霍邱縣城東湖閘加固工程關(guān)鍵問題研究

金永強(qiáng)， 陳 艷

(1.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 230088；2.淮河水利委員會(huì)水利水電工程技術(shù)研究中心，安徽 蚌埠 233001)

1 工程概況

城東湖位于安徽霍邱境內(nèi)，是淮河南岸支流汲河下游的天然湖泊，也是淮河中游的蓄洪洼地。城東湖閘位于城東湖入淮口，于1952年11月開始修建，1953年7月竣工。該閘是淮河中游重要的蓄洪控制工程，其主要作用是為了有效控制城東湖蓄洪，削減淮河洪峰，減輕正陽關(guān)以下淮河干流的泄洪負(fù)擔(dān)，同時(shí)也是城東湖蓄洪區(qū)的退水閘，并節(jié)制湖水位保證沿湖群眾生產(chǎn)生活用水以及霍邱縣城區(qū)居民生活用水，其次可盡量排空湖水，防止小洪水倒灌入湖。

2 工程存在的主要問題

2013年3月，水利部建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心以建安〔2013〕24號(hào)文下達(dá)了城東湖閘安全鑒定成果核查意見，主要意見為：根據(jù)書面和現(xiàn)場(chǎng)核查，該水閘過流能力低于設(shè)計(jì)要求，閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和地基應(yīng)力不均勻系數(shù)不滿足規(guī)范要求；進(jìn)、退洪消能防沖海漫長(zhǎng)度及沖刷坑深度均不滿足規(guī)范要求；閘室底板、閘墩、岸墻等混凝土強(qiáng)度等級(jí)低，一般不足C15不滿足要求；工作閘門結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度不滿足規(guī)范要求，檢修閘門變形損壞嚴(yán)重，工作閘門啟閉機(jī)除中孔外，啟閉容量不滿足要求；供電電源為10 kV農(nóng)用線路，無備用電源，電氣設(shè)備老化，閘門監(jiān)控主要設(shè)備損壞，無法自動(dòng)控制；安全監(jiān)測(cè)設(shè)施不完善，管理設(shè)施簡(jiǎn)陋，通航過閘條件差。綜合評(píng)定為三類閘。

3 加固工程關(guān)鍵問題研究

3.1 加固方案的擬定

城東湖閘加固方案的擬定從安全鑒定意見出發(fā)，結(jié)合整個(gè)淮河干流中游汛期度汛要求，同時(shí)借鑒了類似工程設(shè)計(jì)成果。

城東湖閘建成60年來，共6次開閘蓄洪。實(shí)際運(yùn)行中最大進(jìn)洪流量達(dá)1 800 m3/s，進(jìn)洪期設(shè)計(jì)過閘單寬流量達(dá)到45 m3/s，進(jìn)洪水位差也大大超過原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，城東湖側(cè)的消能防沖設(shè)施都受到了不同程度的破壞。對(duì)城東湖閘進(jìn)行擴(kuò)孔，既解決閘室過流能力不足，也降低了過閘單寬流量，有利于閘室及下游消能防沖設(shè)施的安全。同時(shí)，加大退洪流量，縮短退洪時(shí)間，能有效地減輕蓄洪區(qū)群眾的生產(chǎn)生活壓力。另一方面，在擴(kuò)孔部位增設(shè)通航孔能有效改善通航條件，確保通航安全。

考慮到安全鑒定結(jié)果為三類病險(xiǎn)水閘，加固工程保留老閘閘室、兩側(cè)岸墻及右岸上下游翼墻；對(duì)閘底板、閘墩、上下游翼墻以及公路橋排架局部混凝土表面采用聚合物砂漿修補(bǔ)；拆除重建老公路橋兩橋頭下游側(cè)(東湖側(cè))擋墻，新建閘門鋼筋混凝土檢修平臺(tái)，拆除重建排架、啟閉機(jī)房及兩側(cè)橋頭堡。一方面解決了混凝土碳化等問題，一方面通過增加荷載提高了水閘的整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

此外，還對(duì)上、下游消能防沖設(shè)施及護(hù)坡進(jìn)行維修加固，更換老閘工作閘門、門槽埋件及啟閉設(shè)備；補(bǔ)充必要監(jiān)控、監(jiān)測(cè)設(shè)施，新建必要管理設(shè)施、完善管理區(qū)交通及綠化。

通過上述一系列措施基本解決了水閘存在的主要安全問題。

3.2 施工導(dǎo)流安排

工程施工的枯水期城東湖及淮河側(cè)水位高低交替。如安排在一個(gè)枯水期內(nèi)施工，施工規(guī)模較大，施工工期難以控制。因城東湖周邊調(diào)蓄淹沒損失大，施工導(dǎo)流難以通過調(diào)蓄解決；城東湖及淮河側(cè)水位高低交替，采用明渠導(dǎo)流又難以控制城東湖水位，當(dāng)淮河水位處于高位時(shí)易造成城東湖周邊淹沒。因此，施工采用分期施工。一期施工安排在第一個(gè)枯水期，主要完成新建5孔新閘的啟閉臺(tái)以下部位的施工及閘門就位等工程施工。工程施工期間，城東湖來水通過現(xiàn)有老閘進(jìn)行導(dǎo)流；在新建5孔新閘基坑淮河側(cè)和城東湖側(cè)預(yù)留格埂的上方，填筑橫向粘土圍堰；同時(shí)在分流島處，淮河側(cè)和城東湖側(cè)采用拉森鋼板樁縱向圍堰進(jìn)行擋水。二期安排在第二個(gè)枯水期進(jìn)行施工，主要完成老閘加固及新閘啟閉機(jī)房等工程施工。工程施工期間，開挖新閘城東湖側(cè)和淮河側(cè)河道土方，拆除新閘城東湖側(cè)和淮河側(cè)粘土圍堰，城東湖來水通過5孔新閘進(jìn)行導(dǎo)流；同時(shí)在加固老閘基坑淮河側(cè)和城東湖側(cè)填筑黏土橫向圍堰，在分流島淮河側(cè)和城東湖側(cè)利用一期的拉森鋼板樁縱向圍堰擋水。

3.3 臨時(shí)交通

S310省道(現(xiàn)改為G328國(guó)道)從閘上通過，城東湖閘施工期間，城東湖閘左右岸之間的閘上交通中斷，故需在閘上游淮河灘地上布設(shè)臨時(shí)改線道路，如圖1所示。臨時(shí)改道按三級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，限速30 km/h，改道段總長(zhǎng)度為700 m，路基寬度7 m，路面寬6.5 m，轉(zhuǎn)彎半徑為65 m，路基清理并壓實(shí)，路面結(jié)構(gòu)為： 20 cm碎石基層，20 cm水泥穩(wěn)定碎石層，6 cm瀝青混凝土面層。臨時(shí)改線道路跨引河需修筑臨時(shí)交通橋，河口寬度90 m。臨時(shí)橋梁跨度為90 m，橋身貝雷橋結(jié)構(gòu)，橋墩采用鋼管樁基礎(chǔ)，鋼管樁長(zhǎng)度為20 m，橋面寬度為7 m，兩側(cè)橋臺(tái)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，U形橋臺(tái)。橋底高程為21.0 m，橋面高程約22.0 m，與兩側(cè)灘地平高，汛期不影響淮河行洪。臨時(shí)交通橋的通行僅在每個(gè)枯水期的11月至次年4月，當(dāng)閘上交通恢復(fù)時(shí)，應(yīng)中斷臨時(shí)交通橋的交通，老閘加固完成時(shí)拆除。

圖1 臨時(shí)交通布置

3.4 分流島翼墻設(shè)計(jì)

為節(jié)省工程投資，本次工程擬對(duì)上、下游翼墻進(jìn)行維修加固?？紤]到工程加固后的外形美觀效果，盡量做到平面上對(duì)稱布置。加固新建閘室上、下游翼墻參照老閘室布置。

淮河側(cè)翼墻采用鋼筋混凝土扶臂結(jié)構(gòu)，平面上與老閘翼墻對(duì)稱布置，因淮河側(cè)枯水位較低，老翼墻在施工期間抗滑穩(wěn)定有足夠保障。而東湖側(cè)翼墻因蓄水要求擋水高度較高，加上老翼墻下部主體為漿砌石結(jié)構(gòu)，施工期容易發(fā)生透水進(jìn)而影響基坑安全。為確保工程安全，一期施工對(duì)淮河側(cè)消力池以外的分流島翼墻采用灌注樁結(jié)構(gòu)，樁徑1.2 m，樁間距1.3 m，樁底高程0.80 m(1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，下同)，樁頂高程21.80 m，上部采用1 m高鋼筋混凝土冠梁將各樁連接成一體。迎水側(cè)設(shè)C25鋼筋混凝土掛板，墻后設(shè)高噴防滲墻，防滲墻底高程12.00 m，低于現(xiàn)狀海漫高程。灌注樁擋墻距離原翼墻端部3 m。一期工程完成后，東湖側(cè)橫向圍堰暫不拆除，將二期橫向圍堰填筑好后，拆除東湖側(cè)翼墻端部部分縱向圍堰，搶抓工期，將分流島端部新老翼墻接頭部位處理好。完成上述工程后，恢復(fù)縱向圍堰，并拆除一期橫向圍堰，利用新閘過水，對(duì)老閘進(jìn)行加固。

3.5 橋頭堡基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

老閘橋頭堡基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)，經(jīng)過多年運(yùn)行，橋頭堡與排架柱之間的構(gòu)造縫發(fā)展明顯，截至安全鑒定時(shí)，且上下發(fā)展不均勻，下部縫寬22 mm，上部縫寬達(dá)76 mm，造成兩橋頭堡向兩側(cè)傾斜。本次加固在原閘址西側(cè)擴(kuò)建5孔新閘，新老閘之間設(shè)分流島，同時(shí)拆除原有啟閉機(jī)排架及啟閉機(jī)房。

閘室兩側(cè)新建橋頭堡，新老閘之間通過廊橋相連。為了避免橋頭堡、啟閉機(jī)房、廊橋因沉降原因而影響結(jié)構(gòu)安全，將西側(cè)橋頭堡設(shè)在空箱擋墻立墻之上，擋墻基礎(chǔ)底面與閘室底板基礎(chǔ)齊平；連廊則采用樁基礎(chǔ)，根據(jù)承載力和沉降要求確定樁長(zhǎng)；老閘岸墻與邊墩為整體的扶垛式結(jié)構(gòu)，東側(cè)橋頭堡無法采用樁基礎(chǔ)，考慮到下部土層沉降趨于穩(wěn)定，僅對(duì)橋頭堡基礎(chǔ)下部3m厚土層采用換填碎石方式處理。

4 結(jié)束語

本工程完成后，水閘的進(jìn)退洪能力得到了提高，閘室檢修條件、通航條件、消能防沖條件及相關(guān)設(shè)施得到了改善，如圖2所示。金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備得到了更新，管理設(shè)施也得到了補(bǔ)充和完善。工程在2020年汛期經(jīng)受了淮河流域較大洪水的考驗(yàn)，并大幅縮短了汛后排澇時(shí)間，有效發(fā)揮了防洪及排澇功能，驗(yàn)證了工程的質(zhì)量和效益。

圖2 完工時(shí)的城東湖閘