姜滿山，　李夫仲

(安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司，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

姜滿山，李夫仲

(安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司，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個樞紐工程的第二個梯級，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，極大緩解公路運輸壓力等。因此，本項目建設(shè)對澮河航道發(fā)展及淮北市經(jīng)濟發(fā)展均有重要意義。設(shè)計中對以往設(shè)計進行了優(yōu)化設(shè)計，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)，對以后的項目設(shè)計有較好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：澮河；南坪船閘；創(chuàng)新設(shè)計

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個樞紐工程的第二個梯級，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，極大緩解公路運輸壓力等。因此，本項目建設(shè)對澮河航道發(fā)展及淮北市經(jīng)濟發(fā)展均有重要意義。

1項目建設(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，豫皖兩省交通運輸部門做出了不懈努力，澮河復(fù)航工程1982年列入交通運輸部《淮河流域航運規(guī)劃報告》，1987年列入《淮河流域航運規(guī)劃要點報告》，1995年列入《全國內(nèi)河水運主通道總體布局規(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級航道標(biāo)準(zhǔn)，列進2010年水運重要航道建設(shè)項目表中。根據(jù)豫皖兩省航運，港口總體布局規(guī)劃的要求和澮河經(jīng)濟運量發(fā)展的需要，澮河航道開發(fā)工程全線按Ⅳ級標(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)濟的發(fā)展。2013年初南坪至蘄縣段航道維護性疏浚實施，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是腹地社會經(jīng)濟發(fā)展和中部崛起的迫切需要

南坪船閘工程是沱澮河航運開發(fā)建設(shè)工程的重要組成部分。沱澮河航運開發(fā)建設(shè)工程直接經(jīng)濟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)煤炭儲量近百億t，是蘇、浙、滬等東部發(fā)達地區(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?！笆晃濉奔敖窈笠欢螘r期，腹地內(nèi)經(jīng)濟將以年均11%～20%的速度增長。為有效保證腹地社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，尤其是煤炭資源的開發(fā)，變資源優(yōu)勢為經(jīng)濟優(yōu)勢，加快融入長三角地區(qū)，促進中部地區(qū)崛起，必須實現(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、京杭運河與長江航道銜接，航運歷史悠久，自古以來就是腹地運輸?shù)闹饕ǖ?，為豫皖兩省?jīng)濟發(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，貨運量將越來越大，預(yù)測沱澮河航道運量2020年為1 45 0萬t，2035年運量可達到3 200萬t左右。南坪船閘預(yù)測運量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)線運輸，僅為六級航道，由于水深難以保證，時常處于斷航狀態(tài)；澮河也僅南坪閘以下通航，六級航道標(biāo)準(zhǔn)，航道通過能力小，不能深入礦區(qū)，難以滿足腹地運輸發(fā)展的需求。因此，沱澮河航運開發(fā)及建設(shè)南坪船閘以適應(yīng)腹地運輸發(fā)展的要求是非常必要的。

2.3是完善腹地綜合運輸體系的需要

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

從腹地運輸現(xiàn)狀及運輸線路分析來看,目前主要依靠鐵路和公路運輸。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。以上鐵路運輸線路受網(wǎng)絡(luò)運輸?shù)南拗?，不是存在運能不足、運輸已趨飽和的問題，就是沒有考慮永城等腹地煤炭的外運，或是繞行運輸不合理、運輸環(huán)節(jié)多。因此，部分煤炭只能經(jīng)公路直運或轉(zhuǎn)運至徐州下水經(jīng)蘇北運河入長江，運輸成本高。以永城到上海為例，經(jīng)沱澮河水運比鐵路、公路直運或公路運至徐州下水分別減少運費約25.8元/t、269.2元/t、57元/t。沱澮河航線一船直達蘇、浙、滬水網(wǎng)地區(qū)經(jīng)濟便捷，極大地緩解了腹地運輸壓力，是對腹地綜合運輸?shù)闹匾a充。因此，沱澮河航運開發(fā)建設(shè)對于完善腹地綜合運輸體系具有重要作用。

2.4是振興淮河水運和航道網(wǎng)建設(shè)的迫切需要

2011年國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快長江等內(nèi)河水運發(fā)展的意見》，《意見》提出：加快長江等內(nèi)河水運發(fā)展有利于構(gòu)建現(xiàn)代綜合運輸體系；有利于調(diào)整優(yōu)化沿江沿河地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局；有利于促進區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展。淮河是豫皖兩省乃至全國水運網(wǎng)的重要組成部分，水運主通道之一。淮河航運多少年來曾為豫皖兩省特別是沿淮淮北及豫東地區(qū)國民經(jīng)濟發(fā)展作出了重要貢獻。由于淮河水運發(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，且航道等級嚴(yán)重偏低，極大地影響了淮河水運的發(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)豫皖兩省水運交通“十一五”規(guī)劃，兩省將集中力量實施水運主通道和區(qū)域性重要航道的升級貫通工程，努力實現(xiàn)內(nèi)河航運新的跨越式發(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)濟效益。同時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)對沱澮河航運開發(fā)、淮河水運發(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度均26 m，閘室段200 m，上游主導(dǎo)航墻長度為60.25 m，下游主導(dǎo)航墻長度為49.5 m，采用反對稱布置，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，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度方向長26 m，寬42 m，廊道底高程10.5 m；下閘首順?biāo)鏖L度方向長26 m，寬42 m，廊道底高程11.37 m。

(3) 水工建筑物設(shè)計[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L26 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)進水口為檻上頂面格柵型，廊道進口布置在邊墩側(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)分縫長度16.645 m，閘室總長度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實體胸墻和100 cm鋼質(zhì)護欄，頂高程為25.7 m；閘墻內(nèi)布置浮箱式系船柱，閘墻迎水面鋼護木。

上、下游主導(dǎo)航墻均為鋼板樁結(jié)構(gòu)，上游長60.35 m、下游長48.65 m?？紤]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)計改進及創(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，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)計中(圖2、圖3)，該設(shè)計的優(yōu)點主要有以下幾點：

(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)兩個方案對比，增加卸荷板與不增加卸荷板兩者對比，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)合本工程地形特點及橋梁施工對現(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，預(yù)制現(xiàn)場直接施打，減少了模板拼裝和混凝土澆筑時間，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圍堰的影響。

4.3其他改進及創(chuàng)新

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

(2) 本次船閘設(shè)計中，行程開關(guān)采用光電式和機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)采用純機械式，采用的是機械碰觸式，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區(qū)標(biāo)準(zhǔn)件均采用不銹鋼制品，并進行酸洗鈍化處理。

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

(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)簡單、造價低；具有極高的耐腐蝕性；可用水做潤滑劑。這樣，平時可以免維護，節(jié)省了潤滑設(shè)施的投資，降低設(shè)備維護保養(yǎng)費用。

(7) 頂樞、底樞采用自潤滑襯套，利于維護。

(8) 采用先進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，且零點會隨著時間的推移而發(fā)生漂移、需要經(jīng)常維護或更換的問題。

(9) 以前設(shè)計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)的閘首房內(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

澮河南坪船閘工程是沱澮河航運開發(fā)工程重要組成部分，按Ⅳ級標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)符合安徽省內(nèi)河航運發(fā)展總目標(biāo)，也符合安徽省內(nèi)河航運布局規(guī)劃。工程的建設(shè)對于促進淮河水運發(fā)展及淮河航道網(wǎng)的建設(shè)、完善淮北市綜合運輸體系、促進淮北經(jīng)濟的發(fā)展，進一步發(fā)揮蘄縣船閘、固鎮(zhèn)復(fù)線船閘等工程經(jīng)濟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)計中對以往設(shè)計進行了優(yōu)化設(shè)計，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)，對以后的項目設(shè)計具有較好的借鑒作用。

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[10]GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

收稿日期：2016-02-19；修改日期：2016-02-26

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

中圖分類號：U641

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-5781(2016)01-0049-04