江陰市應天河套閘安全復核與評價分析

◎ 馬夢晨 李聰 徐曉 無錫市水利設計研究院有限公司

1.工程概況

江陰市白屈港調水工程應天河控制閘工程是江陰調水工程中水位調控工程之一，工程位于江陰市東南側，工程建成后，在非汛期與其它水位調控工程一起形成東橫河的擋污屏障，在汛期起到防汛排澇作用，同時起到通航及交通運輸的作用，全長381m。應天河控制閘工程規模為12m單線雙向船閘及10m節制閘一座，節制閘結合上閘首布置，并設交通便橋，上閘首長12m，下閘首長10m，閘室長160m，上下游引航道及導航建筑物長593.4m。設計閘門為升臥式平板鋼閘門。

上閘首12m寬，順水流方向長12m；下閘首12m寬，順水流方向長10m；節制閘10m寬，順水流方向長12m，閘室長160m。上閘首、節制閘采用整底板，閘體采用鋼筋混凝土U型結構，閘體順水流向長12m，垂直水流向長31.4m。閘底板頂面高程為-0.10m，閘墩頂高程為10.95m，外河側閘墩頂設交通橋一座，橋梁總寬2m，橋面高程為9.78m，現澆板結構。工作橋排架結構，工作橋寬度4.40m，橋面高程12.30m，采用封閉式結構。節制閘、上下閘首下游均設鋼筋砼消力池，池長均為15m，消力池深度為0.8m，上游均設鋼筋砼防滲鋪蓋，長均為10m，上游鋪蓋、下游消力池外各設預制塊護坦，長江側長10m，內河側長10m，上、下游均設寬3m，深1.5m防沖槽。上、下游八字型翼墻均采用鋼筋混凝土扶壁式結構，翼墻頂高程為5.50m。

2.防洪標準復核

2.1 閘頂高程復核

根據《水閘設計規范》（SL265-2016），防洪高程應按下式復核：

閘頂高程≥設計防洪水位+浪高+波浪中心線至靜水面距離+安全超高；

閘頂高程≥校核防洪水位+浪高+波浪中心線至靜水面距離+安全超高。

在設計水位情況下，計算風速采用多年平均年最大風速的1.5～2.0倍；在校核水位情況下，計算風速采用多年平均年最大風速。多年平均最大風速的1.5～2.0倍相當于重現期為50年的年最大風速。

應天河控制閘工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3 級，其余次要建筑物則為4級。根據《水閘設計規范》（SL265-2016）表E.0.1-2可得：應天河套閘上游閘首以及節制閘對應的波列累積頻率取5%，應天河套閘上游閘首以及節制閘工程設計工況安全超高為0.4m，校核工況安全超高為0.3m。

根據《水閘設計規范》，本次取正向設計以及正向校核兩種工況進行復核計算，應天河控制閘上閘首以及上游節制閘工程防洪高程計算結果見表1。

表1 上閘首以及節制閘防洪高程計算結果匯總表

根據江陰市白屈港水利樞紐工程管理處提供的該工程歷年沉降觀測資料可知：應天河控制閘上閘首以及節制閘經過多年沉降后的外河側閘墩墩頂高程為▽5.79m左右；應天河控制閘上閘首以及節制閘上游側擋墻擋浪板頂高程為▽6.37m左右，其沉降觀測值均大于計算防洪高程▽5.57m；故應天河控制閘上閘首以及節制閘現有防洪高程滿足要求。

2.2 過流能力復核計算

節制閘工程過流能力復核的水位組合見表2，根據《水閘設計規范》（SL265-2016），過流能力計算方法如表2。

表2 節制閘過流能力復核計算水位流量組合表

根據《水閘設計規范》（SL265-2016）按下式進行閘室過流能力計算：

式中 0B— 為閘孔總凈寬（m），10.0m；

Q— 為過閘流量（m3/s）；

H0— 為計入行近流速水頭的堰上水深（m）；

g— 為重力加速度，取g=9.81m/s2；

m— 為堰流流量系數，取m=0.385；

ε— 為堰流側收縮系數，按《水閘設計規范》（SL265-2016）公式（A.0.1-3）計算求得，取0.968；

σ為堰流淹沒系數，按《水閘設計規范》（SL265-2016）公式（A.0.1-6）計算求得或按表A.0.1-2查得，0.66。

節制閘工程的過流能力計算結果見表3。

表3 節制閘工程過流能力計算成果表

由表3可知：應天河套閘節制閘工程過流能力滿足要求。

2.3 防洪標準安全評價

應天河控制閘節制閘鋼閘門門頂原設計高程為▽5.50m，經應天河控制閘工程運行多年沉降后，該閘門門頂高程為▽5.49m，與本次復核計算防洪高程相同，故上閘首鋼閘門門頂高程滿足防洪要求。

應天河套閘節制閘工程過流能力滿足要求。根據《水閘安全評價導則》（SL214-2015）4.2.5可知：應天河控制閘上閘首以及節制閘現有防洪高程滿足要求，故評定為A級。

3.滲流復核

3.1 滲流長度復核

根據江陰市白屈港水利樞紐工程管理處提供的該工程歷年沉降觀測資料可知：應天河控制閘上閘首以及節制閘最大沉降位移為1.0cm，本次復核計算中高程以建筑物沉降觀測值為基準。

由地下輪廓布置圖可知，應天河控制閘上閘首以及節制閘在運行使用時實際防滲長度L實際防滲=37.75m。

查閱本工程相關設計資料可知，應天河控制閘上閘首以及節制閘基礎持力層為第2層重粉質壤土。查得《水閘設計規范》（SL265-2016）中表4.3.2可知該土層允許滲徑系數取為3～5。本次復核采用勃萊法按公式L=C×△H進行計算其理論允許地下輪廓線長度最小值，計算結果匯總見表4。

表4 滲經長度計算成果表

由表4可知：應天河控制閘上閘首以及節制閘在各個運行工況下防滲長度均能滿足規范要求。

3.2 閘室滲流計算

根據閘室地下輪廓的特點，本次滲流計算采用改進阻力系數法[1-4]。本工程地基土質均勻，閘基滲流的影響范圍以有效深度Te控制，故應天河控制閘上閘首以及節制閘地基有效深度均按計算結果取值Te=13.25m。

應天河控制閘上閘首以及節制閘基礎持力層為第2層重粉質壤土，地基土質均勻。由《水閘設計規范》（SL265-2016）表6.0.4查得該土質對應水平段允許滲透坡降為0.25～0.35；出口段允許滲透坡降0.50～0.60。計算結果可知：應天河控制閘上閘首以及節制閘出口段滲透坡降、水平段滲透坡降均滿足規范要求。

3.3 滲流安全評價

在各計算工況下，應天河控制閘上閘首、節制閘防滲長度以及出口段滲透坡降以及水平段滲透坡降均滿足規范要求[5-8]。

根據《水閘安全評價導則》（SL214-2015）4.3.7可知：應天河控制閘上閘首以及節制閘滲流安全均滿足標準要求，運行正常，故評定為A級。

4.結構安全

（1）在各計算工況下，應天河控制閘上閘首以及節制閘平均基底應力小于地基允許承載力，最大基底應力小于地基允許承載力的1.2倍，即應天河控制閘上閘首以及節制閘基底應力滿足規范要求[9-11]。

（2）在各計算工況下，應天河控制閘上閘首以及節制閘地基應力不均勻系數、抗滑穩定安全系數均滿足要求。

（3）在各計算工況下，上游側翼墻整體穩定以及承載力滿足要求。

（4）在各計算工況下，閘室墻（下游側擋墻）抗滑穩定安全系數、抗傾覆穩定安全系數均滿足規范要求；在正向校核工況下，閘室墻（下游側擋墻）地基應力不均勻系數不滿足規范要求。

（5）在各計算工況下，應天河控制閘上閘首以及節制閘閘室底板結構承載力滿足要求。

（6）在各計算工況下，應天河控制閘上閘首以及節制閘墩墻底面縱向（順水流方向）正應力滿足強度要求；應天河控制閘上閘首以及節制閘墩墻底部橫向最大拉應力不滿足強度要求，需對其進行配筋驗算；應天河控制閘上閘首以及節制閘墩墻底部橫向最大壓應力滿足強度要求。

（7）在各計算工況下，應天河控制閘上閘首以及節制閘南北側墩墻配筋滿足要求，中墩配筋不滿足最小配筋率要求。

（8）在各計算工況下，應天河控制閘上閘首以及節制閘工作橋結構承載力滿足要求。

（9）應天河控制閘上閘首以及節制閘鋼閘門面板厚度滿足要求，主梁強度以及剛度均滿足要求，選擇QPQ-2×160kN卷揚式啟閉機滿足要求。

（10）應天河控制閘節制閘下游側消力池在實際水位運行下，當閘門開啟至2.4m以上時，對應過閘流量為最大，此時消力池、海漫均滿足要求。

根據《水閘安全評價導則》（SL214-2015）4.4.12可知：應天河控制閘上閘首以及節制閘結構安全滿足標準要求，評定為A級。

5.結論

應天河控制閘下閘首由于南沿江城際鐵路工程的實施，需要對其閘墩上部排架以及工作橋進行拆除，同時撤除鋼閘門，將其作為一個敞水結構置于河道之中，不再具備防洪功能。需要對其閘墩上部排架以及工作橋進行拆除，同時撤除鋼閘門，作為一個敞水結構，置于河道之中，閘室內水位為平水位，無水位差，故閘室底板下無滲流發生。

根據《水閘安全評價導則》（SL214-2015）4.3.7可知：應天河控制閘下閘首現有防洪標準、滲流安全以及結構安全均滿足標準要求，運行正常，這三項均評定為A級。