基于幸福閘工程設(shè)計及施工技術(shù)研究

陳江華

（泰州醫(yī)藥高新區(qū)（高港區(qū)）農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江蘇 泰州 225300）

水閘施工是水利工程建設(shè)中的重點工程，水閘施工環(huán)境復(fù)雜，技術(shù)要求高，但如何正確地將建筑工程應(yīng)用到水閘施工中，提高水閘的施工質(zhì)量，需要進行水工、要重視水力學(xué)和水工保護，為了提高水閘施工的質(zhì)量和效率，確保水閘施工的安全，應(yīng)特別要注意良好的施工技術(shù)在水閘施工中的應(yīng)用，提高質(zhì)量管理工作。

1 工程概況

泰州醫(yī)藥高新區(qū)（高港區(qū)）現(xiàn)有通江閘、站、涵合計28 座，為正常農(nóng)田引水灌溉、生態(tài)用水及汛期防洪排澇發(fā)揮了很大作用，但還有幸福閘、同興閘等三四類病險閘涵，多為20 世紀(jì)70 年代所建，設(shè)備老化嚴重，多年來一直是度汛隱患，拆除重建迫在眉睫。幸福閘位于永安洲鎮(zhèn)長江主江堤上，長江江堤樁號為203+070。該閘始建于1976 年8 月，為徹底解決防洪安全問題，完善區(qū)域防洪體系，對幸福閘實施拆除重建，是十分必要的。

幸福閘拆建工程的主要內(nèi)容為：1、拆建水閘一座，灌溉引水設(shè)計流量為5.24m3/s，閘孔凈寬4.0m；2、新筑堤防130m，設(shè)計堤頂高程▽7.5m，堤頂寬度8m，擋浪墻頂高程▽8.51m，堤頂設(shè)6m 寬瀝青道路；3、疏浚長江側(cè)河道長度約0.35km，并對長約0.135km 河段兩側(cè)河坡以及河底進行護砌；4、建設(shè)智能感知系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字孿生系統(tǒng)等信息化工程。

2 幸福閘施工設(shè)計

2.1 水閘總布置

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃文件，幸福閘的主要功能是防洪、灌溉，根據(jù)該地區(qū)的特點，地基多為較厚淤泥或淤泥質(zhì)土，含水量高，承載力低，地基處理負擔(dān)大。參考管理部門意見，重建幸福閘工作閘門采用平面直升鋼閘門，設(shè)閉式卷揚啟閉機。

2.2 水閘主要建筑物

（1）閘室。幸福閘閘室為1 孔，凈寬4 米，為整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。自下而上垂直方向為：底板、閘室、墩墻、工作橋。閘室底板上部高程0.00m，厚度0.6m，順?biāo)鞣较蚩傞L29.9m，共分2 節(jié)，垂直水流方向總寬5.2m，在閘身以及上下游第一節(jié)翼墻底板下布置高壓旋噴樁防滲墻，滿足防滲長度要求。側(cè)墻厚0.6m，洞首采用鋼筋砼帶胸墻深井結(jié)構(gòu)，豎井頂高程▽12.0m，上設(shè)工作橋頂高程▽12.6m，豎井內(nèi)設(shè)4.0×4.0m 雙向止水平面鋼閘門，啟閉機采用QP-2×160KN 閉式卷揚啟閉機。閘室與上下游連接段翼墻所設(shè)沉降縫的縫寬均為2cm，采用四油三氈瀝青油毛氈嵌縫，砼格埂和擋浪墻伸縮縫采用聚乙烯低發(fā)泡板。

（2）消力池。內(nèi)河側(cè)消力池長10.5m，深50cm。外江側(cè)消力池長13.48m，水深50cm，內(nèi)、外側(cè)消力池底板頂面高程均為-0.50m。消力池底板采用80cm 厚鋼筋砼澆筑、下設(shè)10cm 厚C35 砼墊層和50cm 厚12%水泥土褥墊層。閘室上下游接段灌砌塊石護底均預(yù)埋φ5cmPvc 排水孔，梅花形布置。

（3）兩岸連接建筑物。水閘底板作用于1-2 層土上，為灰色淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土、夾薄層輕粉質(zhì)砂壤土，承載力僅60KPa；少部分底板位于2 層土上，為灰色砂壤土夾淤泥質(zhì)壤土，地基承載力為90KPa，不滿足設(shè)計要求。采用30×30cm C30 鋼筋混凝土預(yù)制樁處理基礎(chǔ)，樁長10.0 米，間距1.1×1.2m。

2.3 細部構(gòu)造設(shè)計

2.3.1 分縫設(shè)計

閘室結(jié)構(gòu)通常只設(shè)順?biāo)鞣较虻姆挚p，除自身分縫外，此外，應(yīng)在兩個相鄰結(jié)構(gòu)之間建立連接，以避免由于顯著的電壓差而導(dǎo)致的不均勻沉淀。

2.3.2 止水設(shè)計

（1）對于上游鋪蓋和閘底板處進行水平止水處理，止水片水平布置如圖1 所示，距臨水面0.3m，材料采用紫銅片；

圖1 水平止水

（2）對于墩墻與岸、翼墻之間上游翼墻的分段縫內(nèi)進行垂直止水處理如圖2 所示，距臨水面0.3m；對于不同方向分縫的交叉處，將止水形成交叉構(gòu)造，水平交叉采用剛性連接，垂直交叉采用柔性連接。

圖2 垂直止水

（3）在閘底板和閘門處設(shè)置底止水，閘和兩側(cè)門槽處設(shè)置側(cè)止水如圖3 所示。

圖3 側(cè)止水、底止水

2.4 閘門設(shè)計

閘門采用平面直升鋼閘門，閘門面板厚度為10mm，采用多主橫梁實腹式布置形式。

支承形式：閘門均配有直徑為500mm 的輥架。主輥材料采用ZG270-500，主輥材料為45 鋼。軸承為內(nèi)置銅基滑動軸承。

止水形狀：閘門下密封采用H1 型橡膠密封，側(cè)密封采用L 型橡膠密封和P 型橡膠密封組合，上密封采用P 型橡膠，橡膠密封材料采用SF6674。

3 幸福閘施工計算

3.1 防滲穩(wěn)定計算

由工程地質(zhì)勘察報告，水閘底板主要作用于1-2 層土或2 層土上，按重粉質(zhì)砂壤土考慮，取滲徑系數(shù)C=11，最大水頭差出現(xiàn)在防洪校核期（防洪校核水位6.77m，相應(yīng)內(nèi)河水位2.0m），△H=6.77-2.0=4.77m，按直線比擬法計算防滲長度L=C×△H=11×4.77=52.47m，根據(jù)設(shè)計布置，建筑物底板輪廓線防滲長度為45.0m，不滿足防滲要求，擬結(jié)合液化進行處理，于閘身以及上下游第一節(jié)翼墻底板下布置高壓旋噴樁防滲墻，防滲樁長度15m，底板防滲長度達到45.0+15×2=75.0m，滿足防滲長度要求。

本工程采用改進阻力系數(shù)法進行滲流分析，經(jīng)計算，垂直段、水平段以及出口段最大水力坡降均滿足規(guī)范要求。

3.2 穩(wěn)定應(yīng)力計算

3.2.1 計算內(nèi)容

包括閘室和翼墻的穩(wěn)定性計算和應(yīng)力計算。閘室為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，翼墻采用懸臂式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

3.2.2 計算方法

3.2.2.1 穩(wěn)定及應(yīng)力計算

按下式進行計算：

式中：

P——所需計算水閘閘室的基底壓力的最大值和最小值(kN/m2)；

ΣG——作用于水閘室上的全部豎向荷載（kN）；

ΣM——作用于閘室上的全部荷載以及其對基底面的力矩（kN·m）。

A——閘室基底面的全部面積（m2）；

W——閘室基底面對其形心軸的抵抗矩值（m3）；

3.2.2.2 各種工況下閘室穩(wěn)定計算：

式中：Kc-水閘閘室的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算值；

F——水閘基礎(chǔ)的砼底板和地基的摩擦系數(shù)；

ΣG——作用于閘室上豎向荷載（kN）；

ΣM——作用于閘室上水平向荷載（kN）。

3.2.3 計算成果

各種情況下的閘室及翼墻的穩(wěn)定、應(yīng)力計算方法研究成果。穩(wěn)定計算考慮了完建期、防洪期、排澇期、引水期，考慮的荷載為結(jié)構(gòu)自重、水重、水壓力、揚壓力等，計算結(jié)果如下表1：

表1 水閘閘室穩(wěn)定計算成果表

3.3 地基處理

根據(jù)工程地質(zhì)條件，建筑物底板位于1-2 層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土上，且下部土層為液化土層，由于軟土的承載力低于建筑物的基底反力，沉降變形較大，有必要對其進行加固，采取適當(dāng)?shù)氖┕せ蚧A(chǔ)處理措施。

在項目區(qū)處理軟土地基的成熟經(jīng)驗，水泥土深層攪拌樁、鋼筋砼預(yù)制方樁、預(yù)應(yīng)力管樁已成熟并廣泛應(yīng)用。

（1）水泥土深層攪拌樁。優(yōu)點：投資較低；施工工藝較成熟。缺點：成樁慢、施工工期長；樁基受土質(zhì)影響較大，質(zhì)量控制不易；將地基承載力由60kPa 提高到104.4kPa 較為困難。

（2）預(yù)應(yīng)力管樁和鋼筋砼預(yù)制方樁。優(yōu)點：可購買成品樁，工期短、樁基質(zhì)量容易控制；施工工藝較成熟；缺點：投資較高，施工機械對進場及場內(nèi)交通要求較高。

方案比選：

（1）處理效果。鋼筋砼預(yù)制方樁和預(yù)應(yīng)力管樁都具有很強的穿透能力，能穿透較深的軟土，承載能力高，建設(shè)項目在該地區(qū)開發(fā)了兩種樁的技術(shù)，處理效果理想。

（2）項目成本。從經(jīng)濟適用性及節(jié)約工程工期兩方面考慮，優(yōu)先選擇鋼筋砼預(yù)制方樁或預(yù)應(yīng)力管樁，水閘拆建工程須在主汛期前完成水下部分，減輕防汛工作壓力，考慮到預(yù)應(yīng)力管樁處理效果與方樁基本相同，但總投資較高，因此采用鋼筋砼預(yù)制方樁進行基礎(chǔ)處理。

3.4 邊坡設(shè)計

這一階段主要是水閘建筑基坑開挖過程中涉及的邊坡治理問題。根據(jù)各建筑基坑的實際情況，采取深基坑支護或分級等工程處理措施。支護結(jié)構(gòu)按一級基坑設(shè)計，抗傾覆安全系數(shù)不小于1.25；邊坡開挖邊坡等級按二級設(shè)計，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.15。右岸目前的地面高程為4.5m，基坑設(shè)計的底部標(biāo)高為-1.9m，基坑最大深度為6.4m。右岸的場地開放，坡面荷載有減小的空間，因此在基坑開挖中采用邊坡減載方案[1-2]。左岸與堤防相鄰約30m。擬采用高壓旋噴樁圍封樁形式形成止水帷幕，避免因滲流引起地面變形。由于基坑底部采用高壓旋噴樁加固，基坑底面1:4 的邊坡開挖，滿足穩(wěn)定性要求。經(jīng)計算，該邊坡整體抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)k=1.20＞1.15，滿足規(guī)范要求。

4 幸福閘施工技術(shù)

4.1 混凝土施工技術(shù)

混凝土施工質(zhì)量對水閘整體穩(wěn)定性有非常重要的影響，要有效提高混凝土施工質(zhì)量，必須在澆注前對混凝土質(zhì)量進行抽查，確保混凝土質(zhì)量符合相關(guān)要求，同時加強對砂石比的嚴格管理。砂石比不匹配，容易導(dǎo)致混凝土澆筑墻壁裂縫，同時加強混凝土溫度控制[3-4]。

4.2 導(dǎo)流施工

在水閘施工過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)天氣、潮汐等自然因素，導(dǎo)致工程延誤。因此，施工過程中應(yīng)加強降排水工作，根據(jù)本工程地質(zhì)及類似工程實踐經(jīng)驗，施工期引河段采用明溝排水，建筑物段采用管井、針井結(jié)合明溝排水方案。

4.3 截流施工

水閘工程施工時需在外河側(cè)、內(nèi)河側(cè)各布置一道圍堰；閘外河道整治時內(nèi)河側(cè)可兼用建筑物的圍堰，長江側(cè)河口處需增加一道攔河圍堰，閘外河道整治需搶低潮施工。為保證施工期老閘穩(wěn)定安全，內(nèi)河側(cè)圍堰布置于新老閘之間。

4.4 竣工驗收

在水閘施工完成后，要加快完成驗收工作，如果不嚴格完成驗收工作，不能及時發(fā)現(xiàn)問題，同時在完工驗收階段要加強質(zhì)量控制和維護，以免今后的工作對已完成項目造成損害。在竣工驗收過程中，要建立和完善質(zhì)量控制體系，強調(diào)多邊合作，確保施工效率達到標(biāo)準(zhǔn)，及時全面驗收包括設(shè)計資料在內(nèi)的問題和隱患，BIM 模型符合設(shè)計要求，實際控制效果符合施工要求。

5 結(jié)論

幸福閘建于20 世紀(jì)70 年代，原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，閘頂高程不滿足防洪要求，按最新設(shè)計潮位成果進行復(fù)核后僅為50 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，不能滿足100 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求；經(jīng)過水文計算復(fù)核，閘基防滲長度、出口滲透坡降和水平滲透坡降均不滿足要求，下游翼墻地基應(yīng)力不均勻系數(shù)、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和地基承載力在各工況下均不滿足要求；現(xiàn)狀破舊不堪的水閘已經(jīng)與周邊環(huán)境（海軍廣場、泰州春江濕地公園）極其不協(xié)調(diào)。因此，對幸福閘進行拆除重建是完善防洪體系，保障防洪安全的需要；是恢復(fù)灌溉功能、發(fā)揮引水效益的需要；是城市發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的需要；是落實相關(guān)規(guī)劃的需要；因此本工程建設(shè)是非常迫切和必要的。