抬高三河閘工程下游常水位方案研究

（江蘇省洪澤湖水利工程管理處 洪澤 223100）

1 工程概況

三河閘工程建成于1953年7月，位于江蘇省洪澤區(qū)蔣壩鎮(zhèn)南端，為淮河下游入江水道的控制口門，是新中國成立初期我國自行設(shè)計自行施工的大型水閘。三河閘為鋼筋混凝土胸墻式結(jié)構(gòu)，共63孔，每孔凈寬10m，閘身總寬697.75m，設(shè)計流量為12000m3/s，底板為三孔一聯(lián)，共21塊，底板頂面高程7.5m，閘門為鋼結(jié)構(gòu)弧形門，重13.32t，每孔設(shè)2×100kN卷揚(yáng)式啟閉機(jī)一臺。閘室上游（洪澤湖側(cè)）設(shè)長35m厚30cm鋼筋混凝土防滲鋪蓋，閘室下游（入江水道側(cè)）設(shè)長23m深1.3m坎式消力池，其后為長10m厚50cm的條石護(hù)坦，和長32m厚50cm的漿砌石海漫，末端設(shè)2m×2m干砌石防沖槽。三河閘工程建成60多年來，充分發(fā)揮了工程效益，已累計安全泄洪1.3萬億m3，為里下河地區(qū)3000萬畝農(nóng)田和2600萬人民生命財產(chǎn)安全作出了巨大的貢獻(xiàn)。

2 研究背景

2010年6月，江蘇省洪澤湖水利工程管理處委托江蘇省水利勘測設(shè)計院有限公司開展三河閘工程安全復(fù)核計算和安全評價，在安全復(fù)核報告和安全評價報告中認(rèn)為“現(xiàn)狀三河閘閘身在不考慮鋪蓋的拖板作用下，蓄水期和地震期的抗滑安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，在各工況下的基底反力不均勻系數(shù)及承載力滿足規(guī)范要求。由于原閘設(shè)計時，通過拉筋將閘身和上游鋪蓋連接成整體，因此在考慮鋪蓋的拖板作用下，閘身蓄水期和地震期的抗滑安全系數(shù)滿足規(guī)范要求”。為驗(yàn)證上游鋪蓋是否起到拖板作用，進(jìn)一步復(fù)核穩(wěn)定性，2016年4月，江蘇省洪澤湖水利工程管理處委托水利部南京水利科學(xué)研究院進(jìn)行三河閘穩(wěn)定性評估專項(xiàng)研究，研究認(rèn)為“拉筋將閘身和上游鋪蓋連接成整體，是可以起到提高三河閘穩(wěn)定性作用的”。

在上述安全復(fù)核和專項(xiàng)評估中，工程抗滑安全系數(shù)雖滿足《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）的要求，但安全系數(shù)的富余度不夠，鑒于三河閘工程的重要性，為慎重起見，考慮拖板試驗(yàn)取得的粘結(jié)力C、摩擦角φ值也存在一定的不確定性，為進(jìn)一步提高三河閘閘身穩(wěn)定的安全可靠度，擬研究抬高下游常水位的方案，考慮到消力池尾坎水躍的影響，本文提出抬高消力池尾坎45cm的方案設(shè)想，并對方案進(jìn)行分析論證。

3 水文地質(zhì)

3.1 工程地質(zhì)

三河閘為大（1）型水閘，工程等別為Ⅰ等。三河閘地基土質(zhì)各處大致相同，均為粘性黃崗?fù)?，部分含有砂疆，土質(zhì)較好。自地面向下15～21m，其標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N平均為20擊，其余土層絕大部分在25擊以上。為了驗(yàn)證三河閘底板與地基土之間的摩擦系數(shù)，先后進(jìn)行了兩次現(xiàn)場拖板試驗(yàn)。第一次在1955年，試驗(yàn)現(xiàn)場在閘下游南岸高程16.0m處，其試驗(yàn)小值平均值為C=17kPa，φ=19°；第二次在1969年，試驗(yàn)現(xiàn)場在閘下游北岸高程7.5m處，其試驗(yàn)小值平均值為C=21kPa，φ=22°。三河閘地震烈度按Ⅷ設(shè)防，地震動峰值加速度為0.1g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40s。

3.2 工程水文

洪澤湖主要特征水位:汛期限制水位12.5m，正常蓄水位13.0m，遠(yuǎn)景蓄水位13.5m，濱湖圩區(qū)破圩水位14.5m，設(shè)計洪水位16.0m，校核洪水位17.0m。10年一遇非汛期洪水位13.69m，20年一遇非汛期洪水位13.85m。

三河閘閘身穩(wěn)定計算水位現(xiàn)狀組合見表1，消力池尾坎抬高45cm后水位組合見表2。

表1 閘身穩(wěn)定計算現(xiàn)狀水位組合表

表2 消力池尾坎抬高45cm后閘身穩(wěn)定計算水位組合表

表3 現(xiàn)狀運(yùn)行水位下防滲計算復(fù)核成果表

表4 消力池尾坎抬高后防滲計算復(fù)核成果表

表5 現(xiàn)狀運(yùn)行水位下閘身穩(wěn)定復(fù)核成果表

表6 消力池尾坎抬高后閘身穩(wěn)定復(fù)核成果表

圖1 消力池尾坎加高圖

4 防滲復(fù)核

三河閘底板、上游護(hù)坦位于棕黃夾灰色粉質(zhì)粘土上，按《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）取允許滲徑系數(shù)[C]=3。運(yùn)行期最大水位差△H=6.0m（設(shè)計工況，H上=13.50m、H下=7.5m），上游護(hù)坦、閘底板水平投影分別為:35.0m、18.0m，以及垂直投影為9.0m，地下輪廓線投影總長度L=62.0m，計算滲徑系數(shù)C=L/△H=10.33，大于允許滲徑系數(shù)值，閘身縱向防滲長度滿足規(guī)范要求。

閘身兩側(cè)及翼墻后回填土系基坑開挖土，以粘性土為主，側(cè)向防滲長度布置與站基地下輪廊長度一致，故閘身側(cè)向防滲長度也滿足規(guī)范要求。

按照“改進(jìn)阻力系數(shù)法”對本閘抗?jié)B穩(wěn)定性進(jìn)行計算，現(xiàn)狀運(yùn)行水位下防滲計算結(jié)果見表3，抬高消力池尾坎后計算結(jié)果見表4。

分析表3、表4結(jié)算結(jié)果，計算值均小于《水閘設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定（水平段允許坡降值為0.30～0.40，出口段允許坡降值為0.60～0.70），故工程防滲穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

比較表3、表4，在三河閘下游水位抬高45cm后，設(shè)計蓄水位、校核蓄水位以及設(shè)計蓄水位+地震期等水位組合下，水平坡降、出逸坡降均有所減少，有利于閘身穩(wěn)定。

5 穩(wěn)定復(fù)核

三河閘鋼筋混凝土胸墻式結(jié)構(gòu)，共63孔，每孔凈寬10m，底板為三孔一聯(lián)，共21塊，取單塊三聯(lián)底板作為研究對象。鑒于三河閘的安全特別重要，本次復(fù)核計算中，對閘基土質(zhì)取用1955年的拖板試驗(yàn)值，即C=17kPa，φ=19°。經(jīng)計算，現(xiàn)狀運(yùn)行水位下閘身穩(wěn)定復(fù)核結(jié)果見表5，抬高消力池尾坎后閘身穩(wěn)定復(fù)核結(jié)果見表6。

分析表5、表6，在不計入鋪蓋拖重情況下，現(xiàn)狀水位組合下校核蓄水位、設(shè)計蓄水位+地震期工況下安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，但消力池尾坎抬高后，設(shè)計蓄水位+地震期工況下安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。計入鋪蓋拖重情況下，各工況抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

比較表5、表6，在三河閘下游水位抬高45cm后，設(shè)計蓄水位、校核蓄水位以及設(shè)計蓄水位+地震期等水位組合下，抗滑安全系數(shù)均有所提高，有利于閘身穩(wěn)定。

6 結(jié)論

（1）三河閘工程消力池尾坎抬高后，利用兩側(cè)空箱內(nèi)小水電發(fā)電尾水及個別閘門漏水，抬高三河閘下游常水位，對工程滲流、穩(wěn)定均有利，該方案在理論上是可行的。

（2）三河閘工程消力池尾坎現(xiàn)狀高程7.5m，利用淮河入江水道三河段低水位期，在消力池尾坎頂部植筋澆筑混凝土（圖1），在實(shí)際施工上是簡易可行的。

（3）消力池尾坎抬高后，根據(jù)計算躍后水深小于下游水深，尾坎后的水躍為淹沒水躍，不需要再設(shè)第二道消力墻■