核的水位組合見(jiàn)表2，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016），過(guò)流能力計(jì)算方法如表2。

表2 節(jié)制閘過(guò)流能力復(fù)核計(jì)算水位流量組合表

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）按下式進(jìn)行閘室過(guò)流能力計(jì)算：

式中 0B— 為閘孔總凈寬（m），10.0m；

Q— 為過(guò)閘流量（m3/s）；

H0— 為計(jì)入行近流速水頭的堰上水深（m）；

g— 為重力加速度，取g=9.81m/s2；

m— 為堰流流量系數(shù)，取m=0.385；

ε— 為堰流側(cè)收縮系數(shù)，按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）公式（A.0.1-3）計(jì)算求得，取0.968；

σ為堰流淹沒(méi)系數(shù)，按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）公式（A.0.1-6）計(jì)算求得或按表A.0.1-2查得，0.66。

節(jié)制閘工程的過(guò)流能力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 節(jié)制閘工程過(guò)流能力計(jì)算成果表

由表3可知：應(yīng)天河套閘節(jié)制閘工程過(guò)流能力滿足要求。

2.3 防洪標(biāo)準(zhǔn)安全評(píng)價(jià)

應(yīng)天河控制閘節(jié)制閘鋼閘門(mén)門(mén)頂原設(shè)計(jì)高程為▽5.50m，經(jīng)應(yīng)天河控制閘工程運(yùn)行多年沉降后，該閘門(mén)門(mén)頂高程為▽5.49m，與本次復(fù)核計(jì)算防洪高程相同，故上閘首鋼閘門(mén)門(mén)頂高程滿足防洪要求。

應(yīng)天河套閘節(jié)制閘工程過(guò)流能力滿足要求。根據(jù)《水閘安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL214-2015）4.2.5可知：應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘現(xiàn)有防洪高程滿足要求，故評(píng)定為A級(jí)。

3.滲流復(fù)核

3.1 滲流長(zhǎng)度復(fù)核

根據(jù)江陰市白屈港水利樞紐工程管理處提供的該工程歷年沉降觀測(cè)資料可知：應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘最大沉降位移為1.0cm，本次復(fù)核計(jì)算中高程以建筑物沉降觀測(cè)值為基準(zhǔn)。

由地下輪廓布置圖可知，應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘在運(yùn)行使用時(shí)實(shí)際防滲長(zhǎng)度L實(shí)際防滲=37.75m。

查閱本工程相關(guān)設(shè)計(jì)資料可知，應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘基礎(chǔ)持力層為第2層重粉質(zhì)壤土。查得《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）中表4.3.2可知該土層允許滲徑系數(shù)取為3～5。本次復(fù)核采用勃萊法按公式L=C×△H進(jìn)行計(jì)算其理論允許地下輪廓線長(zhǎng)度最小值，計(jì)算結(jié)果匯總見(jiàn)表4。

表4 滲經(jīng)長(zhǎng)度計(jì)算成果表

由表4可知：應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘在各個(gè)運(yùn)行工況下防滲長(zhǎng)度均能滿足規(guī)范要求。

3.2 閘室滲流計(jì)算

根據(jù)閘室地下輪廓的特點(diǎn)，本次滲流計(jì)算采用改進(jìn)阻力系數(shù)法[1-4]。本工程地基土質(zhì)均勻，閘基滲流的影響范圍以有效深度Te控制，故應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘地基有效深度均按計(jì)算結(jié)果取值Te=13.25m。

應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘基礎(chǔ)持力層為第2層重粉質(zhì)壤土，地基土質(zhì)均勻。由《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）表6.0.4查得該土質(zhì)對(duì)應(yīng)水平段允許滲透坡降為0.25～0.35；出口段允許滲透坡降0.50～0.60。計(jì)算結(jié)果可知：應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘出口段滲透坡降、水平段滲透坡降均滿足規(guī)范要求。

3.3 滲流安全評(píng)價(jià)

在各計(jì)算工況下，應(yīng)天河控制閘上閘首、節(jié)制閘防滲長(zhǎng)度以及出口段滲透坡降以及水平段滲透坡降均滿足規(guī)范要求[5-8]。

根據(jù)《水閘安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL214-2015）4.3.7可知：應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘滲流安全均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，運(yùn)行正常，故評(píng)定為A級(jí)。

4.結(jié)構(gòu)安全

（1）在各計(jì)算工況下，應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘平均基底應(yīng)力小于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力小于地基允許承載力的1.2倍，即應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘基底應(yīng)力滿足規(guī)范要求[9-11]。

（2）在各計(jì)算工況下，應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘地基應(yīng)力不均勻系數(shù)、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足要求。

（3）在各計(jì)算工況下，上游側(cè)翼墻整體穩(wěn)定以及承載力滿足要求。

（4）在各計(jì)算工況下，閘室墻（下游側(cè)擋墻）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求；在正向校核工況下，閘室墻（下游側(cè)擋墻）地基應(yīng)力不均勻系數(shù)不滿足規(guī)范要求。

（5）在各計(jì)算工況下，應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘閘室底板結(jié)構(gòu)承載力滿足要求。

（6）在各計(jì)算工況下，應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘墩墻底面縱向（順?biāo)鞣较颍┱龖?yīng)力滿足強(qiáng)度要求；應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘墩墻底部橫向最大拉應(yīng)力不滿足強(qiáng)度要求，需對(duì)其進(jìn)行配筋驗(yàn)算；應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘墩墻底部橫向最大壓應(yīng)力滿足強(qiáng)度要求。

（7）在各計(jì)算工況下，應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘南北側(cè)墩墻配筋滿足要求，中墩配筋不滿足最小配筋率要求。

（8）在各計(jì)算工況下，應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘工作橋結(jié)構(gòu)承載力滿足要求。

（9）應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘鋼閘門(mén)面板厚度滿足要求，主梁強(qiáng)度以及剛度均滿足要求，選擇QPQ-2×160kN卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)滿足要求。

（10）應(yīng)天河控制閘節(jié)制閘下游側(cè)消力池在實(shí)際水位運(yùn)行下，當(dāng)閘門(mén)開(kāi)啟至2.4m以上時(shí)，對(duì)應(yīng)過(guò)閘流量為最大，此時(shí)消力池、海漫均滿足要求。

根據(jù)《水閘安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL214-2015）4.4.12可知：應(yīng)天河控制閘上閘首以及節(jié)制閘結(jié)構(gòu)安全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，評(píng)定為A級(jí)。

5.結(jié)論

應(yīng)天河控制閘下閘首由于南沿江城際鐵路工程的實(shí)施，需要對(duì)其閘墩上部排架以及工作橋進(jìn)行拆除，同時(shí)撤除鋼閘門(mén)，將其作為一個(gè)敞水結(jié)構(gòu)置于河道之中，不再具備防洪功能。需要對(duì)其閘墩上部排架以及工作橋進(jìn)行拆除，同時(shí)撤除鋼閘門(mén)，作為一個(gè)敞水結(jié)構(gòu)，置于河道之中，閘室內(nèi)水位為平水位，無(wú)水位差，故閘室底板下無(wú)滲流發(fā)生。

根據(jù)《水閘安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL214-2015）4.3.7可知：應(yīng)天河控制閘下閘首現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)、滲流安全以及結(jié)構(gòu)安全均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，運(yùn)行正常，這三項(xiàng)均評(píng)定為A級(jí)。