抬高三河閘工程下游常水位方案研究

（江蘇省洪澤湖水利工程管理處 洪澤 223100）

1 工程概況

三河閘工程建成于1953年7月，位于江蘇省洪澤區蔣壩鎮南端，為淮河下游入江水道的控制口門，是新中國成立初期我國自行設計自行施工的大型水閘。三河閘為鋼筋混凝土胸墻式結構，共63孔，每孔凈寬10m，閘身總寬697.75m，設計流量為12000m3/s，底板為三孔一聯，共21塊，底板頂面高程7.5m，閘門為鋼結構弧形門，重13.32t，每孔設2×100kN卷揚式啟閉機一臺。閘室上游（洪澤湖側）設長35m厚30cm鋼筋混凝土防滲鋪蓋，閘室下游（入江水道側）設長23m深1.3m坎式消力池，其后為長10m厚50cm的條石護坦，和長32m厚50cm的漿砌石海漫，末端設2m×2m干砌石防沖槽。三河閘工程建成60多年來，充分發揮了工程效益，已累計安全泄洪1.3萬億m3，為里下河地區3000萬畝農田和2600萬人民生命財產安全作出了巨大的貢獻。

2 研究背景

2010年6月，江蘇省洪澤湖水利工程管理處委托江蘇省水利勘測設計院有限公司開展三河閘工程安全復核計算和安全評價，在安全復核報告和安全評價報告中認為“現狀三河閘閘身在不考慮鋪蓋的拖板作用下，蓄水期和地震期的抗滑安全系數不滿足規范要求，在各工況下的基底反力不均勻系數及承載力滿足規范要求。由于原閘設計時，通過拉筋將閘身和上游鋪蓋連接成整體，因此在考慮鋪蓋的拖板作用下，閘身蓄水期和地震期的抗滑安全系數滿足規范要求”。為驗證上游鋪蓋是否起到拖板作用，進一步復核穩定性，2016年4月，江蘇省洪澤湖水利工程管理處委托水利部南京水利科學研究院進行三河閘穩定性評估專項研究，研究認為“拉筋將閘身和上游鋪蓋連接成整體，是可以起到提高三河閘穩定性作用的”。

在上述安全復核和專項評估中，工程抗滑安全系數雖滿足《水閘設計規范》（SL265-2001）的要求，但安全系數的富余度不夠，鑒于三河閘工程的重要性，為慎重起見，考慮拖板試驗取得的粘結力C、摩擦角φ值也存在一定的不確定性，為進一步提高三河閘閘身穩定的安全可靠度，擬研究抬高下游常水位的方案，考慮到消力池尾坎水躍的影響，本文提出抬高消力池尾坎45cm的方案設想，并對方案進行分析論證。

3 水文地質

3.1 工程地質

三河閘為大（1）型水閘，工程等別為Ⅰ等。三河閘地基土質各處大致相同，均為粘性黃崗土，部分含有砂疆，土質較好。自地面向下15～21m，其標準貫入擊數N平均為20擊，其余土層絕大部分在25擊以上。為了驗證三河閘底板與地基土之間的摩擦系數，先后進行了兩次現場拖板試驗。第一次在1955年，試驗現場在閘下游南岸高程16.0m處，其試驗小值平均值為C=17kPa，φ=19°；第二次在1969年，試驗現場在閘下游北岸高程7.5m處，其試驗小值平均值為C=21kPa，φ=22°。三河閘地震烈度按Ⅷ設防，地震動峰值加速度為0.1g，地震動反應譜特征周期為0.40s。

3.2 工程水文

洪澤湖主要特征水位:汛期限制水位12.5m，正常蓄水位13.0m，遠景蓄水位13.5m，濱湖圩區破圩水位14.5m，設計洪水位16.0m，校核洪水位17.0m。10年一遇非汛期洪水位13.69m，20年一遇非汛期洪水位13.85m。

三河閘閘身穩定計算水位現狀組合見表1，消力池尾坎抬高45cm后水位組合見表2。

表1 閘身穩定計算現狀水位組合表

表2 消力池尾坎抬高45cm后閘身穩定計算水位組合表

表3 現狀運行水位下防滲計算復核成果表

表4 消力池尾坎抬高后防滲計算復核成果表

表5 現狀運行水位下閘身穩定復核成果表

表6 消力池尾坎抬高后閘身穩定復核成果表

圖1 消力池尾坎加高圖

4 防滲復核

三河閘底板、上游護坦位于棕黃夾灰色粉質粘土上，按《水閘設計規范》（SL265-2001）取允許滲徑系數[C]=3。運行期最大水位差△H=6.0m（設計工況，H上=13.50m、H下=7.5m），上游護坦、閘底板水平投影分別為:35.0m、18.0m，以及垂直投影為9.0m，地下輪廓線投影總長度L=62.0m，計算滲徑系數C=L/△H=10.33，大于允許滲徑系數值，閘身縱向防滲長度滿足規范要求。

閘身兩側及翼墻后回填土系基坑開挖土，以粘性土為主，側向防滲長度布置與站基地下輪廊長度一致，故閘身側向防滲長度也滿足規范要求。

按照“改進阻力系數法”對本閘抗滲穩定性進行計算，現狀運行水位下防滲計算結果見表3，抬高消力池尾坎后計算結果見表4。

分析表3、表4結算結果，計算值均小于《水閘設計規范》的規定（水平段允許坡降值為0.30～0.40，出口段允許坡降值為0.60～0.70），故工程防滲穩定性滿足規范要求。

比較表3、表4，在三河閘下游水位抬高45cm后，設計蓄水位、校核蓄水位以及設計蓄水位+地震期等水位組合下，水平坡降、出逸坡降均有所減少，有利于閘身穩定。

5 穩定復核

三河閘鋼筋混凝土胸墻式結構，共63孔，每孔凈寬10m，底板為三孔一聯，共21塊，取單塊三聯底板作為研究對象。鑒于三河閘的安全特別重要，本次復核計算中，對閘基土質取用1955年的拖板試驗值，即C=17kPa，φ=19°。經計算，現狀運行水位下閘身穩定復核結果見表5，抬高消力池尾坎后閘身穩定復核結果見表6。

分析表5、表6，在不計入鋪蓋拖重情況下，現狀水位組合下校核蓄水位、設計蓄水位+地震期工況下安全系數不滿足規范要求，但消力池尾坎抬高后，設計蓄水位+地震期工況下安全系數滿足規范要求。計入鋪蓋拖重情況下，各工況抗滑穩定安全系數均滿足規范要求。

比較表5、表6，在三河閘下游水位抬高45cm后，設計蓄水位、校核蓄水位以及設計蓄水位+地震期等水位組合下，抗滑安全系數均有所提高，有利于閘身穩定。

6 結論

（1）三河閘工程消力池尾坎抬高后，利用兩側空箱內小水電發電尾水及個別閘門漏水，抬高三河閘下游常水位，對工程滲流、穩定均有利，該方案在理論上是可行的。

（2）三河閘工程消力池尾坎現狀高程7.5m，利用淮河入江水道三河段低水位期，在消力池尾坎頂部植筋澆筑混凝土（圖1），在實際施工上是簡易可行的。

（3）消力池尾坎抬高后，根據計算躍后水深小于下游水深，尾坎后的水躍為淹沒水躍，不需要再設第二道消力墻■