淮北市新沱河徐樓閘除險加固工程閘址方案比選

朱海峰

一、工程概況

徐樓節制閘位于淮北市濉溪縣徐樓集西南的沱河上，控制流域面積2784km2。其主要任務是蓄水灌溉，兼有防洪排澇及水資源調度。閘上游建有11 座機電排灌站，裝機容量900kW，灌溉面積3 萬畝，還有一些小型流動灌溉設備，可增加灌溉面積1 萬畝。工程蓄水向臨溝、小閻河、團結溝、戚家溝等大中溝提供水源，為地方經濟的發展作出了巨大貢獻。

徐樓節制閘為重建工程，根據水閘最大過閘流量確定工程等別、規模為Ⅲ等、中型，主體工程為上游截滲墻、上游連接段、閘室段、下游連接段、下游防沖墻、金屬結構、電氣自動化設施、管理房及輔助設施。

二、加固原因

徐樓閘始建于1969年3月，1976年3月改建，徐樓節制閘是典型的“三邊”（邊勘察、邊設計、邊施工）工程，由于歷史原因，該閘存在著設計標準低、滲漏嚴重、穩定性差、檢修困難等病患。建成50 多年來經過多次加固、改建，新閘、老閘墩體交錯布置，閘橋互相影響，體系復雜，水流紊亂，消能防沖效果較差，一旦失事，將給當地人民的生命和財產帶來巨大損失，對社會穩定造成不利影響。只有盡快進行整修加固（或者拆除重建），才能保證水閘安全，減少洪澇水害造成的損失，保障水閘防洪保護區人民生命和財產安全，更好地為當地經濟建設發揮重要作用。

三、閘址區工程水文、氣象、地質條件

（一）閘址區水文和氣象

徐樓節制閘工程地屬暖溫帶半濕潤季風氣候區，四季分明，光照充足，無霜期長，春暖秋爽，夏炎冬寒，具有明顯的大陸性氣候。年平均降雨量839.2mm，最大年降雨量1441.4mm（1963年），最小年降雨量502.4mm（1966年），年平均降水天數為91 天。年平均氣溫14.5℃，1月為全年最冷月，平均氣溫-0.1℃，7月為全年最熱月，平均氣溫27.5℃。極端最高氣溫41.1℃（1972年6月11日），極端最低氣溫-21.3℃（1969年2月5日）。常年平均風速3.0m/s。10 分鐘平均最大風速19m/s，相當于8 級風力。5年、20年一遇設計流量分別為532m3/s，860m3/s。

（二）閘址區地形地貌

徐樓節制閘除河床和防洪堤外，地形基本平坦，高程在28.50～31.00m：河床高程一般在23.0～25.0m，閘下游有一較深沖坑，坑底高程在21.5m 左右，閘上游有一深坑，長65m、寬45m、深達6m，坑底高程在18.12m 左右。左右堤高程32.0～33.0m，堤后堆土高程3.80～35.60m，堤頂寬一般5～7m。區域地貌屬于淮北平原區，局部屬于平原區河流地貌單元，在河谷兩側為河漫灘地一級階地。

（三）工程地質條件

選取上閘址、下閘址作為徐樓節制閘重建閘址進行比較，閘址區位于現狀閘上、下游，兩方案閘軸線間距210m，地層條件基本相同，揭露土層以粘性土、砂層為主，屬第四紀河流沖積相。根據地層性狀特征差異自上而下分為7 層。

閘址區地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙潛水、承壓水。地下水和地表水的水化學類型主要為SO4·HCO3-Na 型。閘址區地下水對普通水泥具有中等腐蝕，地表水對普通水泥具有結晶類硫酸鹽型強腐蝕。

設計閘底板高程24.26m，基坑開挖后建基面高程22.76m，建基面下③1層松砂厚約1.8～3.4m，該層土質不均勻，松散～稍密狀態，中等透水性，允許承載力建議值為90kPa，下伏第③層粉細砂，中密～密實狀態，中等透水性，標準貫入擊數18 擊，允許承載力建議190kPa，承載力較高，為良好的地基持力層。

四、利用決策技術確定最優閘址方案

（一）確定目標

確定目標是決策的前提，在閘址選擇中，目標可分為工程量、施工強度、造價等。目標應分主次，必須達到的目標不能打折扣，目標的確定與預測的正確與否有直接關系，而正確預測又是科學決策的基礎。

（二）擬定多個可行方案

評定閘址方案是否可行需要有統一的原則和標準，從整體工程要求及施工強度出發，要求技術可行、造價合理，即使有許多不以人的意志為轉移的動態因素，只要發生的概率根據歷史資料統計分析和經驗判斷是正確的，冒一定風險是可以解決的，那么該方案也是可行的。

（三）評價多個可行方案

對于擬訂的多個可行閘址方案,每個可行方案都對目標有一定的積極作用和一定的消極作用，因此必須綜合分析比較。首先，要經過技術比較，根據國內外已有的施工經驗和先進的施工技術，確定方案的施工工序；其次，進行經濟比較，比較各方案的造價；此外，還要比較各方案潛在效益或損失。

五、閘址方案和比選

（一）閘址方案

徐樓節制閘閘址應在考慮工程布置合理、方便施工的前提下，結合地形、地質、水流流態、工程管理和周圍環境等因素，通過綜合分析和比較擇優確定。根據工程特點，擬定了橋下新閘址方案（方案一）和橋上老閘址方案（方案二）兩個方案，并對兩個方案進行比選。

1.橋下新閘址方案（方案一）

橋下新閘址方案閘中心線（樁號0+087.5）位于現狀公路橋中心線（樁號0+000，各建筑物以該樁號為基準）下87.5m 處。擬拆除橋上老徐樓節制閘橋，在已建公路橋下游新建節制閘。該段河道順直，附近無拆遷、影響處理工程等。河道兩岸堤頂高程33.00m 左右，灘地高程29.50m 左右，河底高程24.00～25.00m。

2.橋上老閘址方案（方案二）

橋上老閘址方案閘中心線（樁號0-068.5）位于現狀公路橋中心線上68.5m 處。擬拆除橋上老徐樓節制閘橋，在老閘上游20m 處新建節制閘。河道兩岸堤頂高程33.00m，灘地高程29.50～30.00m，河底高程18.00～25.00m。

（二）閘址方案比選

兩處閘址分別位于濉溪縣肖淮路徐樓新橋上下游兩側，土層巖性及空間分布差別不大，持力層均為粉細砂，上層③1層粉砂壓縮性大，厚度1.8～3.0m，承載力較低，其下第③層為密實粉砂，地基承載力較大，粉砂極易發生滲透破壞。

1.方案一的優缺點

優點：閘址布置在新公路橋下約90m 處，施工場地開闊，河床高程起伏不大，便于工程布置；新建節制閘與老閘、橋分開，新閘施工與老閘橋拆除相互干擾小，便于工期安排；不需要拆除老閘橋河道護底部分，拆除工程量小；避開了老閘上游深度達6.00m 的沖坑，圍堰工程量小；新閘布置在公路橋下游側，為公路橋擴建讓出位置，便于公路橋擴建布置和施工。

缺點：基坑面積大，施工降排水工作量較大；公路橋位于閘上游，泄洪時上游水流條件略差；節制閘離管理所稍遠。

2.方案二的優缺點

優點：閘址布置在新公路橋上的70m 處，閘、橋距離近，工程布置緊湊；新建節制閘與管理所距離近；基坑面積小，施工降排水工作量小。

缺點：閘上游鋪蓋前端有深6.0m 的沖坑，河床地形起伏大，新閘鋪蓋及護底需要回填沖坑，圍堰土方量大；新建工程與拆除工程有干擾，工期安排緊張；需要拆除河道護底，拆除工程量大；新橋和擬擴建橋布置在新建節制閘的海漫范圍內，對閘下消能工使用有較大影響。

3.方案比較

兩種方案主要可比工程量和投資比較見表1。

表1 不同閘址方案主要可比工程量及投資比較表

通過比較可以看出：兩方案投資造價相差不多，方案一略省。老閘上游沖坑深度及范圍較大，若將閘址選取在橋上，則新閘需布置在沖坑邊緣，閘室地基將沉降，閘基防滲效果差，回填沖坑因排水困難而難以碾壓實施。若將新建閘址布置在橋下90m處，則新閘址距離沖坑邊緣190m，老閘拆除時保留原護底、護坡工程，施工過程中可將部分圍堰棄土、拆除廢渣棄置于坑內。采取這些措施后，可大大增強閘上游河道抗沖能力，沖坑對新閘基本沒有影響。

通過以上綜合比較與分析，擬推薦方案一為本工程閘址方案。

六、結語

方案比選是設計過程中經常用到的方法,在水利工程設計中起到了基礎性作用,可以優化工程設計內容、確保工程效益發揮。上述兩方案，從工程總體布置、經濟分析、工程施工等方面進行綜合分析研究，推薦采用方案一為徐樓節制閘閘址方案■