劉老澗新閘除險(xiǎn)加固方案探析

蔣 雯 呂 坤 朱 杰 季煒理

一、工程概況

劉老澗新閘建于1976年，位于宿遷市宿豫區(qū)仰化鎮(zhèn)境內(nèi)的京杭運(yùn)河中運(yùn)河段上，是劉老澗樞紐排泄沂河、泗河、黃墩湖、宿遷閘下游地區(qū)洪澇的控制性建筑物。劉老澗新閘與劉老澗二站節(jié)制閘共同承擔(dān)排泄中運(yùn)河800～1000m3/s洪水的任務(wù)，同時(shí)兼顧洋北地區(qū)排澇；關(guān)閘蓄水，可以滿足劉老澗至宿城段運(yùn)河航運(yùn)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的需要；在豐水期間擋高上游水位配合抽水站發(fā)電。劉老澗新閘自建成以來(lái)，已累計(jì)排泄?jié)乘?40億m3。2015年，該閘經(jīng)安全鑒定為三類(lèi)，難以滿足安全運(yùn)行要求，需要盡快立項(xiàng)進(jìn)行加固處理，確保工程安全運(yùn)行。本文結(jié)合該閘實(shí)際情況，對(duì)工程除險(xiǎn)加固方案進(jìn)行分析比選，以期為其他類(lèi)似工程提供借鑒。

二、方案分析

1.擴(kuò)孔加固改造方案

緊鄰劉老澗新閘北側(cè)順河并排有兩個(gè)企業(yè)，若向北側(cè)擴(kuò)孔，同時(shí)考慮基坑開(kāi)挖和施工布置要求，需向北側(cè)增加約50m，要整體拆遷北側(cè)河邊兩個(gè)企業(yè)，工程實(shí)施難度較大，投資多，因此擬向南側(cè)擴(kuò)孔。

閘墩除門(mén)槽段為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外，其余部分為預(yù)制混凝土墩殼（內(nèi)填100#塊石混凝土），鑿除閘墩表層20cm處理后，閘墩只剩內(nèi)填塊石混凝土，相當(dāng)于重建閘墩。故此次加固改造方案為在閘墩外側(cè)包20cm鋼筋混凝土，每孔凈寬4.6m，按照設(shè)計(jì)流量500m3/s計(jì)算，閘孔凈寬需34.9m，向南側(cè)擴(kuò)3孔，共8孔，總凈寬36.8m。

主要加固措施：（1）向南側(cè)增加3孔凈寬4.6m閘室，閘墩厚1.2m，增加總寬度18.6m，同時(shí)拆建南側(cè)上下游翼墻；（2）反拱底板面層鑿除20cm，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，澆筑混凝土；（3）預(yù)制塊混凝土閘墩外包20cm鋼筋混凝土；（4）結(jié)合抗震加固要求，拆建閘上交通橋、工作便橋，采用固支結(jié)構(gòu)；（5）排架配筋不足，抗震不滿足規(guī)范要求，拆建排架、工作橋、啟閉機(jī)房。工作橋采用固支結(jié)構(gòu)；（6）更換閘門(mén)、啟閉機(jī)8臺(tái)套；（7）更換備用發(fā)電機(jī)組及配電設(shè)備，新建自動(dòng)控制與視頻系統(tǒng)；（8）新建上下游水文觀測(cè)設(shè)施、備用發(fā)電機(jī)房，新建不足部分生產(chǎn)性用房（暫估 400m2）；（9）地震期翼墻不均勻系數(shù)偏大，采用減載加固；（10）上下游翼墻、護(hù)坡、護(hù)底整修。

該工程需要向南側(cè)擴(kuò)挖18.6m，同時(shí)考慮基坑開(kāi)挖和施工布置要求，工程總布置需整體向南側(cè)增加約55m。同時(shí)為滿足劉老澗老閘和北側(cè)兩企業(yè)建筑物安全，需要套打防滲攪拌樁防滲，樁長(zhǎng)15m，每側(cè)約120m，總計(jì)240m。

擴(kuò)孔加固改造方案只能對(duì)反拱底板面層進(jìn)行加固，無(wú)法徹底解決素混凝土反拱底板閘墩位置底板底層受力問(wèn)題，也不能實(shí)現(xiàn)劉老澗新閘的封閉式管理。同時(shí)，該方案保留了北側(cè)翼墻，翼墻為漿砌石結(jié)構(gòu)，不利于抗震。

2.拆除重建方案

根據(jù)劉老澗水利樞紐內(nèi)各建筑布置情況和新閘上、下游引河情況，工程區(qū)可考慮原址拆建和移址重建兩個(gè)方案。移址重建位置可設(shè)置在原閘與二站交通橋之間，也可布置在二站交通橋下游。通過(guò)方案比選確定最優(yōu)位置。

（1）方案一：原址拆建方案

根據(jù)劉老澗新閘設(shè)計(jì)流量500m3/s，原址拆建閘孔采用3孔，單孔凈寬10.00m，底板面高程為11.50m，閘頂高程22.00m。上游連接段采用圓弧翼墻與河坡相接，下游連接段采用10°擴(kuò)散角直線段與圓弧翼墻銜接，再與河坡相接，上下游連接段翼墻采用鋼筋混凝土扶臂式擋墻。上游翼墻頂高程21.0m，上設(shè)1m高擋浪板，下游翼墻頂高程20.0m，上設(shè)1m高擋浪板。為滿足工程施工要求，確保臨近建筑物安全，擬采用φ60直徑攪拌樁套打支護(hù)、防滲，長(zhǎng)度約120m，北側(cè)廠區(qū)需拆遷約1730m2。

節(jié)制閘上游依次設(shè)16m混凝土護(hù)坦，50mC20混凝土護(hù)底，另對(duì)兩側(cè)裹頭采用C20混凝土防護(hù)；下游依次設(shè)27m消力池，池深2.0m，后接12m混凝土護(hù)坦，58mC20混凝土護(hù)底，8m拋石防沖槽，護(hù)坡護(hù)至防沖槽外側(cè)12.0m。上下游河道底寬50m。

方案一優(yōu)點(diǎn)：①利用閘上交通橋作為鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路交通橋，節(jié)省交通橋一座；②閘上兩側(cè)堤防已達(dá)標(biāo)，不需提高堤防高程；③上、下游圍堰間距離較短，節(jié)省部分工程降排水費(fèi)用。

方案一缺點(diǎn)：①外部交通橋仍布置于閘上，車(chē)輛較多，對(duì)該閘運(yùn)行管理、維修帶來(lái)諸多不便，不能實(shí)現(xiàn)封閉式管理；②原閘址北側(cè)一企業(yè)緊鄰，南側(cè)為劉老澗老閘橋，需采用臨時(shí)支護(hù)和防滲措施，確保鄰近建筑物安全；③原址拆建緊鄰企業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路，施工工場(chǎng)較難布置；④先完成支護(hù)樁施工后，才能拆老閘建新閘，工期較緊，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。

（2）方案二：移址重建方案1

方案二布置在原閘和二站站內(nèi)交通橋之間，根據(jù)新閘的布置要求，新閘位置擬定于原閘下游約108m處。

根據(jù)劉老澗新閘設(shè)計(jì)流量500m3/s，移址拆建閘孔采用3孔，單孔凈寬10.00m，底板面高程為11.50m，閘頂高程22.00m。上游連接段采用圓弧翼墻與河坡相接，下游連接段采用10°擴(kuò)散角直線段與圓弧翼墻銜接，再與河坡相接，上下游連接段翼墻采用鋼筋混凝土扶臂式擋墻。上游翼墻頂高程21.0m，上設(shè)1m高擋浪板，下游翼墻頂高程20.0m，上設(shè)1m高擋浪板。為滿足工程施工要求，確保臨近建筑物安全，擬采用φ60直徑攪拌樁套打支護(hù)、防滲，長(zhǎng)度約120m，北側(cè)廠區(qū)需拆遷約3000m2。。

表1 拆除重建方案比選表

節(jié)制閘上游依次設(shè)16m混凝土護(hù)坦，50mC20混凝土護(hù)底；下游依次設(shè)27m消力池，池深2.0m，后接12m混凝土護(hù)坦，58mC20混凝土護(hù)底，8m拋石防沖槽，護(hù)坡護(hù)至防沖槽外側(cè)12.0m。上下游河道底寬50m，北側(cè)廠外新建防洪墻，長(zhǎng)度約100m。

方案二優(yōu)點(diǎn)：①閘橋分離，減少外部交通對(duì)節(jié)制閘的影響，新建節(jié)制閘可實(shí)現(xiàn)封閉式管理；②拆老閘建新閘同時(shí)進(jìn)行，可節(jié)省工期。

方案二缺點(diǎn)：①老閘位置拆建交通橋一座，寬8.0m，長(zhǎng)60m；②河道北側(cè)廠房處堤防防洪高程抬高，新建防洪墻總長(zhǎng)約100m；③上、下游施工圍堰相距較遠(yuǎn)，增加部分工程降排水費(fèi)用；④上游北側(cè)緊鄰企業(yè)，需采用臨時(shí)支護(hù)和防滲措施，確保鄰近建筑物安全；⑤進(jìn)出閘道路穿過(guò)廠區(qū)，需要拆遷補(bǔ)償。

（3）方案三：移址重建方案2

為方便工程施工，同時(shí)為了工程運(yùn)行管理方便，結(jié)合劉老澗水利樞紐一、二站布置位置，方案三擬將閘址布置于二站站內(nèi)交通橋下游約75m處。

根據(jù)劉老澗新閘設(shè)計(jì)流量500m3/s，移址拆建閘孔采用3孔，單孔凈寬10.00m，底板面高程為11.50m，閘頂高程22.00m。上游連接段采用圓弧翼墻與河坡相接，下游連接段采用10°擴(kuò)散角直線段與圓弧翼墻銜接，再與河坡相接，上下游連接段翼墻采用鋼筋混凝土扶臂式擋墻。上游翼墻頂高程21.0m，上設(shè)1m高擋浪板，下游翼墻頂高程20.0m，上設(shè)1m高擋浪板。

節(jié)制閘上游依次設(shè)16m混凝土護(hù)坦，50mC20混凝土護(hù)底；下游依次設(shè)27m消力池，池深2.0m，后接12m混凝土護(hù)坦，58mC20混凝土護(hù)底，8m拋石防沖槽，護(hù)坡護(hù)至防沖槽外側(cè)12.0m。上下游河道底寬70m，北側(cè)廠外新建防洪墻，長(zhǎng)度約180m。劉老澗二站側(cè)隔堤采用φ60套打攪拌樁截滲墻截滲，減小基坑降水對(duì)劉老澗二站建筑物的影響，截滲墻長(zhǎng)度約50m。

方案三優(yōu)點(diǎn)：①閘橋分離，減少外部交通對(duì)節(jié)制閘的影響，新建節(jié)制閘可實(shí)現(xiàn)封閉式管理；②周邊不存在影響建筑物，方便工程布置；③拆老閘建新閘同時(shí)進(jìn)行，可節(jié)省工期。

方案三缺點(diǎn)：①老閘位置拆建交橋座一座，寬8.0m，長(zhǎng)60m；②河道北側(cè)廠房處堤防防洪高程抬高，新建防洪墻總長(zhǎng)約180m；③上、下游施工圍堰相距較遠(yuǎn)，增加部分工程降排水費(fèi)用。

3.拆除重建方案比較

經(jīng)比較分析，原址、移址方案在供電、地質(zhì)條件上基本相同，主要差別體現(xiàn)在：原址拆建，施工期需要臨時(shí)支護(hù)，施工難度大，工期緊，投資略??；移址重建，需要補(bǔ)償交通橋一座、加固北側(cè)堤防，工程投資略大，施工相對(duì)方便，閘橋分離有利于工程運(yùn)行管理。根據(jù)方案比選表（表1）分析，方案二投資較大，方案一、三投資相差較少（僅42萬(wàn)元），考慮工程總體布置、施工及運(yùn)行管理方便，推薦采用方案三移址重建2方案。

三、結(jié)論

（1）方案一擴(kuò)孔加固，只能對(duì)反拱底板面層進(jìn)行加固，無(wú)法解決素混凝土反拱底板閘墩位置底板底層受力問(wèn)題；因大泄量泄洪閘身振動(dòng)原因未查明，暫未列加固改造措施。

（2）方案二拆除重建（移址重建2）可完全消除工程安全隱患，同時(shí)橋閘分離，避免了方案一閘上交通橋兼作外部交通、不利于工程運(yùn)行管理的問(wèn)題，可實(shí)行封閉式管理；且移址重建方案避免了方案一中的施工不確定因素，周邊無(wú)影響建筑物，能夠順利施工。

（3）經(jīng)初步投資估算，工程直接費(fèi)用拆除重建方案較擴(kuò)孔加固改造方案投資大，但拆除重建方案在改造徹底性、施工方便、運(yùn)行管理等方面有明顯優(yōu)點(diǎn)。

經(jīng)綜合分析比選，認(rèn)為采用拆除重建（移址重建2）方案較好■