張家港市朝東圩港樞紐閘站工程技術(shù)創(chuàng)新特點

林 農(nóng) 吳昌新

（淮安市水利勘測設(shè)計研究院有限公司 江蘇淮安 223005）

1 工程概況

1.1 基本情況

張家港市朝東圩港樞紐閘站工程位于張家港市朝東圩港河道與長江的交匯處，距長江邊200m。工程以防洪、排澇、擋潮、引水為主，兼顧通航。泵站在枯水期從長江引水通過朝東圩港將水送至市區(qū)河道，改善城區(qū)河道水環(huán)境，當汛期潮位高于內(nèi)河水位時通過泵站抽排。節(jié)制閘主要作用為排除汛期朝東圩港圩區(qū)澇水，或者通過自引江水送水到市區(qū)河道。朝東圩港為VI級航，通過節(jié)制閘通航孔通航。

1.2 工程地質(zhì)

2 工程特點及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 工程總體布置

朝東圩港樞紐閘站工程由節(jié)制閘和泵站兩部分組成。從少征占地、便于運行管理以及進出水引河的流態(tài)等因素考慮，采用閘站結(jié)合的布置方案。泵站采用堤身式布置，站身順水流向總長為30.50m，總寬17.50m，進出水流道采用“X”字型雙向流道，可抽排、抽引，亦可利用下層流道開通自排、自引。

因節(jié)制閘與泵站底板高程相差 4m，兩座建筑物之間的連接成為設(shè)計的重點和難點。本工程設(shè)計采用空箱隔墻及上、下游導流墻分隔節(jié)制閘和泵站，既解決了高差問題，又改善了進出水的水流條件，提高了泵站的運行效率，同時防止了河道的沖刷?？障涓魤?m，長30.5m，上游導流墻長31.5m，下游導流墻長24.5m。

2.2 地基處理方案選擇

由于樞紐場地位于長江下游沖積平原區(qū)，場地土類型為軟弱場地土，強度較低，力學性能差，需進行地基處理。設(shè)計對水泥土深攪樁復合地基和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)兩種方案進行了比較，從造價分析看，水泥土深攪樁比鉆孔灌注樁投資少，但從張家港市以往施工過的同類泵站情況看，水泥土深攪樁的安全可靠度較差，質(zhì)量難以控制，且施工周期長、施工工藝要求高、質(zhì)量檢測也較復雜；鉆孔灌注樁基礎(chǔ)造價相對高一些，但施工工藝成熟，質(zhì)量易于控制，且施工期短?？紤]到本樞紐工程施工工期緊，同時地方對該樞紐工程的安全性要求較高，故設(shè)計泵站、節(jié)制閘、中隔墩、上、下游導流墩以及上、下游翼墻均采用φ 0.8m的C25鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)處理方案。站身部位樁中心距2.4m×2.65(2.7)m，節(jié)制閘閘墩部位樁中心距2.4m×2.4m。為滿足防滲要求，在泵站和節(jié)制閘上、下游底板下采用0.22m厚C25混凝土地下連續(xù)墻與上、下游翼墻連接形成封閉，較好地解決了地基防滲問題。地下連續(xù)墻在節(jié)制閘部位墻底高程為-8.0m，在泵站和翼墻部位墻底高程為-10.0m。

2.3 機泵選型及流道設(shè)計

該泵站主要任務是引長江水治理城市水環(huán)境，且兼有排澇功能，屬于低揚程泵站。設(shè)計對臥式軸流潛水泵方案和立式開敞式軸流泵方案進行了比選。根據(jù)朝東圩港樞紐排、灌、引的要求，結(jié)合土建部分的設(shè)計，綜合考慮運行性能的穩(wěn)定可靠性，機泵安裝、維修保養(yǎng)、經(jīng)費投資等因素，設(shè)計采用立式開敞式軸流泵方案，選取2臺2000ZLB16-3.9開敞式立式軸流泵。單機設(shè)計流量為16m3/s，總設(shè)計流量為32m3/s。泵站采用2臺TL900立式同步電機，單機容量為900kW。由于泵站選用同步電機，可向電網(wǎng)輸送無功功率，不需進行無功補償。

在流道設(shè)計中對單向流道和雙向流道從裝置效率、經(jīng)濟性及運行管理等方面進行了比較，設(shè)計采用雙層涵洞式進出水流道，流道進、出口設(shè)置兩道閘門，通過閘門控制可方便地實現(xiàn)雙向抽水，也可利用下層流道自排、自引。單孔流道凈寬6.5m，共 2孔，上層流道凈高3.0m，下層流道凈高 3.2m。為了改善水泵進口處的流態(tài)，水泵葉輪室進口下方增設(shè)混凝土喇叭管，葉輪下部設(shè)導水錐。

2.4 預應力技術(shù)應用于水工建筑物

節(jié)制閘底板為一塊 42m長整底板，超過SL265—2001《水閘設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的土基上分段長度不宜超過35m的要求。根據(jù)節(jié)制閘底板內(nèi)力計算結(jié)果，按普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)計算，底板面層應配置Φ 25@100受力鋼筋。按正常使用極限狀態(tài)控制裂縫寬度要求計算，應配置單層Φ 25@75受力鋼筋或者雙層Φ 25@150受力鋼筋。鋼筋配置太密，用鋼量較大，混凝土的振搗較難密實。為此特引入部分預應力混凝土設(shè)計理念。設(shè)計中考慮將底板面層和底層鋼筋各設(shè)置為兩層，外層配置一層Φ 25@100受力鋼筋，主要作為結(jié)構(gòu)受力鋼筋；內(nèi)層配置一層預應力鋼筋，主要作為結(jié)構(gòu)抗裂鋼筋，并且設(shè)置后澆帶。在底板中預埋波紋管，先期管中通水降低底板內(nèi)部混凝土溫度，底板達到設(shè)計強度后再進行預應力張拉。在底板垂直水流方向距離面層和底層 20cm位置布置預應力鋼筋，預應力鋼筋采用7φ 4鋼絞線，間距0.8m。張拉時單束鋼絞線張拉控制力為 84kN，上、下層同時張拉，張拉次序按鋼絞線編號對稱張拉。底板順水流方向在兩邊孔各設(shè)置一道寬 1.0m后澆帶，頂部和底部采用2[14a槽鋼進行橫向頂撐，豎向采用∠7×4角鋼與槽鋼焊接形成骨架。在底板預應力張拉結(jié)束后采用C30微膨脹混凝土澆筑。通過這些措施，較好的解決了超長底板溫度應力和不均勻沉降等問題。

3 工程先進性和創(chuàng)新特點

預應力混凝土是為了避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫過早出現(xiàn)，充分利用高強鋼筋及高強春，在混凝土結(jié)構(gòu)承受使用荷載前，通過施加外力，減小構(gòu)件受到的拉應力，甚至處于壓應力狀態(tài)。目前預應力混凝土已經(jīng)廣泛用于工業(yè)與民用建筑及交通工程，但預應力技術(shù)在水利工程中的應用還比較少。本工程將預應力技術(shù)應用到超長節(jié)制閘底板中，創(chuàng)新地解決了復雜結(jié)構(gòu)與地基情況下大規(guī)格底板的設(shè)計問題，成功地實現(xiàn)了預防不均勻沉降和溫度應力影響產(chǎn)生的裂縫等技術(shù)難點，與國內(nèi)外同類工程比較處于領(lǐng)先地位。

節(jié)制閘底板厚 1.8m，屬于大體積混凝土，借鑒船閘工程的設(shè)計經(jīng)驗，通過設(shè)置后澆帶，能有效地降低邊荷載，減少底板彎矩，并且有利于大體積混凝土的散熱，減少因水化熱產(chǎn)生的溫度裂縫。

4 結(jié)語

預應力技術(shù)應用到水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，減少因結(jié)構(gòu)太長而設(shè)置伸縮縫產(chǎn)生的不均勻沉降和結(jié)構(gòu)收縮產(chǎn)生的次拉應力。工程建成后至今底板未見任何裂縫，證明預應力的設(shè)計是成功的。該工程獲得中國水利水電勘測設(shè)計協(xié)會全國優(yōu)秀水利水電工程勘測設(shè)計銅獎，這也是淮安水利勘測設(shè)計行業(yè)迄今為止獲得的最高獎項。我們還將該項目技術(shù)成功地應用于同類型的水閘，江蘇省連云港市義澤河閘41.4m長超長底板設(shè)計。在南水北調(diào)東線泗洪站樞紐工程船閘閘首工作橋19.2m長框架梁中也采用了預應力結(jié)構(gòu)，降低了梁高，減少了梁的撓度，防止裂縫產(chǎn)生。預應力技術(shù)還可以應用于大型泵站的進出水流道以及大型水閘的公路橋和工作橋梁等結(jié)構(gòu)，具有廣泛的應用前景。通過借鑒不同專業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計方式和施工方式，為今后工程設(shè)計和施工提供了很好的思路。

1 GB/T50265—97泵站設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，1997.

2 SL265—2001水閘設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國水利水電出版社，2001.

3 JTJ305—2001船閘總體設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社，2001.

4 李國平. 橋梁預應力混凝土技術(shù)及設(shè)計原理[J]. 北京：人民交通出版社, 2004.