五河復(fù)線船閘樞紐工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)淺析

杜崢嶸

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230022)

1 工程概況

五河復(fù)線船閘樞紐工程位于五河縣城關(guān)鎮(zhèn)新城區(qū)和老城區(qū)之間的新開河上，距入淮河口約1km處，由分洪閘、一線船閘及閘上交通橋等組成，樞紐的主要功能是搶排內(nèi)水、引淮水灌溉和航運(yùn)，建成于1967年10月。

五河分洪閘位于主河道內(nèi)，為胸墻式水閘結(jié)構(gòu)，共15孔，每孔凈寬6m，初建時(shí)作用是分洪，兼作引水與防洪，設(shè)計(jì)分洪流量1000m3/s；一線船閘位于分洪閘南側(cè)，兩閘中心距約117m。建設(shè)規(guī)模為82.7m×10.4m×1.75m(長×寬×門檻水深，下同)，設(shè)計(jì)最大船舶噸級(jí)100t，設(shè)計(jì)年通過能力190萬t。

一線船閘自建成至今，來過閘船舶噸位逐年增大，難以滿足腹地運(yùn)輸和船舶大型化發(fā)展的需求，成為限制運(yùn)能的“瓶頸”。五河分洪閘規(guī)劃運(yùn)用條件和功能發(fā)生變化和調(diào)整，歷經(jīng)多次加固，但存在結(jié)構(gòu)老化、閘室底板等主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求等結(jié)構(gòu)性病害，難以保證設(shè)計(jì)條件下的安全運(yùn)用。2014年該分洪閘被安徽省水利廳鑒定為3類病險(xiǎn)閘，急需除險(xiǎn)加固。

五河復(fù)線船閘樞紐工程包括新建船閘、重建分洪閘、改建過閘公路橋各1座，工程于2016年10月正式開工建設(shè)，2020年工程竣工驗(yàn)收并正式投入運(yùn)行，工程批復(fù)總投資約3.11億。

2 工程建設(shè)方案

2.1 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)模

復(fù)線船閘按Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)最大船舶噸級(jí)為500t，兼顧1000t級(jí)船型，船閘設(shè)計(jì)尺度為200m×23m×4m，設(shè)計(jì)年單向通過能力1357萬t。

重建五河分洪閘有灌溉引水、相機(jī)排澇、防洪功能，引水灌溉流量80m3/s，相機(jī)排澇流量144m3/s。

2.2 工程布置

復(fù)線船閘優(yōu)選布置在現(xiàn)有一線船閘北側(cè)、拆除重建的分洪閘南側(cè)，與一線船閘上、下游航道合并構(gòu)成雙線型式，復(fù)線船閘、拆除重建的分洪閘、一線船閘間三閘閘中心距分別為60.0、100m，三閘間均設(shè)分流島，分流島采用墻(堤)結(jié)合方式，上游長300m，下游長110m。

復(fù)線船閘閘室為鋼筋砼塢式結(jié)構(gòu)，長200.0m，凈寬23.0m，底板頂高程6.98m；上、下閘首為鋼筋砼整體式結(jié)構(gòu)，底檻高程為9.37～6.98m，縱向均長30.5m。上、下游引航道采用不對(duì)稱布置，上、下游進(jìn)出閘方式均為直進(jìn)曲出。引航道底寬45.0～60.0m，底高程分別為9.87、7.48m。

重建分洪閘閘室3孔，單孔凈寬7.00m，總凈寬21.00m，底板高程10.20～9.50m，引河邊坡1∶3，引河底寬上、下游寬28.00m。

移位改建橋梁布置在節(jié)制閘下游約45m處，橋梁及接線設(shè)計(jì)全長820m，與復(fù)線船閘斜交1°，縱坡0.46%～5%。移位改建后的橋梁寬度20m，橋跨布置采用65mm系桿拱+30m箱梁+65m系桿拱+20m+35m+35m+20m組合箱梁。

3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)及難點(diǎn)

該樞紐工程包含水利、水運(yùn)、市政、園林、陸上交通等不同部分，防洪等級(jí)高，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，建設(shè)制約條件多，功能性強(qiáng)。

3.1 防洪等級(jí)高，工程重要性大

(1)五河復(fù)線船閘為沱澮河航道上控制性節(jié)制點(diǎn)工程，其直接經(jīng)濟(jì)腹地地處沿海向中部地區(qū)梯度發(fā)展的過渡帶，具有聯(lián)系沿海、發(fā)展中部的功能和區(qū)位特征。

(2)該樞紐工程建成后將擔(dān)負(fù)起主要的通航、防洪、排澇、蓄水灌溉任務(wù)，主體工程位于淮北大堤渦東圈堤上，工程等級(jí)為1級(jí)。工程重要性大，等級(jí)高。

3.2 工程內(nèi)容及功能多，建設(shè)制約條件多

(1) 工程區(qū)兩岸均建有大量房屋，北岸主城區(qū)街道臨岸，房屋密集無空曠場(chǎng)地。上游段約1.3km、260m分別建有五河新澮河、青年路2座跨河公路橋，閘址及工程總體布置選擇余地較小，具有一定的局限性。

(2) 五河分洪閘重建規(guī)模為本工程的關(guān)鍵，為復(fù)線船閘閘位布置提供技術(shù)上可行性。老閘規(guī)劃功能及其建設(shè)方案需與復(fù)線船閘建設(shè)方案、淮河干流及懷洪新河流域規(guī)劃協(xié)調(diào)一致。

(3)淮北大堤渦東圈堤是安徽境內(nèi)重要的淮河干堤，工程需破堤施工，工程施工不得影響其大堤防洪，必須在一個(gè)枯水期完成破堤復(fù)堤工作，保證防洪安全。工程渡汛要求制約了工程施工進(jìn)度安排，增加了施工組織設(shè)計(jì)難度。

(4)工程地質(zhì)條件復(fù)雜，部份地層局部缺失，地基強(qiáng)度差異較大。復(fù)線船閘及分洪閘大部分基礎(chǔ)均落于③層重、中粉質(zhì)壤土上，該層強(qiáng)度較好，滲透性低；復(fù)線船閘閘室中部至上閘首及上、下游引航道(導(dǎo)航墻、閘間連接墻)基礎(chǔ)位于②1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，該層土強(qiáng)度低，地基需加固處理。地基強(qiáng)度差異較大易產(chǎn)生不均勻沉降，須采取相應(yīng)的地基處理措施。

(5)新、老構(gòu)筑物距離近，工程設(shè)計(jì)和施工方案需保證老構(gòu)筑物安全與正常使用。施工期不得影響一線船閘運(yùn)營，復(fù)線船閘建成后與老船閘雙線聯(lián)合運(yùn)行；上游導(dǎo)航墻主、輔導(dǎo)航墻布置要兼顧導(dǎo)航段內(nèi)對(duì)導(dǎo)航建筑物長度的要求以及對(duì)青年南路新開河大橋橋墩的防護(hù)。

(6)工程區(qū)位于城關(guān)鎮(zhèn)新城區(qū)和老城區(qū)之間的新開河上，區(qū)域內(nèi)水源豐富，風(fēng)光旖旎，自然、人文景觀交相輝映，工程建設(shè)景觀要求高。

4 設(shè)計(jì)要點(diǎn)及對(duì)應(yīng)措施

4.1 工程總體布置優(yōu)選

設(shè)計(jì)緊鄰圍繞航運(yùn)安全、暢通和防洪安全這個(gè)核心，充分分析了各類條件與影響因素，并考慮了工程施工條件，合理調(diào)整了工程總體布置，精心設(shè)計(jì)上、下游導(dǎo)(靠)航建筑物、開挖邊坡，優(yōu)化導(dǎo)堤(墻)斷面尺寸及基礎(chǔ)處理方案等，滿足了施工圍堰、航道布置等要求，達(dá)到了航道通暢、防洪安全、過閘公路通順、投資少、施工方便等目的。

4.2 主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

船閘閘室、閘首等水工建筑物是工程的主體，結(jié)構(gòu)尺寸大，工程量大，對(duì)工程投資與安全影響較大；兩者均為擋水建筑物，受力復(fù)雜，事關(guān)工程航運(yùn)與防洪安全，特別下閘首是工程的重中之重。通過多方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選確定結(jié)構(gòu)型式；慎重研究結(jié)構(gòu)安全，采用有限元等多方法分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力，合理采用分析結(jié)果，確定結(jié)構(gòu)型和尺寸。為防止溫度應(yīng)力引起底板結(jié)構(gòu)裂縫閘室、閘首整體式底板砼采用分塊錯(cuò)開澆筑施工和留后澆帶，側(cè)向回填在滿足邊墻穩(wěn)定情況下在底板后澆帶施工前進(jìn)行，以減少底板跨中正彎矩，減少底板配筋量。

4.3 地基設(shè)計(jì)與沉降、滲流控制

地基加固或樁基設(shè)計(jì)對(duì)工程投資與安全影響大，設(shè)計(jì)針對(duì)各建筑物的受力特點(diǎn)、對(duì)沉降及滲流控制要求等，通過多方案優(yōu)選地基設(shè)計(jì)方案。上游導(dǎo)(靠)航建筑物存在地基強(qiáng)度不足、壓縮性大、建筑物沉降量大等問題，結(jié)合上閘首基坑支護(hù)措施，采用灌注樁結(jié)合高壓水泥土旋噴樁加固措施進(jìn)行處理。

4.4 砼防裂工程措施

上、下閘首底板均長30.50m，寬55.00m，結(jié)構(gòu)厚3.0m；閘室底板寬28.2m，分節(jié)長20.0m，厚2.5m，結(jié)構(gòu)尺寸大，易在工程施工期產(chǎn)生砼裂縫，砼裂縫控制難度大。根據(jù)有限元砼溫度荷載對(duì)砼受力影響應(yīng)力分析，設(shè)計(jì)上除在閘首、閘室底板預(yù)留了后澆帶，還要求在閘室邊墻上設(shè)置冷卻管，通過循環(huán)水降低砼水化熱。此外，底板、墻體砼中摻入適當(dāng)?shù)呐赡釥柧郾├w維添加劑，并在閘墻迎水面涂刷賽柏斯防碳化聚合物砂漿，增加砼的抗裂性能和提高迎水面抗?jié)B、防碳化能力。

4.5 工程景觀與管理

工程建筑結(jié)合原有建筑及周邊環(huán)境，結(jié)合船閘的使用功能，創(chuàng)造一個(gè)既具有一定文化內(nèi)涵，體現(xiàn)21世紀(jì)時(shí)代風(fēng)貌的現(xiàn)代航運(yùn)、水利建筑。建筑方案經(jīng)多方案優(yōu)選采用對(duì)稱式布局，下閘首將二層和三層中部做了局部挑空，結(jié)合面對(duì)的綠地和水面大面積開窗，以形成開闊而又視線通透、輕松的工作氛圍。建筑表層以微微凸起的橫豎線條與玻璃的組合形成整體感極強(qiáng)的肌理效果。建筑群組的高低與體量比例富有節(jié)奏感，各樓層功能明確，布置合理。建筑與周邊景觀綠化協(xié)調(diào)，體現(xiàn)出一種生長的感覺，自然流暢。

4.6 新材料與新工藝、設(shè)計(jì)創(chuàng)新

設(shè)計(jì)人員及時(shí)掌握行業(yè)動(dòng)態(tài)，吸納業(yè)主等參建各方的合理化建議和要求，將設(shè)計(jì)新理念融入到設(shè)計(jì)成果中。

(1)閘后排水體采用土工盲溝，增強(qiáng)了排水作用。采用土工盲溝貫通閘室兩側(cè)排水體，水平排水管采用塑料盲管，直接將水導(dǎo)入水位較低一側(cè)閘首廊道內(nèi)，增強(qiáng)了排水作用。

(2)新型砼抗裂劑、防碳化聚合物砂漿涂料、鋼管支架兼冷卻管工法運(yùn)用，有效解決砼開裂、砼防滲及碳老化問題，提高砼大體積澆筑質(zhì)量。在上、下閘首底板、閘室墻體易產(chǎn)生裂縫部位砼中摻入少量的派尼爾聚丙烯纖維添加劑，增加砼的抗裂性能；并給合船閘閘室墻模板系統(tǒng)在閘室邊墻上設(shè)置冷卻鋼管，改進(jìn)砼澆筑工藝。

(3)閘門關(guān)鍵部位采用新型高分子材料，提升了使用性能。中縫止水采用了SF6674橡皮對(duì)尼龍合金支承條的組合，尼龍合金具有高分子材料的耐磨和抗腐蝕性，能確保支承條的耐久性，其硬度又能滿足止水要求；支承條采用分段加工，也能保證止水的安裝精度。

(4)PC管樁及微型鋼管樁分別在管理調(diào)度樓、閘區(qū)交通鋼便橋地基加固處理(欠固結(jié)深厚回填土的運(yùn)用)，方便施工，提高了工效。

(5)岸坡防護(hù)生態(tài)綠化設(shè)計(jì)，在常水位以上岸坡采用生態(tài)鉸接式砼護(hù)坡，即固穩(wěn)岸坡又增綠色生態(tài)空間；與管理區(qū)景觀綠化帶交互輝映，構(gòu)建一座花園式樞紐走廊。

(6)閘首啟閉機(jī)孔洞、室外溝槽蓋板在滿足安全運(yùn)行的條件下，采用可透視化的鋼化玻璃蓋板(含)支架形式，創(chuàng)造透明友好的管理、操作平臺(tái)。

4.7 主要施工組織設(shè)計(jì)優(yōu)化

(1)優(yōu)化細(xì)化施工布置。工程區(qū)施工場(chǎng)地有限，合理布置至關(guān)重要。上游導(dǎo)航墻位于分流堤上，結(jié)合主體布置要求采用樁墻式永臨結(jié)合結(jié)構(gòu)，避免了大開挖對(duì)老航道及引河的影響。

(2)船閘基坑最大開挖深約15m，屬深基坑開挖。根據(jù)基坑放坡條件，優(yōu)化基坑支護(hù)方案，不同部位采取不同的基坑支護(hù)措施。下閘首位于節(jié)制閘和老船閘之間，場(chǎng)地狹窄，放坡開挖難度大，采用灌注樁支護(hù)措施安全、可靠，順利地完成了下閘首的工程施工。閘室等挖深相對(duì)較小部位，局部無法放坡時(shí)采用鋼板樁支護(hù)措施，節(jié)省了工程投資，也取得了較好的實(shí)施效果。

(3)著重研究確定下閘首及公路橋等關(guān)鍵性工程的施工工期和施工程序，協(xié)調(diào)平衡地安排其它單項(xiàng)工程進(jìn)度，使整個(gè)工程施工前后兼顧、互相銜接、減少干擾、均衡生產(chǎn)。

(4)對(duì)船閘底板及閘墻下部等大體砼澆筑溫度控制、基礎(chǔ)施工等提出一些新的設(shè)備與工藝要求，優(yōu)化施工方法。在閘首底板及閘室邊墻中下部等部位設(shè)置冷卻水管，砼澆筑完成后通水冷卻，監(jiān)測(cè)內(nèi)外溫差，科學(xué)控制混凝土入倉溫度、基礎(chǔ)溫差，使混凝土澆筑質(zhì)量得到保證。在閘室底板等部位設(shè)置后澆帶結(jié)合快易收口網(wǎng)工法施工，解決了因不均勻沉降、溫度收縮等不利因素帶來的結(jié)構(gòu)安全問題。

4.8 綠化生態(tài)設(shè)計(jì)

整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)綠色設(shè)計(jì)理念。三廢、噪音均得到有效控制，綠色設(shè)計(jì)理念貫徹始終。注重景觀設(shè)計(jì)，與地貌和地物相協(xié)調(diào)，具有時(shí)代特色、地方特色和標(biāo)志性，并充分保證建筑物的適用、安全、衛(wèi)生等基本要求。在構(gòu)筑物的處理上，與周圍環(huán)境和文化背景相一致，在功能適用、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，注意控制場(chǎng)區(qū)內(nèi)硬化地面面積，多布置綠化，以節(jié)約投資，美化環(huán)境，使生態(tài)設(shè)計(jì)的理念在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中得以體現(xiàn)。

5 結(jié)語

五河復(fù)線船閘樞紐工程2018年10月投入試運(yùn)行，2020月7月竣工驗(yàn)收并正式投入使用。經(jīng)過3年多運(yùn)行實(shí)踐，該樞紐設(shè)計(jì)方案較為合理、可靠，水利、水運(yùn)、市政、園林、陸上交通等工程統(tǒng)籌安排，綠化生態(tài)等設(shè)計(jì)新理念等融入到設(shè)計(jì)成果中，準(zhǔn)確理解施工新工藝、新工法，讓具體成果在施工過程中得以應(yīng)用，以提高生產(chǎn)效率，保證工程質(zhì)量與生產(chǎn)安全。