楊莊閘除險加固方案研究與探討

孫承祥

（江蘇省淮沭新河管理處 淮安 223005）

楊莊閘除險加固方案研究與探討

孫承祥

（江蘇省淮沭新河管理處 淮安 223005）

楊莊閘是民國時期建設并僅存的第一大閘。閘基礎為1768根松、杉木樁，上下游各設置2排防滲木板樁，在中國水利、水工史上具有重要的文物價值，且已被列入淮安市文物保護名錄。該閘已建成80年，存在諸多安全隱患，亟待除險加固，鑒于該閘的歷史地位和文物價值，加固方案值得研究與探討。本文重點對楊莊閘除險加固方案進行了研究，提出了除險加固方案建議。

楊莊閘 除險加固 方案 研究

1 工程概況

楊莊閘位于淮安市西郊活動壩，始建于1936年9月，由前導淮委員會設計。楊莊閘在抗日戰(zhàn)爭時期遭到破壞，1952年由蘇北人民行政公署水利局設計，蘇北水利局楊莊活動壩工程處修復，為淮安市市級文物保護單位，是排泄淮河洪水或沂、泗河洪水入海的重要通道，同時為控制廢黃河入海水量的建筑物。設計標準為中（3）型水工建筑物，最大泄量750m3/s，汛期開閘放水入海，枯水季節(jié)關閘蓄水，以供中運河、里運河航運及灌溉。

楊莊閘共5孔，單孔凈寬10.0m，凈高5.1m，閘總寬67.7m，總長89.4m，設計流量500m3/s，設計水位15.0m。主要結構形式為：基礎為1768根松、杉木樁，其中上游護坦基礎612根、閘底板基礎760根、下游消力池基礎396根；混凝土平底板，溢流堰面頂面高程8.5m，順水流方向底板長度16.60m；閘墩、胸墻、工作橋、公路橋、兩側空箱岸墻均為混凝土結構，胸墻底高程為13.0m，閘墩頂高程為16.5m，工作橋凈寬3.70m，頂高程21.6m，工作便橋凈寬1.80m，頂高程16.50m；交通橋為鋼筋混凝土梁板結構，按汽－10設計，凈寬為4.0m，頂高程16.0m；閘門為桁架結構鋼閘門，配5臺卷揚式啟閉機，啟閉機為1936年英國GLENFIELD公司生產。

工程自建成以來，在排洪、灌溉、調節(jié)航運水位等方面發(fā)揮了重大作用，由于下游河床不穩(wěn)定，兩岸沖刷嚴重，實際下泄量不斷減小，現(xiàn)最多泄300m3/s。灌溉季節(jié)可輸送灌溉水解決廢黃河及中山河兩岸162萬畝農田用水，灌溉效益基本達到；枯水期可控制中運河水位以利通航。

2 加固緣由

楊莊閘雖經多次加固改造，但主體工程老化嚴重，混凝土剝落碳化、主要鋼構件平均銹蝕速率偏大；在安全方面，根據最新的《淮河流域防洪規(guī)劃》，楊莊閘擋洪高度、閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，閘底板、閘墩配筋不足，公路橋原設計標準不滿足現(xiàn)狀要求；楊莊閘啟閉機年代久遠，傳動齒輪松動、嚙合不良、無備品備件、檢修困難，且無啟閉機房，設備露天放置，受自然侵害，設備老化嚴重，性能較差?，F(xiàn)場控制柜為非標產品，動力線老化現(xiàn)象普遍；無自動化監(jiān)控及視頻監(jiān)視系統(tǒng)，控制運行方式較落后。鑒于工程存在上述諸多安全隱患和問題，經安全鑒定，評定該閘為四類水閘，亟待除險加固。

3 加固方案研究

3.1 原址拆建方案

將老閘拆除，原址重建新閘，新閘中心線與老閘重合。新建楊莊閘采用直升式鋼閘門，門頂高程14.00m，門頂設置胸墻，閘室基底利用原老閘基底木樁作為新閘樁基一部分，同時在原木樁兩側各布置2排PHC800（130）-AB預應力高強管樁，以滿足閘室抗滑穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，閘室基底四周采用混凝土板樁圍封。

3.2 老閘下游新建滾水堰方案

在現(xiàn)有楊莊閘閘室下游新建滾水堰，以壅高閘下水位，提高老閘抗滑穩(wěn)定性，改善閘下消力池消能效果，并對老閘閘室上下段拆除重建，老閘閘室段進行加固。根據水景觀需要并結合楊莊閘下游水位以及灌溉用水要求，將下游滾水堰頂高程設定為10.70m。

現(xiàn)有楊莊閘閘室底板下共布置了D38松木樁360根，D18杉木樁330根，松木樁樁長18.0m，杉木樁樁長8.0m。布置如圖1所示。

圖1 楊莊閘閘室布置及樁基布置圖

根據建筑樁基技術規(guī)范JGJ94-2008，原閘室基底木樁單樁垂直承載力特征值、水平承載力特征值分別按公式（1）、（2）計算：

式中：P—單樁垂直承載力特征值（kN）；

U—樁身截面周長（m）；

qfi—單樁第i層土的極限摩阻力標準值（kPa）；

li—樁身穿過第i層土的長度（m）；

qR—單樁極限樁端阻力標準值（kPa）；

A—樁身截面面積（m2）。

式中：Rha—單樁水平承載力特征值（kN）；

xoa—樁頂允許水平位移；

vx—樁頂水平位移系數(shù)。

根據地勘資料以及河海大學對閘室基底原型木樁的力學參數(shù)測試結果，即木樁彈性模量E=7.0×103MPa，樁頂允許位移為1cm，地基土比例系數(shù)m=5000kN/m4，木樁的承載力計算結果如表1。

表1 木樁和混凝土的力學參數(shù)表

根據老閘閘室穩(wěn)定計算結果以及閘室樁基承載力計算結果，上游鋪蓋（阻滑板）下需設置3排φ100灌注樁（垂直水流向間距3.0m），才能保證閘室在以下兩種情況下抗滑均能滿足規(guī)范要求：

①閘室在校核工況下不考慮木樁作用、考慮上游鋪蓋下樁基作用時老閘自身抗滑安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，即抗滑安全系數(shù)為1.21。

②閘室在校核工況下木樁不失效時考慮樁土共同作用（樁承擔85%，土承擔15%）、同時考慮上游鋪蓋下樁基作用且樁頂固結情況下木樁承載力滿足規(guī)范要求。

根據安全鑒定結論需對老閘進行以下主要加固措施：為滿足側向防滲要求，閘室岸墻上、下游段均需增做扶臂式擋土墻與現(xiàn)狀河坡銜接，消力池末端接素混凝土護坦、防沖槽，上游新建混凝土護坦，護坦與現(xiàn)狀閘室底板采用鋼筋拉接，護坦底布置3排φ100灌注樁；拆建原閘室公路橋、工作橋，工作橋上新建輕型啟閉機房，更換閘門、啟閉機；閘室上游增做1.20m高擋浪墻，對底板面層鋼筋進行補強，對墩墻、胸墻、排架混凝土進行裂縫及防碳化處理，新建上游護坦、護坡等。

3.3 老閘上游新建水閘、老閘修舊如舊加固方案

在現(xiàn)有楊莊閘閘室上游約70m處新建水閘，老閘閘室保留，取消閘門使老閘成為開敞建筑物，并對老閘進行修舊如舊加固，新閘中心線與老閘重合。閘室基底采用攪拌樁基礎處理，閘室基底四周采用混凝土板樁圍封。為結合老閘閘上水景觀布置，在滿足堰頂過閘流量的情況下，將老閘閘室底板堰頂高程由8.50m抬高至9.50m，抬高后的堰采用WES型實用堰。

表2 木樁承載力計算結果表

上游連接段采用圓弧翼墻與現(xiàn)狀河坡相接，下游連接段采用12°擴散角直線段與原閘室兩側岸墻銜接，上下游連接段采用空箱扶臂式、扶臂式擋土墻，新閘閘下、老閘閘上布置第一級消力池，消力池深1.50m，長35.0m，老閘閘室下游布置第二級消力池，消力池深1.2m，長30.0m，老閘上游護坦拆除后采用鋼筋混凝土護坦與新建閘下游消力池銜接。結合老閘閘上水景觀布置，在滿足堰頂過閘流量的情況下，將老閘閘室底板堰頂高程由8.50m抬高至9.50m，抬高后的堰采用WES型實用堰。

由于距現(xiàn)有楊莊閘上游約200m處兩側均建有碼頭，為確保施工過程中不影響碼頭使用，上、下游施工圍堰采用膜袋砂圍堰，圍堰內采用多頭攪拌樁防滲。

3.4 方案比較

方案一徹底消除了老閘上部結構以及上下游連接段的安全隱患，但老閘失去了其文物價值。同時根據河海大學木材試驗結果，原樁木材的抗壓和抗拉強度遠低于模型（新木材），只有新材的57%～33%，木材的強度隨時間變化有很大的降低，因此新閘基底木樁在今后使用的過程中仍存在安全隱患。

方案二結合了水景觀布置，但老閘主體結構年代較久遠，老閘除險加固內容多，加固后的水閘設計使用年限低于新建閘。

方案三結合了水景觀布置，保留了老閘的文物價值，徹底消除了老閘的安全隱患，同時老閘可兼顧作為新閘下游防沖設施，繼續(xù)發(fā)揮作用。

3.5 加固方案選定

楊莊閘是民國時期建設并僅存的第一大閘，且底板基礎為木樁基礎，上下游各設2排防滲板樁，在中國水利、水工史上具有重要的文物價值，且已被列入淮安市文物保護名錄。

鑒于楊莊閘的文物價值，根據楊莊閘安全鑒定結論、淮安市水利勘院工程檢測有限公司對閘室基底木樁單樁豎向抗壓極限承載力的檢測以及河海大學對楊莊閘保護性加固研究成果報告，同時考慮楊莊閘周圍的地形地貌條件、水情等要求，建議采用保留老閘、在老閘上游新建閘的設計方案