泗陽節制閘除險加固工程閘址方案比選

呂曉波 朱 杰 戴 康 鮑 磊

（作者單位：1.江蘇省駱運水利工程管理處 223800 2.南水北調江蘇水源公司徐州分公司 221000 3.宿遷市水務勘測設計研究有限公司 223800）

在天然河道上修建攔河節制閘，其運用條件一般比較復雜。閘址的選擇需要考慮河道的水文情況、地形和地質條件等很多因素。當有幾種閘址方案可供選擇時，要通過技術、經濟等方面的論證和比較，選擇技術上可靠、經濟上合理的最優方案。本文以泗陽節制閘除險加固為例，提出了節制閘新建閘址方案比選，為今后節制閘閘址方案比選提供一定的參考。

一、工程概況

泗陽節制閘位于江蘇省泗陽縣，是南水北調中運河段梯級控制之一，該閘具有防洪、灌溉、發電等綜合功能。泗陽閘設計流量1000m3/s，汛期主要承泄駱馬湖洪水、駱馬湖以西地區及皂河閘以下中運河兩岸的部分澇水，非汛期攔蓄劉老澗來水便于上游的灌溉、航運及工業、生活用水。該閘于1959年10月開工，1960年12月竣工。閘身為鋼筋混凝土結構，總寬86m，共計17孔，每孔凈寬4m，閘孔總凈寬68m，孔高6m；兩側岸墻各設凈寬為3m的發電孔。閘門為鋼質平板直升門，配有2×10t電動卷揚式啟閉機8臺及1臺1×10t電動卷揚啟閉機，節制閘兩側岸墻空箱內各安裝一臺ZDT03-LW-100水輪發電機組，裝機容量為2×160kW，主閘門上、下游兩側均設檢修便橋。

二、加固原因

根據檢測資料及工程安全復核計算，主要存在問題包括：①交通橋大梁、橋墩蓋梁、交通橋立柱、閘墩、排架、底板胸墻混凝土普遍碳化嚴重，碳化深度一般大于50mm，最大值達138mm；原混凝土設計強度140#，經檢測普遍為10～16MPa，最低值為8.3MPa，達不到原設計強度，也不滿足現行規范的最低強度等級要求。②該閘大部分構件實測混凝土保護層厚度小于規范規定的最小保護層厚度，大部分構件最小保護層厚度小于該構件碳化深度，說明混凝土已失去護筋性，結構內部易發生鋼筋失鈍、銹蝕，混凝土易發生表面脹裂破損。③閘門底止水損壞多處、漏水嚴重；消力池多處表面沖蝕，露石嚴重；底板分縫比較大、與消力池連接段錯位、底板下沉；閘墩混凝土質量比較差、開裂露筋、鋼筋銹蝕；交通橋大梁多處露筋、鋼筋銹蝕；交通橋橋墩蓋梁開裂、上下游立柱混凝土質量比較差。④閘身地基承載力、不均勻系數、抗滑安全系數均滿足《水閘設計規范》要求，但閘基下的粉質砂壤土層，處于高程8.0m處，在地震力作用下，極易產生液化，由于當時施工未采取封閉措施，因此，地震可能導致建筑物整體失穩破壞。⑤閘底板在地震工況下，個別部位現有鋼筋面積不能滿足要求。⑥排架強度太低，在地震力作用下，極易破壞，使斷面有效高度減小。⑦交通橋及交通橋立柱混凝土強度低于設計強度等級；交通橋大梁、懸臂多處露筋、鋼筋銹蝕；交通橋蓋梁斷裂；上下游立柱混凝土質量差、碳化深度大。⑧經過對泗陽閘閘門及啟閉機的檢測、分析，啟閉機設備老化嚴重，存在問題較多，已嚴重影響該工程的安全運行。

三、工程選址

1.閘址方案比選

方案一：原址改建方案

該方案在原閘址處按原規模新建節制閘，將老閘閘身、翼墻、混凝土護坦、消力池等全部拆除，保留上下游干砌塊石護坡、護底及防沖槽。

新建閘工程布置：新建閘為7孔節制孔，單孔凈寬10.0m，總凈寬為70.0m。閘室右側岸邊布置2孔小水電孔，單孔凈寬3.0m。閘底板面高程為12.0m，閘墩頂高程20.0m。新建閘上公路橋總寬12.0m，橋面高程24.0m；內部交通橋寬4.5m、檢修便橋寬2.50m，面高程20.0m。閘上公路橋中心線與現狀公路中心線重合、閘室中心線與河底中心線重合、閘底板上游邊線與老閘重合。

閘上游設鋼筋混凝土護坦長29m，與原上游護底連接；下游設鋼筋混凝土消力池長40m、鋼筋混凝土護底長26.5m，與原下游海漫連接。上、下游翼墻為鋼筋混凝土空箱扶壁擋土墻和鋼筋混凝土扶壁擋土墻。

根據水力計算，最大流量所對應的消力池長度L=38.100m，對應的消力池深度為d=1.872m，海漫末端河床形成的最大沖刷深度dm=3.000m。設計消力池長40.0m，池深2.00m，原防沖槽深3.50m，滿足規范要求。

由于原閘底板采用換砂地基加固處理，換砂厚度為2.50m，該方案換砂墊層仍保留，為此采用套打水泥攪拌樁，將換砂墊層圍封，滿足閘基滲流穩定要求。

為滿足翼墻穩定和地基承載力要求，上、下游翼墻地基采用10%水泥土置換加固處理，水泥土厚度為2.0m。

優點：①原址拆建可保留閘上下游原干砌塊石護底、護坡，防沖槽及外側坡腳防護等原護砌工程（但需待閘塘抽干水，經檢測后確定）；②維持工程區現有布局，對周圍環境影響較小。

缺點：①拆除工程量大，基坑開挖土方工程量大，在一個非汛期內工程難以完工，需度汛施工，導流標準大大提高；②施工期需要打上、下游圍堰，施工圍堰土方量較大，周圍適合的取土范圍較少，土源緊張；③老閘閘上公路連接徐淮公路，為進出泗陽區域的主要交通要道，施工時交通被切斷，需增設臨時交通便道；④需閘橋結合建設，該處為交通要道，車流量較大，對閘上公路橋要求較高，今后不方便水利部門管理；⑤閘身兩側接線公路較高，路堤兩側需設二級擋土墻，增加工程投資。

方案二：移址改建方案

（1）閘址位置確定

根據老閘工程位置，老閘上游距泗陽二站引河進口約190m，下游距泗陽二站引河出口約600m，移址建閘在老閘上游布置較困難，只有在老閘下游布置，同時也便于工程管理。

為使新建閘與老閘有較好的銜接，且盡量抬高閘底板面高程，減少工程投資。經初步分析，將新建閘布置在老閘下游35m處（老閘底板下游邊線至新閘底板上游邊線），距泗陽二站配套內部交通橋328m（老閘底板下游邊線至交通橋上游邊線），設計閘底板面高程為8.50m，這樣布置的主要目的是：①老閘閘墩及翼墻均拆除并擴挖老閘處河道，使河道銜接平順，流態合理，行洪時水域面積相對美觀；②新建閘上游設護坦和兩側翼墻，滿足防滲布置要求，也滿足與老閘上游河道銜接要求；③閘下相對水深較大，可減少土方開挖和回填量，減少消能工成本；④充分利用老閘底板和部分翼墻底板為河道護底，相應減少工程投資；⑤避免局部工程建設在新建泗陽二站開挖的導流河回填土上；⑥避免新閘主體修建在原閘下游的拋石防沖槽上；⑦減小施工期間降水對新建泗陽二站的影響；⑧閘與公路橋分開，在新閘上設內部交通橋，便于工程管理并減少后期交通橋維護費用。

（2）新閘布置

新建閘位于老閘下游35m處（老閘底板下游邊線至新閘底板上游邊線距離），為7孔節制孔，單孔凈寬10.0m，總凈寬為70.0m，閘室右側岸邊布置2孔小水電孔，單孔凈寬3.0m。閘底板面高程為8.50m，閘墩頂高程20.0m，閘上內部交通橋面高程20.0m。閘上游設鋼筋混凝土護坦，下游設鋼筋混凝土消力池、漿砌塊石海漫和拋石防沖槽；上、下游翼墻為鋼筋混凝土空箱扶壁擋土墻和鋼筋混凝土扶壁擋土墻，閘室中心線與河底中心線重合。

優點：①節制閘重新建設，安全性、可靠性有保障；②公路橋改造前閘上交通維持現狀，改造期間利用新建節制閘上的交通橋作為臨時交通，滿足對外交通需求；③充分利用老閘底板和部分翼墻底板為河道護底，相應減少工程投資；④新閘上游河道擴挖后相對美觀，建成后水流狀態較好；⑤新建節制閘與對外公路橋分開，便于工程管理。

缺點：①閘址下移，因閘址處河床較低，閘底板高程需相應降低；②拆除重建老閘閘墩及上、下游翼墻和消力池，拆除部分工程量較大。

2.方案比較

上述兩方案，從工程總體布置上考慮，移址改建方案使新閘與老閘上游河道銜接平順，流態合理，行洪時水域面積相對美觀。

從初步經濟分析上考慮：方案一土建工程投資約4006萬元，方案二土建工程投資約3719萬元，方案一較方案二增加土建投資約287萬元，即移址建閘方案投資較省。

從工程施工考慮：移址改建老閘公路橋交通維持現狀，不需要架設臨時交通設施，滿足對外交通需求；且方案一拆除工程量較大，在一個非汛期內主體工程難以完成，若跨汛期施工，工程投資將更大。

從工程占地拆遷方面考慮：方案一和方案二所占地均為管理所土地，不存在工程永久征地，且征地拆遷因徐淮公路改造已基本全部完成。

從運行管理上考慮：方案一采用閘橋結合，今后需不定期投入資金對外部交通橋進行維護管理，增加了后期運行維護費用。

四、結語

上述兩方案，從工程總體布置、經濟分析、工程施工、工程占地拆遷、運行管理等方面進行綜合分析研究，建議采用方案二即移址改建方案■