姜滿山，　李夫仲

(安徽省交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥　230011)

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南坪船閘工程重要性及創(chuàng)新設(shè)計(jì)

姜滿山，李夫仲

(安徽省交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥230011)

摘要：澮河南坪船閘位于安徽省淮北市濉溪縣南坪鎮(zhèn)，為澮河航道5個(gè)樞紐工程的第二個(gè)梯級(jí)，目前南坪節(jié)制閘以下均建設(shè)有船閘，僅南坪和臨渙節(jié)制閘處未建設(shè)船閘，導(dǎo)致航道僅南坪節(jié)制閘以下航道通航。而目前淮北市境內(nèi)尚無通航河流，南坪船閘的建設(shè)可溝通航道里程30 km，可豐富淮北及周邊地區(qū)交通方式，極大緩解公路運(yùn)輸壓力等。因此，本項(xiàng)目建設(shè)對(duì)澮河航道發(fā)展及淮北市經(jīng)濟(jì)發(fā)展均有重要意義。設(shè)計(jì)中對(duì)以往設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是閘室墻增設(shè)卸荷板以及翼墻采用鋼板樁結(jié)構(gòu)，對(duì)以后的項(xiàng)目設(shè)計(jì)有較好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：澮河；南坪船閘；創(chuàng)新設(shè)計(jì)

澮河南坪船閘位于安徽省淮北市濉溪縣南坪鎮(zhèn)，為澮河航道5個(gè)樞紐工程的第二個(gè)梯級(jí)，目前南坪節(jié)制閘以下均建設(shè)有船閘，僅南坪和臨渙節(jié)制閘處未建設(shè)船閘，導(dǎo)致航道僅南坪節(jié)制閘以下航道通航。而目前淮北市境內(nèi)尚無通航河流，南坪船閘的建設(shè)可溝通航道里程30 km，可豐富淮北及周邊地區(qū)交通方式，極大緩解公路運(yùn)輸壓力等。因此，本項(xiàng)目建設(shè)對(duì)澮河航道發(fā)展及淮北市經(jīng)濟(jì)發(fā)展均有重要意義。

1項(xiàng)目建設(shè)背景及工程地理位置

澮河南坪船閘位于淮北市濉溪縣南坪鎮(zhèn)，南坪節(jié)制閘處，上距臨渙閘30.5 km，下距蘄縣閘18 km。南坪船閘建設(shè)工程是沱澮河航道開發(fā)建設(shè)工程重點(diǎn)工程之一(圖1)。

圖1　南坪船閘在澮河航道中的位置

為了全面恢復(fù)澮河航運(yùn)，豫皖兩省交通運(yùn)輸部門做出了不懈努力，澮河復(fù)航工程1982年列入交通運(yùn)輸部《淮河流域航運(yùn)規(guī)劃報(bào)告》，1987年列入《淮河流域航運(yùn)規(guī)劃要點(diǎn)報(bào)告》，1995年列入《全國(guó)內(nèi)河水運(yùn)主通道總體布局規(guī)劃》。2006年安徽省人民政府批復(fù)的《安徽省內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展規(guī)劃》將澮河定性為區(qū)域性重要航道，規(guī)劃為Ⅳ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，列進(jìn)2010年水運(yùn)重要航道建設(shè)項(xiàng)目表中。根據(jù)豫皖兩省航運(yùn)，港口總體布局規(guī)劃的要求和澮河經(jīng)濟(jì)運(yùn)量發(fā)展的需要，澮河航道開發(fā)工程全線按Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的前期工作正在開展中。2011年底蘄縣船閘建成通航，蘄縣船閘建成后，南坪閘以下航道將通航，而南坪閘下淮北段僅3 km，大部分貨物仍需運(yùn)至南坪閘下下水，目前淮北境內(nèi)基本無其他航道可通航，制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。2013年初南坪至蘄縣段航道維護(hù)性疏浚實(shí)施，2015年底固鎮(zhèn)復(fù)線船閘已建成通航；為發(fā)揮航道及已建船閘的工程經(jīng)濟(jì)效益，也迫切需要建設(shè)南坪船閘。

2建設(shè)必要性

2.1是腹地社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和中部崛起的迫切需要

南坪船閘工程是沱澮河航運(yùn)開發(fā)建設(shè)工程的重要組成部分。沱澮河航運(yùn)開發(fā)建設(shè)工程直接經(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。

沱澮河腹地土地肥沃，物產(chǎn)豐富，乃是國(guó)家商品糧生產(chǎn)基地和重要的能源工業(yè)基地之一。腹地內(nèi)煤炭?jī)?chǔ)量近百億t，是蘇、浙、滬等東部發(fā)達(dá)地區(qū)重要的能源和原材料供應(yīng)基地。直接腹地涉及商丘、永城、淮北、宿州四市，既有我國(guó)重要的煤炭工業(yè)城市，又有華東地區(qū)重要的交通樞紐城市，以及腹地商貿(mào)中心、綜合性加工業(yè)和區(qū)域性中心城市等，各具特色，發(fā)展前景廣闊，潛力巨大。“十一五”及今后一段時(shí)期，腹地內(nèi)經(jīng)濟(jì)將以年均11%～20%的速度增長(zhǎng)。為有效保證腹地社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，尤其是煤炭資源的開發(fā)，變資源優(yōu)勢(shì)為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，加快融入長(zhǎng)三角地區(qū)，促進(jìn)中部地區(qū)崛起，必須實(shí)現(xiàn)貨暢其流，因此迫切需要加快交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

2．2是腹地運(yùn)輸發(fā)展的迫切需要

沱澮河溝通豫、皖兩省，通過淮河、京杭運(yùn)河與長(zhǎng)江航道銜接，航運(yùn)歷史悠久，自古以來就是腹地運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ?，為豫皖兩省?jīng)濟(jì)發(fā)展和沿河人民生活發(fā)揮了巨大作用。隨著腹地工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，特別是煤炭、黃砂資源的開發(fā)利用，貨運(yùn)量將越來越大，預(yù)測(cè)沱澮河航道運(yùn)量2020年為1 45 0萬t，2035年運(yùn)量可達(dá)到3 200萬t左右。南坪船閘預(yù)測(cè)運(yùn)量2020年為590萬t，2035年為1 150萬t。目前，沱河只有四鋪閘下至七嶺通航，下與新汴河聯(lián)線運(yùn)輸，僅為六級(jí)航道，由于水深難以保證，時(shí)常處于斷航狀態(tài)；澮河也僅南坪閘以下通航，六級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，航道通過能力小，不能深入礦區(qū)，難以滿足腹地運(yùn)輸發(fā)展的需求。因此，沱澮河航運(yùn)開發(fā)及建設(shè)南坪船閘以適應(yīng)腹地運(yùn)輸發(fā)展的要求是非常必要的。

2.3是完善腹地綜合運(yùn)輸體系的需要

腹地內(nèi)鐵路、公路運(yùn)輸比較發(fā)達(dá)，水運(yùn)相對(duì)落后。目前我國(guó)快速發(fā)展對(duì)能源及原材料的需求大幅度增加，運(yùn)輸需求矛盾越來越顯現(xiàn)，提高運(yùn)輸能力、加快建設(shè)和改造煤炭外運(yùn)通道和長(zhǎng)江等內(nèi)河航道已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展的迫切要求。近年來，鐵路運(yùn)輸緊張，油價(jià)高漲和公路“治超”已帶來水運(yùn)貨源的理性回歸，水運(yùn)具有的低成本、低能耗、少占地、利環(huán)保等綜合優(yōu)勢(shì)不斷得到體現(xiàn)[1]。

從腹地運(yùn)輸現(xiàn)狀及運(yùn)輸線路分析來看,目前主要依靠鐵路和公路運(yùn)輸。鐵路北有隴海線，西有京九線，南依青阜線；東南靠近青阜線的百善，經(jīng)青阜線向東北接符(離集)夾(河寨)線入京滬線。以上鐵路運(yùn)輸線路受網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸?shù)南拗?，不是存在運(yùn)能不足、運(yùn)輸已趨飽和的問題，就是沒有考慮永城等腹地煤炭的外運(yùn)，或是繞行運(yùn)輸不合理、運(yùn)輸環(huán)節(jié)多。因此，部分煤炭只能經(jīng)公路直運(yùn)或轉(zhuǎn)運(yùn)至徐州下水經(jīng)蘇北運(yùn)河入長(zhǎng)江，運(yùn)輸成本高。以永城到上海為例，經(jīng)沱澮河水運(yùn)比鐵路、公路直運(yùn)或公路運(yùn)至徐州下水分別減少運(yùn)費(fèi)約25.8元/t、269.2元/t、57元/t。沱澮河航線一船直達(dá)蘇、浙、滬水網(wǎng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)便捷，極大地緩解了腹地運(yùn)輸壓力，是對(duì)腹地綜合運(yùn)輸?shù)闹匾a(bǔ)充。因此，沱澮河航運(yùn)開發(fā)建設(shè)對(duì)于完善腹地綜合運(yùn)輸體系具有重要作用。

2.4是振興淮河水運(yùn)和航道網(wǎng)建設(shè)的迫切需要

2011年國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快長(zhǎng)江等內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展的意見》，《意見》提出：加快長(zhǎng)江等內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展有利于構(gòu)建現(xiàn)代綜合運(yùn)輸體系；有利于調(diào)整優(yōu)化沿江沿河地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局；有利于促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展?；春邮窃ネ顑墒∧酥寥珖?guó)水運(yùn)網(wǎng)的重要組成部分，水運(yùn)主通道之一。淮河航運(yùn)多少年來曾為豫皖兩省特別是沿淮淮北及豫東地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。由于淮河水運(yùn)發(fā)展滯后，尤其是蚌埠船閘堵船及沱澮河、沙潁河等主要支流航道至今尚未全線復(fù)航，且航道等級(jí)嚴(yán)重偏低，極大地影響了淮河水運(yùn)的發(fā)展。

沱澮河是淮河重要的支流航道，也是中部地區(qū)及豫皖兩省規(guī)劃的區(qū)域性重要航道。根據(jù)豫皖兩省水運(yùn)交通“十一五”規(guī)劃，兩省將集中力量實(shí)施水運(yùn)主通道和區(qū)域性重要航道的升級(jí)貫通工程，努力實(shí)現(xiàn)內(nèi)河航運(yùn)新的跨越式發(fā)展。南坪船閘工程建設(shè)引導(dǎo)增加下游蘄縣、五河、固鎮(zhèn)等船閘吞吐量，最大化發(fā)揮現(xiàn)有工程及將建工程的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)也為沱澮河上游河南段航道整治、大清溝船閘等港航設(shè)施相繼建設(shè)創(chuàng)造良好條件。因此，南坪船閘工程建設(shè)對(duì)沱澮河航運(yùn)開發(fā)、淮河水運(yùn)發(fā)展及淮河航道網(wǎng)的建設(shè)具有非常重要的作用。

3建設(shè)方案

(1) 建設(shè)規(guī)模[2]:船閘布置在節(jié)制閘左側(cè)88.5 m處， S305公路橋從上導(dǎo)航墻通過。船閘上下閘首順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度均26 m，閘室段200 m，上游主導(dǎo)航墻長(zhǎng)度為60.25 m，下游主導(dǎo)航墻長(zhǎng)度為49.5 m，采用反對(duì)稱布置，閘首口門及閘室凈寬均為23 m。

(2) 輸水系統(tǒng)[3]:根據(jù)本船閘規(guī)模及結(jié)構(gòu)布置型式的特點(diǎn)，采用集中輸水系統(tǒng)。輸水系統(tǒng)及消能工均布置在上閘首和下閘首范圍內(nèi)。輸水廊道分別設(shè)計(jì)閘首兩側(cè)空箱內(nèi)，下閘首為開敞式布置，設(shè)置消力檻。廊道進(jìn)口斷面尺寸為4.2 m×3.5 m(寬×高)，閥門控制段斷面尺寸為3.5 m×3.5 m(寬×高)，出口斷面為2 m×3.1 m×3.5 m(孔×寬×高)。上閘首順?biāo)鏖L(zhǎng)度方向長(zhǎng)26 m，寬42 m，廊道底高程10.5 m；下閘首順?biāo)鏖L(zhǎng)度方向長(zhǎng)26 m，寬42 m，廊道底高程11.37 m。

(3) 水工建筑物設(shè)計(jì)[4]:上下閘首均為鋼筋混凝土整體式結(jié)構(gòu)，人字門型，口門寬23 m，門龕深2.2 m，底板順?biāo)飨蜷L(zhǎng)26 m，寬42 m。上閘首門檻高程為14.5 m，下閘首門檻高程為11.87 m。閘首兩邊墩布置分上下層，下層結(jié)合輸水廊道布置，上層為空箱結(jié)構(gòu)。輸水系統(tǒng)進(jìn)水口為檻上頂面格柵型，廊道進(jìn)口布置在邊墩側(cè)面，斷面為4.2 m×3.5 m(寬×高)，閥門設(shè)在下游側(cè)，閥門處廊道斷面3.5 m×3.5 m(寬×高)，廊道出口為雙孔，單孔3.1 m×3.5 m(寬×高)。

閘室為整體式鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)，閘室凈寬23 m，順?biāo)飨蚍殖?2節(jié)，每節(jié)分縫長(zhǎng)度16.645 m，閘室總長(zhǎng)度200 m。閘室底板頂面高程11.87 m，閘墻內(nèi)底板厚2.5 m，考慮檢修時(shí)期閘室抗浮要求，閘室邊墻設(shè)卸荷板。閘室墻頂高程為24.5 m，上部設(shè)20 cm實(shí)體胸墻和100 cm鋼質(zhì)護(hù)欄，頂高程為25.7 m；閘墻內(nèi)布置浮箱式系船柱，閘墻迎水面鋼護(hù)木。

上、下游主導(dǎo)航墻均為鋼板樁結(jié)構(gòu)，上游長(zhǎng)60.35 m、下游長(zhǎng)48.65 m。考慮跨閘橋梁跨度以及以后橋梁加寬要求，上游輔導(dǎo)航墻布置在左側(cè)，成直線型；下游輔導(dǎo)航墻為弧線型，與隔流堤順接[5]。

4設(shè)計(jì)改進(jìn)及創(chuàng)新

4.1塢式閘墻增設(shè)卸荷板

本工程閘室墻高較高，且土質(zhì)一般，若按常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，閘室底板及閘墻厚度均較厚，混凝土及鋼筋用量均較大。在設(shè)計(jì)過程中首次將碼頭中的卸荷板理念[6-7]引入到閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中(圖2、圖3)，該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

(1) 改善了塢式閘室結(jié)構(gòu)受力狀況，起到了預(yù)應(yīng)力的效果[8]，節(jié)省了混凝土及鋼筋用量。根據(jù)兩個(gè)方案對(duì)比，增加卸荷板與不增加卸荷板兩者對(duì)比，每延米可節(jié)省混凝土15 m3，節(jié)省鋼筋600 kg。

(2) 增加檢修期間抗浮穩(wěn)定性。船閘閘室最關(guān)鍵的問題即為檢修期間抗浮問題，通過增加卸荷板，利用回填土重，可使穩(wěn)定性系數(shù)增加10%左右。

圖2　無卸荷板塢式閘室

圖3　帶卸荷板塢式閘室

4.2翼墻采用鋼板樁

結(jié)合本工程地形特點(diǎn)及橋梁施工對(duì)現(xiàn)有公路的影響，本工程上下游翼墻采用鋼板樁結(jié)構(gòu)[9]，這也是安徽省內(nèi)首次將鋼板樁結(jié)構(gòu)利用到船閘工程中。

(1) 鋼板樁無需大開挖，減少了土方工程。

(2) 鋼板樁可直接采購(gòu)，預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)直接施打，減少了模板拼裝和混凝土澆筑時(shí)間，施工周期短。

(3) 鋼板樁后方為橋梁樁基，減少了土方開挖，也將土方回填過程因土方沉降等原因?qū)蛄簶痘挠绊懡抵磷钚　?/p>

(4) 上游翼墻處位于老河道處，采用鋼板樁施工，減少了施工期降水對(duì)圍堰的影響。

4.3其他改進(jìn)及創(chuàng)新

(1) 靠船建筑物之間采用浮橋，方便了人員上下，解決了人員上岸時(shí)需爬較高的豎向爬梯問題，安全方便。

(2) 本次船閘設(shè)計(jì)中，行程開關(guān)采用光電式和機(jī)械式一體化的行程開關(guān)，有效解決了傳統(tǒng)閘閥門油缸的行程開關(guān)采用純機(jī)械式，采用的是機(jī)械碰觸式，存在不夠靈敏、壽命較短的問題。

(3) 門體鋼材以CCS船用鋼板為主，提高耐腐性[10]。

(4) 所有水下和水位變動(dòng)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)件均采用不銹鋼制品，并進(jìn)行酸洗鈍化處理。

(5) 閘門防撞設(shè)施采用柔性護(hù)木與剛性護(hù)木相結(jié)合的方式，能有效地保護(hù)門體。

(6) 蘑菇頭雙球面高分子耐磨襯套，基材采用特殊的高分子作為耐磨材料；新型蘑菇頭雙球面高分子耐磨襯套結(jié)構(gòu)受力好、磨阻力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低；具有極高的耐腐蝕性；可用水做潤(rùn)滑劑。這樣，平時(shí)可以免維護(hù)，節(jié)省了潤(rùn)滑設(shè)施的投資，降低設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

(7) 頂樞、底樞采用自潤(rùn)滑襯套，利于維護(hù)。

(8) 采用先進(jìn)的外置式磁致伸縮位移傳感器，解決了傳統(tǒng)閘閥門的開度傳感器采用線性拉繩式位移傳感器。精度較差，且零點(diǎn)會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生漂移、需要經(jīng)常維護(hù)或更換的問題。

(9) 以前設(shè)計(jì)的船閘的中央控制室的位置基本上設(shè)置在閘首的一側(cè)的閘首房?jī)?nèi)，瞭望視野較差，甚至完全依賴視頻監(jiān)控，而視頻監(jiān)控難免存在盲區(qū)和死角。本次船閘設(shè)計(jì)中，將中央控制室設(shè)置在跨閘廊道中間位置，有非常好的瞭望視野。

5結(jié)束語(yǔ)

澮河南坪船閘工程是沱澮河航運(yùn)開發(fā)工程重要組成部分，按Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)符合安徽省內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展總目標(biāo)，也符合安徽省內(nèi)河航運(yùn)布局規(guī)劃。工程的建設(shè)對(duì)于促進(jìn)淮河水運(yùn)發(fā)展及淮河航道網(wǎng)的建設(shè)、完善淮北市綜合運(yùn)輸體系、促進(jìn)淮北經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，進(jìn)一步發(fā)揮蘄縣船閘、固鎮(zhèn)復(fù)線船閘等工程經(jīng)濟(jì)效益均具有非常重要的作用。建設(shè)南坪船閘是十分必要的。設(shè)計(jì)中對(duì)以往設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是閘室墻增設(shè)卸荷板以及翼墻采用鋼板樁結(jié)構(gòu)，對(duì)以后的項(xiàng)目設(shè)計(jì)具有較好的借鑒作用。

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收稿日期：2016-02-19；修改日期：2016-02-26

作者簡(jiǎn)介：姜滿山(1957-)，男， 浙江江山人，安徽省交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司高級(jí)工程師．

中圖分類號(hào)：U641

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)01-0049-04