吳 信

(廣西交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530011)

1 工程概況

桂平二線船閘工程是西江航運(yùn)干線擴(kuò)能關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之一，位于廣西桂平市郁江、黔江、潯江三江匯合口郁江上游約2.5km處，桂平航運(yùn)樞紐一線船閘右側(cè).西江航運(yùn)干線西起南寧、東達(dá)廣州，全長854km，由郁江、潯江、西江、珠江組成，是桂、滇、黔地區(qū)水運(yùn)物資運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ?目前南寧至廣州航道整體為Ⅲ級航道，其中貴港至界首段為Ⅱ級航道，界首至廣東肇慶段Ⅱ級航道正在施工.

根據(jù)廣西內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展規(guī)劃，貴港以下航道遠(yuǎn)期將提升至Ⅰ級航道，通航3000 t級船舶.桂平航運(yùn)樞紐已運(yùn)行的一線船閘，標(biāo)準(zhǔn)為Ⅲ級，船閘的有效尺度為190m×23m×3.5m(有效長度×有效寬度×檻上水深)，設(shè)計(jì)通過能力為1100萬t/a(下行).桂平二線船閘按Ⅰ級船閘標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，船閘有效尺度為280m×34 m×5.6m;設(shè)計(jì)代表船型為3000 t級貨船、2×2000 t級頂推船隊(duì)、2000 t級貨船、2000 t級港澳航線多用途集裝箱船;設(shè)計(jì)通過能力為3100萬t/a(下行).

2 工程地質(zhì)

桂平二線船閘工程處在郁江Ⅰ級階地上，地形較平坦，地面高程一般在38～43m，大部分為農(nóng)田、旱地，局部為相對低洼的平坦地塊，地面高程一般約36m，無深大沖溝切割，宏觀地貌屬巖溶準(zhǔn)平原.

工程開展了詳細(xì)的地質(zhì)勘察，除了采用常規(guī)鉆孔勘察及現(xiàn)場試驗(yàn)外，還采用跨孔電磁波透視(CT透視)的方法對上、下閘首及閘室區(qū)域巖石進(jìn)行探測，為較好確定船閘本體段的位置，避開不良地質(zhì)區(qū)提供可靠依據(jù).

工程場地內(nèi)的上覆地層為路基填筑土和第四系沖積的黏土，下伏基巖為泥盆系中統(tǒng)東崗嶺階灰?guī)r.泥盆系中統(tǒng)東崗嶺階灰?guī)r(D2d)為硬質(zhì)巖類碳酸鹽巖石，巖層較平緩.巖溶作用沿各種構(gòu)造裂隙面、節(jié)理裂隙面發(fā)育，形成以淺部垂直發(fā)育為主的巖溶特點(diǎn).場地發(fā)育的巖溶類型主要有溶溝、溶槽、溶洞、溶蝕裂隙、溶孔等.

上閘首巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，巖溶發(fā)育底面標(biāo)高約為0～16.50m，溶洞最高達(dá)10.90m，剖面間最寬達(dá)20m，溶洞分布高程以25～5m居多.下閘首巖溶發(fā)育相對較弱，巖溶發(fā)育底面標(biāo)高為19～9 m，建基面以下巖石完整性較好.閘室段靠近上閘首區(qū)域溶洞較為發(fā)育，最低溶洞底面標(biāo)高可達(dá)5.00m，剖面間溶洞最寬達(dá)7.80m，垂向溶洞最高達(dá)3.30m，溶洞分布高程以15.00～5.00m占多數(shù);其余孔對間的巖溶發(fā)育較弱，巖石完整性較好.

根據(jù)兩階段勘察資料分析，施工圖設(shè)計(jì)階段將船閘本體段下移9 m，以避開上閘首上端巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū).

3 設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 船閘總體布置

桂平航運(yùn)樞紐壩址位于寬口“Ω”彎曲形河段上，溢流壩、發(fā)電廠房與船閘分離布置，溢流壩和發(fā)電廠房布置于主河道，船閘布置于右岸Ⅰ級階地上，實(shí)施裁彎取值.二線船閘布置于一線船閘的右側(cè)，在Ⅰ級階地上開挖建設(shè)而成.

桂平二線船閘工程的特點(diǎn)是建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高、土石方量大、征地拆遷安置規(guī)模大、處于巖溶區(qū)，因此在船閘總體布置上要求統(tǒng)籌兼顧，盡可能減少占用耕地，減少拆遷，使施工能順利開展，保證現(xiàn)有一線船閘結(jié)構(gòu)和通航安全，合理利用開挖的土石方資源.

3.1.1 合理確定船閘中心線 一線船閘自通航以來，運(yùn)行平穩(wěn)，上下游引航道口門區(qū)水流條件能滿足船舶航行要求，航線與主流交角在12°～17°，實(shí)踐證明一線船閘確定的船閘軸線，口門區(qū)航線是合適的，由此確定二線船閘中心線與一線船閘中心線平行布置，距離通過以下條件綜合確定:(1)以盡量減少征地拆遷為原則;(2)引航道直線段長度不小于導(dǎo)航、調(diào)順、停泊要求的520m;(3)口門區(qū)轉(zhuǎn)彎半徑不小于5倍設(shè)計(jì)代表船長910m;(4)施工不影響一線船閘的結(jié)構(gòu)安全和正常通航;⑸基坑干地施工圍堰布置要求.最終確定兩線船閘中心線間距為120m，對應(yīng)船閘本體段長359 m.

3.1.2 合理布置引航道 上下游引航道總長約2.7km，最小直線段長度581 m，直線段設(shè)計(jì)底寬73m，口門區(qū)設(shè)計(jì)底寬120m，口門區(qū)轉(zhuǎn)彎半徑1000m，上游引航道設(shè)計(jì)底高程23.0m，下游引航道設(shè)計(jì)底高程14.4 m.

上下游引航道岸側(cè)民房密集，為減少征地拆遷量，上下游引航道均布置向一線船閘側(cè)拓寬，兩線船閘引航道中心線間距為89.5m，分隔堤底寬在23～30.5m之間.

為縮短船舶進(jìn)出閘時(shí)間，提高船閘通過能力，按船舶“曲進(jìn)直出”過閘方式布置引航道導(dǎo)航調(diào)順段和停泊段，按能停泊一閘次船舶要求布置停泊段水域.導(dǎo)航調(diào)順段長240m，停泊段長280m，靠船墩前沿線至船閘中心線間水域?qū)挒?6m.

主導(dǎo)航墻長200m，線型采用x2+y2=2624.32，弧線擬合y=x2/1250二次拋物線，誤差小，便于施工.

3.1.3 合理確定過境公路改線路線 工程處有2條過境二級公路交匯，一條橫跨一線船閘上游引航道穿越工程區(qū)，一條沿一線船閘引航道右側(cè)坡頂穿過工程區(qū)，交通流量大.二線船閘的建設(shè)需要對這2條過境公路閘區(qū)段進(jìn)行改線.改線建設(shè)遵循主要原則有:(1)按原標(biāo)準(zhǔn)原功能改建;(2)施工期原有交通保持暢通;(3)通航凈空滿足要求;(4)適應(yīng)未來船閘擴(kuò)建的需要.根據(jù)上述原則，橫跨一線船閘上游引航道的公路路線選在原線位上游30m，橫跨上游引航道段設(shè)交通橋，其下對應(yīng)3線船閘布置3跨通航孔，二線、三線船閘通航孔凈寬73，75m，10年一遇設(shè)計(jì)最高通航水位時(shí)通航凈高不小于10m，在庫區(qū)正常蓄水位時(shí)通航凈高不小于18 m，保證率在96%以上.

沿一線船閘引航道右側(cè)坡頂穿過的公路路線改至預(yù)留的三線船閘建設(shè)區(qū)之外，沿村莊邊緣布置.船閘總平面布置圖見圖1.

3.2 改善下游引航道口門區(qū)水流條件的技術(shù)

下游引航道口門區(qū)位于主河道凹岸一側(cè)彎頂上游，原有導(dǎo)流堤布置在凹岸上段伸入河槽，將主流挑向下游，對一線船閘口門區(qū)起到掩護(hù)作用，中枯水期船舶進(jìn)出閘平穩(wěn)，但口門區(qū)附近產(chǎn)生回流，大流量時(shí)回流強(qiáng)度大，存在淤積問題.模型試驗(yàn)表明，二線船閘口門區(qū)開挖擴(kuò)大后，回流范圍隨著擴(kuò)大，部分流量級橫向流速超標(biāo)范圍大，船模上行控制困難.

圖1 船閘總平面布置Fig.1 General layout of the shiplock

為改善上述問題，在原有導(dǎo)流堤延伸方向設(shè)置順向?qū)Я鞫眨ㄟ^導(dǎo)流墩的導(dǎo)流及分流作用將部分主流導(dǎo)入回流區(qū)，導(dǎo)入的水流有效地壓制和破壞了回流，在破壞回流的同時(shí)沿設(shè)計(jì)航槽運(yùn)動，一定程度減小了主流與設(shè)計(jì)航槽的交角，從而有效改善口門區(qū)水流條件.導(dǎo)流墩布置圖見圖2.

圖2 導(dǎo)流墩布置Fig.2 Layout of diversion piers

天津水利科學(xué)研究所對導(dǎo)流墩的布置方案做了大量深入細(xì)致試驗(yàn)，得到優(yōu)化的布置方案為:將原導(dǎo)流堤縮短60m，開挖至21.00m高程，順堤延伸方向布置5個(gè)順向菱形導(dǎo)流墩，相鄰墩間軸線交角4°～8.2°不等，導(dǎo)流墩中心距23.5～35.9 m，長20m，厚5m，墩頂高程41.0m.第1個(gè)墩布置于原導(dǎo)流堤頭附近.

3.3 輸水系統(tǒng)和閘室墻結(jié)構(gòu)

3.3.1 輸水系統(tǒng) 桂平二線船閘處于郁江口的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，輸水系統(tǒng)又是船閘工程的關(guān)鍵技術(shù)，因此要求設(shè)計(jì)的輸水系統(tǒng)消能好、工作可靠、充泄水效率高.本工程最大設(shè)計(jì)水頭10.5m，采用閘底長廊道側(cè)支孔雙明溝消能的分散輸水系統(tǒng)，各部位主要布置尺寸見表1，布置圖見圖3，閘底典型斷面見圖4.ystem

表1 輸水系統(tǒng)各部位主要布置尺寸Tab.1 Main sizes of the filling and emptying s

圖3 桂平二線船閘輸水系統(tǒng)布置Fig.3 Layout of the filling and emptying system of Guiping 2ndlane lock

圖4 典型閘室結(jié)構(gòu)斷面Fig.4 Typical cross-section of the lock chamber

南京水利科學(xué)研究院對桂平二線船閘輸水系統(tǒng)做了大量水力學(xué)模型試驗(yàn)研究工作，優(yōu)化并確定了輸水系統(tǒng)各部位細(xì)部尺寸.試驗(yàn)成果表明:閘室內(nèi)縱向與橫向水流分布較均勻，無明顯水面壅高，充水閥門開啟時(shí)間tv=4 min，雙邊閥門開啟充水時(shí)，對設(shè)計(jì)起控制作用的3000 t級單船的最大縱向系纜力為24.34 kN，最大橫向力為13.36 kN;單邊閥門開啟充水時(shí)，3000 t級單船的最大縱向系纜力為10.40 kN，最大橫向力為10.91 kN，系纜力均滿足規(guī)范要求，且有較大富裕;對應(yīng)的閘室充、泄水時(shí)間分別為8.99和9.75min;充、泄水閥門雙邊和單邊開啟過程中，輸水系統(tǒng)各部位均未出現(xiàn)負(fù)壓，檢修門井內(nèi)也無進(jìn)氣現(xiàn)象;進(jìn)水口水流條件良好，試驗(yàn)未見漩渦及回流;泄水水流在引航道內(nèi)基本均勻分布，水流條件滿足要求.

試驗(yàn)成果說明采用閘底長廊道側(cè)支孔雙明溝消能的分散輸水系統(tǒng)能較好適應(yīng)本工程的要求，對閘底長廊道輸水系統(tǒng)是一種創(chuàng)新發(fā)展，在國內(nèi)屬首次應(yīng)用.

3.3.2 閘室墻結(jié)構(gòu) 針對桂平二線船閘閘室段巖面高程較高，巖石完整性相對較好，巖體質(zhì)量大多為Ⅱ級的工程地質(zhì)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)閘室墻結(jié)構(gòu)采用混合襯砌式結(jié)構(gòu)，巖面以上為重力式，巖面以下為襯砌式，閘墻總高32.7m，重力墻底寬10～11 m，襯砌墻底寬3.5m(前趾長2.0m)，巖石臨時(shí)開挖邊坡1∶0.1.墻后回填開挖渣石，高程36.50m以下要求內(nèi)摩擦角φ≥36°，以上要求內(nèi)摩擦角φ≥34°.典型閘室結(jié)構(gòu)斷面見圖4.

襯砌墻的錨固是閘室墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.本工程襯砌墻通過設(shè)置錨筋錨固于巖體，錨孔直徑為10cm，錨筋間距1.2～1.4 m，上部錨筋采用Φ32，下部錨筋采用Φ28，錨孔內(nèi)采用M15微膨脹水泥砂漿壓力充填.鑒于閘室墻結(jié)構(gòu)的重要性，設(shè)計(jì)要求開展現(xiàn)場錨筋抗拔試驗(yàn)，以獲得錨筋與砂漿、砂漿體與巖石間的極限黏結(jié)力參數(shù)，確定錨筋錨固長度.根據(jù)試驗(yàn)確定錨筋Φ32錨固長度5.6m，錨筋Φ28錨固長度4.5m.

3.4 降低反向水頭對一線船閘下閘首人字門影響的技術(shù)

南京水利科學(xué)研究院對桂平航運(yùn)樞紐船閘下游引航道非恒定流的計(jì)算分析表明，二線船閘泄水產(chǎn)生的長波運(yùn)動會導(dǎo)致一線船閘下閘首附近水體產(chǎn)生一定壅高，人字門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，會影響啟閉設(shè)備的安全.為此，設(shè)計(jì)采取了針對性工程措施:

(1)縮短一、二線船閘間分隔堤長度.拆除二線船閘第7個(gè)靠船墩以下分隔堤長度，開挖至與一線船閘下游引航道底齊平，增加兩線船閘共用引航道長度至400m左右，并利用二線船閘下游5個(gè)靠船墩兼作導(dǎo)流墩分流，通過墩間分流削弱非恒定流長波運(yùn)動能量，從而降低反向水頭.

(2)縮短下游引航道導(dǎo)流堤60m左右，擴(kuò)大過水面積，并通過下游口門區(qū)設(shè)置的導(dǎo)流墩從主河槽引入的水流，壓迫和削弱二線船閘泄水引起的非恒定流，使長波運(yùn)動較快衰減.

自二線船閘試運(yùn)行以來，運(yùn)行水頭已達(dá)10m以上，現(xiàn)場觀察未發(fā)現(xiàn)一線船閘下閘首附近水域有壅水現(xiàn)象，水面平穩(wěn).

3.5 保證大基坑干地施工的技術(shù)

保證大基坑干地施工是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵.由于上閘首、上下游引航道區(qū)域巖溶均較為發(fā)育，而引航道基坑到一線船閘引航道底邊距離僅約30.5m，為防止基坑開挖后出現(xiàn)大的漏水，設(shè)計(jì)采取了開挖前先做防滲帷幕、設(shè)置擋水圍堤、分段降低開挖面高程、分時(shí)段施工降低擋水水頭等綜合措施.

(1)沿預(yù)留堤一線船閘側(cè)岸坡布置防滲帷幕線，從上游至下游防滲帷幕線總長度1.65km，孔距1.5～1.8 m，孔深灌漿至5 Lu(呂榮)線以下，灌漿壓力設(shè)計(jì)值采用0.2～0.6mPa.防滲帷幕要求在基坑開挖前實(shí)施，此時(shí)岸坡內(nèi)外水位差不大，實(shí)施防滲灌漿效果較好.要求防滲帷幕體內(nèi)單位吸水量值不大于5Lu(呂榮).

(2)預(yù)留圍堤擋水兼作施工通道，船閘本體段預(yù)留堤按5年一遇擋水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，擋水水位為39.5m，保證基坑能全年干地施工，堤頂寬8 m，兩側(cè)邊坡1∶2;上下游引航道預(yù)留堤按枯水期5年一遇擋水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，擋水水位為31.2m，使基坑在9月下旬至次年5月上旬8.5個(gè)月的時(shí)間內(nèi)能干地施工.上下游橫向預(yù)留堤及圍堰分期設(shè)置，第一期為預(yù)留堤，在改建排水設(shè)施建成前，利用原有排水涵排水，預(yù)留堤布置在原有排水涵處;第二期為圍堰，布置在上下游導(dǎo)墻范圍，并采取防滲帷幕灌漿措施.

(3)在基坑開挖過程發(fā)現(xiàn)有漏水的部位，及時(shí)診斷分析，采取堵漏、局部加密防滲灌漿等措施.

4 工程實(shí)施效果

桂平二線船閘工程自2008年9月開工，至2011年6月竣工，實(shí)現(xiàn)試通航，施工過程基本順利.從基坑開挖展現(xiàn)的工程地質(zhì)條件看，與地勘報(bào)告結(jié)論基本相符，閘室及下閘首位置巖體完整性較好，設(shè)計(jì)確定的船閘本體段位置合適，避開了強(qiáng)巖溶發(fā)育區(qū).枯水期基坑滲漏量不大，汛期基坑滲漏主要來自下游水位抬高后，水沿一線船閘墻后排水涵通過巖溶通道進(jìn)入基坑，封堵進(jìn)水口后，通過常規(guī)維持抽水實(shí)現(xiàn)基坑干地施工，設(shè)計(jì)采取的防滲漏措施是有效的.從船閘試運(yùn)行情況看，船閘充、泄水時(shí)間在9 min左右，充、泄水過程閘室水面上升平穩(wěn)，消能效果較好，泄水時(shí)一線船閘下閘首附近水面平穩(wěn)，沒發(fā)現(xiàn)壅水現(xiàn)象.從通航能力看，按現(xiàn)狀船型，二線船閘一次過閘船舶數(shù)量是一線船閘的2.5倍左右，原來船舶過閘擁堵的問題得到解決，船舶過閘暢通.

5 結(jié)語

桂平二線船閘的成功建設(shè)，對西江航運(yùn)干線擴(kuò)能建設(shè)將起到積極的促進(jìn)作用.采用的輸水系統(tǒng)方案、混合襯砌式閘墻結(jié)構(gòu)、采用導(dǎo)流墩來改善口門區(qū)水流條件等技術(shù)對西江航運(yùn)干線船閘擴(kuò)建工程建設(shè)有著重要的參考價(jià)值.混合襯砌式閘墻結(jié)構(gòu)及閘底廊道結(jié)構(gòu)受水壓力、揚(yáng)壓力作用影響大，對襯砌墻水壓力折減系數(shù)、廊道底滲壓折減系數(shù)的取值缺少類似工程經(jīng)驗(yàn)參考值，參考《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)揚(yáng)壓力的折減系數(shù)取值，但邊界情況與本工程有一定差別.設(shè)計(jì)中增設(shè)了揚(yáng)壓力觀測內(nèi)容，通過長期觀測獲取揚(yáng)壓力分布數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析總結(jié).

［1］陳愛華.西江航運(yùn)干線桂平航運(yùn)樞紐二線船閘施工圖設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.柳州:廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，2006.(CHEN Ai-hua.Report of engineering geological investigation of the Guiping 2ndlane lock in construction documents design phase［R］.Liuzhou:Guangxi Hydrogeololgy and Engineering Geological Survey Institute，2006.(in Chinesse))

［2］鄧滇.西江航運(yùn)干線桂平航運(yùn)樞紐二線船閘工程施工圖階段跨孔電磁波透視成果報(bào)告［R］.柳州:廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，2006.(DENG Dian.Report of cross hole electromagnetic wave perspective of the Guiping 2ndlane lock in construction documents design phase［R］.Liuzhou:Guangxi Hydrogeololgy and Engineering Geological Survey Institute，2006.(in Chinesse))

［3］吳信.西江航運(yùn)干線桂平二線船閘工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.南寧:廣西交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，2007.(WU Xin.Preliminary design report of the Guiping 2ndlane lock［R］.Nanning:Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，2007.(in Chinesse))

［4］吳信.西江航運(yùn)干線桂平二線船閘工程施工圖設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.南寧:廣西交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，2008.(Wu Xin.Construction documents design report of the Guiping 2ndlane lockp［R］.Nanning:Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，2007.(in Chinesse))

［5］劉俊濤，黎國森.西江航運(yùn)干線桂平航運(yùn)樞紐二線船閘工程整體水工模型試驗(yàn)報(bào)告［R］.天津:交通部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，2006.(LIU Jun-tao，LI Guo-sen.Overall hydraulic model experiment report of the Guiping 2ndlane lock［R］.Tianjin:Tianjin Research Institute of Water Transport Engineering，Ministry of Transport，2006.(in Chinesse))

［6］宣國祥.西江航運(yùn)干線桂平航運(yùn)樞紐二線船閘閘底長廊道輸水系統(tǒng)方案布置、水力特性分析和水力學(xué)模型試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.南京:南京水利科學(xué)研究院，2007.(XUAN Guo-xiang.Filling and emptying system layout，hydraulic characteristics analysis and hydraulic model test report of the Guiping 2ndlane lock［R］.Nanjing:Nanjing Hydraulic Research Institute，2007.(in Chinesse))

［7］吳信.西江航運(yùn)干線桂平二線船閘工程可行性研究報(bào)告［R］.南寧:廣西交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，2006.(WU Xin.Feasibility study report of the Guiping 2ndlane lock［R］.Nanning:Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，2006.(in Chinesse))

［8］黃偉軍.西江航運(yùn)干線貴港至梧州航道工程可行性研究報(bào)告［R］.南寧:廣西交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，2005.(HUANG Wei-jun.Feasibility study report of the waterway project from Guigang to Wuzhou on Xijiang River［R］.Nanning:Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，2005.(in Chinesse))

［9］黃偉軍西江航運(yùn)干線貴港至梧州航道工程(桂平～梧州段)施工圖設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.南寧:廣西交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，2006.(HUANG Wei-jun.Construction documents design report of the waterway project from Guigang to Wuzhou(Guiping to Wuzhou section)on Xijiang River［R］.Nanning:Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，2006.(in Chinesse))

［10］寧武.桂平一線二線船閘聯(lián)合調(diào)度規(guī)程［S］.南寧:廣西西江開發(fā)投資集團(tuán)有限公司，2011.(NING Wu.United operation regulations of Guiping 1stand 2ndlane lock［S］.Nanning:Guangxi Xijiang Development＆ Investment Group Co.，Ltd，2011.(in Chinesse))