劉老澗新閘除險加固方案探析

蔣 雯 呂 坤 朱 杰 季煒理

一、工程概況

劉老澗新閘建于1976年，位于宿遷市宿豫區仰化鎮境內的京杭運河中運河段上，是劉老澗樞紐排泄沂河、泗河、黃墩湖、宿遷閘下游地區洪澇的控制性建筑物。劉老澗新閘與劉老澗二站節制閘共同承擔排泄中運河800～1000m3/s洪水的任務，同時兼顧洋北地區排澇；關閘蓄水，可以滿足劉老澗至宿城段運河航運及工農業生產用水的需要；在豐水期間擋高上游水位配合抽水站發電。劉老澗新閘自建成以來，已累計排泄澇水240億m3。2015年，該閘經安全鑒定為三類，難以滿足安全運行要求，需要盡快立項進行加固處理，確保工程安全運行。本文結合該閘實際情況，對工程除險加固方案進行分析比選，以期為其他類似工程提供借鑒。

二、方案分析

1.擴孔加固改造方案

緊鄰劉老澗新閘北側順河并排有兩個企業，若向北側擴孔，同時考慮基坑開挖和施工布置要求，需向北側增加約50m，要整體拆遷北側河邊兩個企業，工程實施難度較大，投資多，因此擬向南側擴孔。

閘墩除門槽段為現澆鋼筋混凝土結構外，其余部分為預制混凝土墩殼（內填100#塊石混凝土），鑿除閘墩表層20cm處理后，閘墩只剩內填塊石混凝土，相當于重建閘墩。故此次加固改造方案為在閘墩外側包20cm鋼筋混凝土，每孔凈寬4.6m，按照設計流量500m3/s計算，閘孔凈寬需34.9m，向南側擴3孔，共8孔，總凈寬36.8m。

主要加固措施：（1）向南側增加3孔凈寬4.6m閘室，閘墩厚1.2m，增加總寬度18.6m，同時拆建南側上下游翼墻；（2）反拱底板面層鑿除20cm，鋪設鋼筋網，澆筑混凝土；（3）預制塊混凝土閘墩外包20cm鋼筋混凝土；（4）結合抗震加固要求，拆建閘上交通橋、工作便橋，采用固支結構；（5）排架配筋不足，抗震不滿足規范要求，拆建排架、工作橋、啟閉機房。工作橋采用固支結構；（6）更換閘門、啟閉機8臺套；（7）更換備用發電機組及配電設備，新建自動控制與視頻系統；（8）新建上下游水文觀測設施、備用發電機房，新建不足部分生產性用房（暫估 400m2）；（9）地震期翼墻不均勻系數偏大，采用減載加固；（10）上下游翼墻、護坡、護底整修。

該工程需要向南側擴挖18.6m，同時考慮基坑開挖和施工布置要求，工程總布置需整體向南側增加約55m。同時為滿足劉老澗老閘和北側兩企業建筑物安全，需要套打防滲攪拌樁防滲，樁長15m，每側約120m，總計240m。

擴孔加固改造方案只能對反拱底板面層進行加固，無法徹底解決素混凝土反拱底板閘墩位置底板底層受力問題，也不能實現劉老澗新閘的封閉式管理。同時，該方案保留了北側翼墻，翼墻為漿砌石結構，不利于抗震。

2.拆除重建方案

根據劉老澗水利樞紐內各建筑布置情況和新閘上、下游引河情況，工程區可考慮原址拆建和移址重建兩個方案。移址重建位置可設置在原閘與二站交通橋之間，也可布置在二站交通橋下游。通過方案比選確定最優位置。

（1）方案一：原址拆建方案

根據劉老澗新閘設計流量500m3/s，原址拆建閘孔采用3孔，單孔凈寬10.00m，底板面高程為11.50m，閘頂高程22.00m。上游連接段采用圓弧翼墻與河坡相接，下游連接段采用10°擴散角直線段與圓弧翼墻銜接，再與河坡相接，上下游連接段翼墻采用鋼筋混凝土扶臂式擋墻。上游翼墻頂高程21.0m，上設1m高擋浪板，下游翼墻頂高程20.0m，上設1m高擋浪板。為滿足工程施工要求，確保臨近建筑物安全，擬采用φ60直徑攪拌樁套打支護、防滲，長度約120m，北側廠區需拆遷約1730m2。

節制閘上游依次設16m混凝土護坦，50mC20混凝土護底，另對兩側裹頭采用C20混凝土防護；下游依次設27m消力池，池深2.0m，后接12m混凝土護坦，58mC20混凝土護底，8m拋石防沖槽，護坡護至防沖槽外側12.0m。上下游河道底寬50m。

方案一優點：①利用閘上交通橋作為鄉鎮道路交通橋，節省交通橋一座；②閘上兩側堤防已達標，不需提高堤防高程；③上、下游圍堰間距離較短，節省部分工程降排水費用。

方案一缺點：①外部交通橋仍布置于閘上，車輛較多，對該閘運行管理、維修帶來諸多不便，不能實現封閉式管理；②原閘址北側一企業緊鄰，南側為劉老澗老閘橋，需采用臨時支護和防滲措施，確保鄰近建筑物安全；③原址拆建緊鄰企業和鄉鎮道路，施工工場較難布置；④先完成支護樁施工后，才能拆老閘建新閘，工期較緊，施工風險較大。

（2）方案二：移址重建方案1

方案二布置在原閘和二站站內交通橋之間，根據新閘的布置要求，新閘位置擬定于原閘下游約108m處。

根據劉老澗新閘設計流量500m3/s，移址拆建閘孔采用3孔，單孔凈寬10.00m，底板面高程為11.50m，閘頂高程22.00m。上游連接段采用圓弧翼墻與河坡相接，下游連接段采用10°擴散角直線段與圓弧翼墻銜接，再與河坡相接，上下游連接段翼墻采用鋼筋混凝土扶臂式擋墻。上游翼墻頂高程21.0m，上設1m高擋浪板，下游翼墻頂高程20.0m，上設1m高擋浪板。為滿足工程施工要求，確保臨近建筑物安全，擬采用φ60直徑攪拌樁套打支護、防滲，長度約120m，北側廠區需拆遷約3000m2。。

表1 拆除重建方案比選表

節制閘上游依次設16m混凝土護坦，50mC20混凝土護底；下游依次設27m消力池，池深2.0m，后接12m混凝土護坦，58mC20混凝土護底，8m拋石防沖槽，護坡護至防沖槽外側12.0m。上下游河道底寬50m，北側廠外新建防洪墻，長度約100m。

方案二優點：①閘橋分離，減少外部交通對節制閘的影響，新建節制閘可實現封閉式管理；②拆老閘建新閘同時進行，可節省工期。

方案二缺點：①老閘位置拆建交通橋一座，寬8.0m，長60m；②河道北側廠房處堤防防洪高程抬高，新建防洪墻總長約100m；③上、下游施工圍堰相距較遠，增加部分工程降排水費用；④上游北側緊鄰企業，需采用臨時支護和防滲措施，確保鄰近建筑物安全；⑤進出閘道路穿過廠區，需要拆遷補償。

（3）方案三：移址重建方案2

為方便工程施工，同時為了工程運行管理方便，結合劉老澗水利樞紐一、二站布置位置，方案三擬將閘址布置于二站站內交通橋下游約75m處。

根據劉老澗新閘設計流量500m3/s，移址拆建閘孔采用3孔，單孔凈寬10.00m，底板面高程為11.50m，閘頂高程22.00m。上游連接段采用圓弧翼墻與河坡相接，下游連接段采用10°擴散角直線段與圓弧翼墻銜接，再與河坡相接，上下游連接段翼墻采用鋼筋混凝土扶臂式擋墻。上游翼墻頂高程21.0m，上設1m高擋浪板，下游翼墻頂高程20.0m，上設1m高擋浪板。

節制閘上游依次設16m混凝土護坦，50mC20混凝土護底；下游依次設27m消力池，池深2.0m，后接12m混凝土護坦，58mC20混凝土護底，8m拋石防沖槽，護坡護至防沖槽外側12.0m。上下游河道底寬70m，北側廠外新建防洪墻，長度約180m。劉老澗二站側隔堤采用φ60套打攪拌樁截滲墻截滲，減小基坑降水對劉老澗二站建筑物的影響，截滲墻長度約50m。

方案三優點：①閘橋分離，減少外部交通對節制閘的影響，新建節制閘可實現封閉式管理；②周邊不存在影響建筑物，方便工程布置；③拆老閘建新閘同時進行，可節省工期。

方案三缺點：①老閘位置拆建交橋座一座，寬8.0m，長60m；②河道北側廠房處堤防防洪高程抬高，新建防洪墻總長約180m；③上、下游施工圍堰相距較遠，增加部分工程降排水費用。

3.拆除重建方案比較

經比較分析，原址、移址方案在供電、地質條件上基本相同，主要差別體現在：原址拆建，施工期需要臨時支護，施工難度大，工期緊，投資略省；移址重建，需要補償交通橋一座、加固北側堤防，工程投資略大，施工相對方便，閘橋分離有利于工程運行管理。根據方案比選表（表1）分析，方案二投資較大，方案一、三投資相差較少（僅42萬元），考慮工程總體布置、施工及運行管理方便，推薦采用方案三移址重建2方案。

三、結論

（1）方案一擴孔加固，只能對反拱底板面層進行加固，無法解決素混凝土反拱底板閘墩位置底板底層受力問題；因大泄量泄洪閘身振動原因未查明，暫未列加固改造措施。

（2）方案二拆除重建（移址重建2）可完全消除工程安全隱患，同時橋閘分離，避免了方案一閘上交通橋兼作外部交通、不利于工程運行管理的問題，可實行封閉式管理；且移址重建方案避免了方案一中的施工不確定因素，周邊無影響建筑物，能夠順利施工。

（3）經初步投資估算，工程直接費用拆除重建方案較擴孔加固改造方案投資大，但拆除重建方案在改造徹底性、施工方便、運行管理等方面有明顯優點。

經綜合分析比選，認為采用拆除重建（移址重建2）方案較好■