李忠臣，王延峰，劉 芳

（上海市政工程設(shè)計研究總院集團第七設(shè)計院有限公司，山東 青島　266001）

河道綜合樞紐工程設(shè)計重點、難點的總結(jié)

李忠臣，王延峰，劉 芳

（上海市政工程設(shè)計研究總院集團第七設(shè)計院有限公司，山東 青島266001）

在河道綜合樞紐工程中涉及到橡膠壩、船閘、交通橋、建筑等多個不同專業(yè)單體，各專業(yè)設(shè)計過程中單體之間的銜接至關(guān)重要。現(xiàn)通過對濰坊濱海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)白浪河船閘橡膠壩工程設(shè)計階段的重點、難點問題進行總結(jié)，為后期類似工程提供相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗。

橡膠壩；船閘；交通橋；建筑；難點；總結(jié)

1　工程概況

白浪河樞紐位于山東省濰坊濱海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)中央商務(wù)區(qū)東側(cè)白浪河河道上，距離白浪河入?？诩s8 km。工程主要包括橡膠壩、船閘、交通橋、“游輪”建筑及其配套工程（見圖1、圖2）。橡膠壩長360 m，共6孔，壩高3.0 m，充水式壩袋，壩袋位于橋梁下部。船閘級別為Ⅶ級，位于河道中央，船閘凈寬為15 m，凈空為4.5 m。交通橋橋?qū)?3 m，橋總長362 m，采用變高度鋼筋混凝土連續(xù)板結(jié)構(gòu)?！坝屋啞苯ㄖ挥诖l上部，采用鋼框架結(jié)構(gòu)，建筑面積約8 950 m2，抗震設(shè)防烈度為7度。

圖1　工程總體平面布置圖

圖2　工程效果圖

2　工程設(shè)計

2.1橡膠壩工程

2.1.1工程等別與建筑物級別

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）及《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）相關(guān)規(guī)定，橡膠壩工程等別為Ⅱ等、規(guī)模為大（2）型，主要水工建筑物級別為2級，次要建筑級別為3級。

2.1.2洪水標(biāo)準(zhǔn)

工程設(shè)計洪水重現(xiàn)期為50 a，設(shè)計洪峰流量為2 513 m3/s。

2.1.3工程布置及主要設(shè)計參數(shù)

橡膠壩工程，上游包括：拋石防沖槽段、上游防護段，上游防滲鋪蓋段、主體橡膠壩段；下游包括：消力池段、下游海漫段、下游拋石防沖槽段及充排水系統(tǒng)等。

上游拋石防沖槽段順?biāo)鞣较蜷L9.3 m，垂直水流方向長175×2=350（m），槽深1.5 m；上游防護段順?biāo)鞣较蜷L16 m，垂直水流方向長181.5× 2=363（m），護底為450 mm灌砌塊石、100 mm碎石墊層、100 mm粗砂墊層、土工布一層，兩側(cè)為弧形段C35鋼筋混凝土懸臂式擋墻；上游防滲鋪蓋段順?biāo)鞣较蜷L17 m，垂直水流方向長180.5× 2=361（m），護底為600 mm C35鋼筋混凝土底板，兩側(cè)直線段為C35鋼筋混凝土懸臂式擋墻；橡膠壩段順?biāo)鞣较蜷L13 m，垂直水流方向?qū)?80× 2=360（m），設(shè)計壩高3.0 m，內(nèi)壓比為1.4，底板為1 000 mm C35鋼筋混凝土底板，下設(shè)C15素混凝土墊層100 mm，橡膠壩共6孔，壩墩利用橋梁實體橋墩及橋臺代替；消力池段順?biāo)鞣较蜷L18 m，垂直水流方向長181.5×2=363（m），池深0.8 m，護底采用600 mm C35鋼筋混凝土底板，兩側(cè)直線段為C35鋼筋混凝土懸臂式擋墻；下游海漫段順?biāo)鞣较蜷L32 m，分為12 m長灌砌塊石硬性海漫段和20 m長干砌塊石柔性海漫段；下游拋石防沖槽順?biāo)鞣较蜷L15.3 m，槽深2.5 m，采用粒徑300～600 mm亂石拋填。

橡膠壩充排水系統(tǒng)位于河道中部船閘箱式擋墻內(nèi)部，利用抽排河水進行橡膠壩的起落。

2.2船閘工程

船閘位于河道中部，級別為Ⅶ級，凈寬為15 m，凈空為4.5 m，船閘在順?biāo)鞣较虿贾冒ǎ荷嫌螌?dǎo)航段37.6 m+上閘首21 m+閘室段30 m+下閘首21 m+下游導(dǎo)航段37.6 m。

船閘兩側(cè)采用C35鋼筋混凝土箱式擋墻結(jié)構(gòu)，底部為1 500 mm C35鋼筋混凝土底板，基礎(chǔ)為C35鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，閘門采用8.5 m×6.0 m單扇人字閘門，啟閉機采用集成式液壓啟閉機，位于箱式擋墻內(nèi)部，船閘上部為四層“游輪”建筑，船閘箱式擋墻及鋼筋混凝土底板作為上部建筑的基礎(chǔ)。行洪時閘首段人字閘門處于關(guān)閉狀態(tài)，禁止通航。閘室段船閘兩側(cè)箱式擋墻兼做橡膠壩充排水泵房、污水提升設(shè)備泵房、消防泵房和噴淋泵房。

2.3交通橋工程

2.3.1功能定位

管理辦公人員與兩岸溝通的需要。

游客到“游輪”建筑游覽觀光的需要。

2.3.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計荷載：城-B級，考慮重型車輛較少，根據(jù)《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》（CJJ11-2011）要求，車道荷載的效應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)；人群荷載：依據(jù)《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》（CJJ11-2011）中10.0.5條執(zhí)行。

設(shè)計使用年限：100 a；

結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級：二級。

2.3.3工程布置及結(jié)構(gòu)形式

交通橋為兩座對稱橋梁，單側(cè)橋梁長181 m，采用跨徑（6×10+6×10+6×10）=180（m）的鋼筋混凝土連續(xù)板橋。橋梁橫斷面布置為0.5 m（人行護欄）+3 m（人行木棧道）+6m（電瓶車行道）+3 m（人行木棧道）+0.5 m（人行護欄），總寬13.0 m。

主梁采用變高度鋼筋混凝土連續(xù)板，跨中梁高0.5 m，支點處梁高1.0 m。

主梁支架現(xiàn)澆。

橋墩采用柱式墩，矩形承臺；在伸縮縫處采用墻式橋墩，矩形承臺，基礎(chǔ)為φ1 000 mm鉆孔灌注樁。

橋臺采用重力式橋臺，基礎(chǔ)采用φ1 000 mm鉆孔灌注樁。

2.4“游輪”建筑及其配套工程

2.4.1“游輪”建筑

建筑物耐久年限分類：三類，50 a；

建筑物耐火等級：二級；

抗震設(shè)防烈度：7度；

結(jié)構(gòu)形式：鋼框架結(jié)構(gòu)；

建筑面積：8 950 m2，4層。

結(jié)合周邊環(huán)境將建筑設(shè)計成綜合性建筑，主要功能分為餐飲、休閑、娛樂、住宿及觀光游覽等。

首層層高4.5 m，主要分為就餐空間及設(shè)備區(qū)間，建筑面積約3 590 m2，為便于集中管理和避免噪聲污染，將設(shè)備區(qū)放于一側(cè)。二層層高為4.5 m，就餐空間以包間形式體現(xiàn)，另一部分作為會議室，建筑面積為2 400 m2。三層層高為4 m，主要分為客房、健身房和咖啡廳，建筑面積為1 650 m2。四層及人字屋面為游覽觀光空間，四層建筑面積為1 100 m2。

2.4.2建筑配套工程

該工程中的建筑配套工程主要有給排水、電氣、自控、暖通、燃氣及結(jié)構(gòu)。

2.4.2.1給排水配套工程

給排水配套工程包括建筑外部給排水總管設(shè)計和建筑內(nèi)部給排水設(shè)計。建筑外部給排水總管均采用de160PE管，給排水總管管道敷設(shè)于河底，連接市政給排水管網(wǎng)，建筑污水統(tǒng)一收集至一體化污水提升設(shè)備，通過增壓泵輸送至市政污水管網(wǎng)。

建筑內(nèi)部給排水包括室內(nèi)生活用水及消防系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)。

2.4.2.2電氣配套工程

根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)，需要二路電源供電。一路電源引自外線10 kV電源，采用電纜進線方式，沿交通橋敷設(shè)至高配間內(nèi)。另一路電源引自發(fā)電機作為備用電源，采用母排進線，引至低壓配電間。

2.4.2.3自控配套工程

中央控制站：自控系統(tǒng)按分散控制、集中顯示的原則設(shè)置。設(shè)1個中央控制站，由可編程序控制器（PLC）及自動化儀表組成的檢測控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對橡膠壩泵站、船閘各過程進行分散控制，再由通訊系統(tǒng)和監(jiān)控計算機組成的中央控制系統(tǒng)，對樞紐實行集中管理和調(diào)度。

視頻監(jiān)控站：視頻監(jiān)控系統(tǒng)對現(xiàn)場設(shè)備進行集中監(jiān)視、控制和管理。

2.4.2.4暖通配套工程

該工程無法接入市政熱源，利用中央空調(diào)進行供冷供熱，采用多聯(lián)機中央空調(diào)，室外機設(shè)置于負(fù)一層船閘箱式擋墻上部平臺。

2.4.2.5燃氣配套工程

設(shè)計壓力：低壓（P＜0.01 MPa）。

設(shè)計范圍：起點為市政中低壓調(diào)壓箱；終點接船閘內(nèi)部燃氣管道。

低壓燃氣管道設(shè)計流量：4.05 Nm3/h。

管道材質(zhì)及防腐：選用加強級3PE防腐無縫鋼管，材質(zhì)為20#鋼。

低壓燃氣管道沿橋為架空敷設(shè)，岸上為直埋敷設(shè)。

2.4.2.6結(jié)構(gòu)配套工程

“游輪”建筑采用鋼框架結(jié)構(gòu)，鋼柱采用焊接矩形鋼管（Q345B），鋼梁采用焊接矩形鋼管（Q345B）及焊接H鋼（Q345B），樓板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，矩形鋼管混凝土柱采用焊接矩形鋼管（Q345B）+C40混凝土。矩形鋼管混凝土柱伸入下部船閘鋼筋混凝土箱式擋墻內(nèi)。

3　工程設(shè)計重點、難點的反思與總結(jié)

3.1橡膠壩底板與橋梁承臺之間不均勻沉降問題處理

結(jié)合以往工程判斷，橡膠壩蓄水之后，壩前雜物較多，加之日常管理維護不及時，極易形成依附于壩袋表面的污垢，嚴(yán)重影響蓄水區(qū)的景觀效果。因此，該工程將橡膠壩設(shè)置于交通橋正下方，交通橋橋墩及橋臺兼做橡膠壩隔墩。該工程橡膠壩共6孔，單孔寬度為60 m，交通橋單跨長度為10 m，在橡膠壩隔墩位置的橋墩及兩側(cè)橋臺采用實體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其他位置的橋墩采用雙柱結(jié)構(gòu)，壩袋在兩橋柱之間穿過，橋梁承臺及橡膠壩底板作為壩袋錨固底板。由于橡膠壩底板與橋梁承臺上部荷載、結(jié)構(gòu)形式及地基處理方式均有所差別，因此其之間設(shè)置沉降縫，縫寬20 mm。橡膠壩充排水管設(shè)置于橡膠壩底板和橋梁承臺內(nèi)部，壩袋錨固板位于橡膠壩底板和橋梁承臺上部，對其不均勻沉降要求較高。橋梁承臺底板厚度為1.5 m。下部為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橡膠壩底板厚度為1.0 m。下部為高壓旋噴樁復(fù)合地基處理，橋梁承臺和橡膠壩底板下部的地基之間存有沉降差，為保證其同步沉降，橡膠壩底板與橋梁承臺之間的沉降縫采用搭接縫處理。由于地基處理方式和承受荷載不同，橡膠板底板沉降量大于交通橋承臺沉降量，因此將橡膠壩底板搭接在橋梁承臺之上，搭接長度為0.2 m，保證同步沉降，在設(shè)計過程中應(yīng)對搭接底板進行抗剪驗算。

3.2橡膠壩充排水泵房的合理布置

關(guān)于橡膠壩充排水泵房的布置，在設(shè)計階段選取了兩個方案進行比較。方案一是充排水泵房設(shè)置在河道兩岸。方案二是將充排水泵房與船閘箱式擋墻相結(jié)合，充分利用箱體空間。方案一為常見的橡膠壩泵房布置方式，主要包括集水井、進水井、泵房，管理房及充排水管道，此方案河道兩側(cè)均需要設(shè)置泵房。方案二是充分利用船閘箱式擋墻的內(nèi)部空間，將充排水管路和設(shè)備布置在箱式擋墻內(nèi)部，船閘有通航需要，底板頂標(biāo)高低于橡膠壩底板頂面標(biāo)高，船閘通航段可作為橡膠壩取水水源，充壩時利用水泵和充排水管路將河水充入橡膠壩內(nèi)，坍壩時可利用自排和強排兩種方式將壩袋水排入河道。方案二相比方案一大大節(jié)省了工程投資，泵房集中布置，也便于后期日常管理和維護。

3.3“游輪”建筑與下部船閘結(jié)構(gòu)之間的連接處理

“游輪”建筑位于船閘上部，采用鋼框架結(jié)構(gòu)，建筑如何與下部船閘結(jié)構(gòu)之間進行連接為設(shè)計重點和難點。船閘兩側(cè)為鋼筋混凝土箱式擋墻，其上部建筑由于受通航凈空影響只能采用柱體結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土箱式擋墻進行連接，船閘各個部位根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置伸縮縫，其上部建筑如在對應(yīng)位置設(shè)置伸縮縫則會影響建筑的功能布局。上部“游輪”建筑為整體鋼框架結(jié)構(gòu)，下部船閘為分縫鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其連接位置尤為重要，如處理不當(dāng)，影響上部建筑整體結(jié)構(gòu)安全。上部“游輪”建筑為整體結(jié)構(gòu)，下部船閘作為上部建筑的基礎(chǔ)，要求其絕對沉降和相對沉降差極小。船閘下部采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，平均絕對沉降量為2.5 mm～3.0 mm，相對沉降差為0.3 mm～0.5 mm，滿足上部建筑對基礎(chǔ)沉降的要求。上部“游輪”建筑可采用整體結(jié)構(gòu)形式。建筑上部采用鋼框架結(jié)構(gòu)型式，并通過勁性混凝土柱與底部船閘混凝土箱式擋墻連接。勁性混凝土柱不僅可以充分發(fā)揮材料的性能，即混凝土的抗壓能力及鋼柱的抗彎能力，同時，在建模計算過程中，原則上勁性混凝土柱的混凝土部分的承壓能力不參與計算，僅作為結(jié)構(gòu)的安全儲備，已充分保證結(jié)構(gòu)的安全性。由于建筑下部處于海水環(huán)境中，鋼柱外混凝土的包裹也可有效地提高建筑的耐腐蝕性。

3.4船閘與交通橋之間的銜接問題

“游輪”建筑側(cè)面外觀為弧形，船閘作為整個“游輪”的下部，造型需要與“游輪”相協(xié)調(diào)，同為弧形結(jié)構(gòu)。經(jīng)過項目組思考和研究，在船閘箱式擋墻外側(cè)弧形面上多作出一規(guī)則鋼筋混凝土擋墻結(jié)構(gòu)，外側(cè)立面為規(guī)則平面，與橋臺外立面能夠平整銜接，且伸出的銜接結(jié)構(gòu)體量相對于整個箱式擋墻結(jié)構(gòu)較小，計算模型中可將其自重荷載進行簡化，轉(zhuǎn)化至整體結(jié)構(gòu)計算中。

3.5跨河管線的布置

該工程“游輪”建筑如何進行各管線的布置為該工程的難點?！坝屋啞苯ㄖ牍芫€一側(cè)的河道布置有交通橋、橡膠壩及其附屬的岸墻、防滲鋪蓋、消力池底板等構(gòu)筑物?！冻鞘袠蛄涸O(shè)計準(zhǔn)則》明確規(guī)定：當(dāng)條件許可時，可在橋上敷設(shè)電訊電纜、熱力管、供水管、電壓不高于10 kV配電電纜、輸送壓力不大于0.4 MPa的燃氣管道，但必須采取安全防護措施。《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：電力電纜與燃氣管道不得布置在同一側(cè)。該工程給排水管線在下游消力池底板下部進行敷設(shè)至岸邊與市政給水、污水管網(wǎng)連接。橋梁上部可布置強、弱電分別設(shè)于橋梁兩側(cè)的欄桿基座內(nèi)，燃氣在弱電側(cè)的橋梁人行道懸挑橋板下部進行懸掛。

3.6地基處理

該工程根據(jù)各段使用功能、結(jié)構(gòu)型式、上部荷載、結(jié)構(gòu)重要等級、地質(zhì)條件等因素進行不同的地基處理。

根據(jù)上述條件劃分為橡膠壩、橋梁承臺、船閘地基三個處理段。橡膠壩地基處理段主要包括橡膠壩底板、上游防滲鋪蓋、下游消力池底板及兩側(cè)上下游翼墻。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，橡膠壩段基礎(chǔ)下部地層依次為：①層粉砂、②層粉質(zhì)粘土、③層粉砂、④層粉質(zhì)粘土、⑤層粉砂、⑥層粉質(zhì)粘土，其中①層為嚴(yán)重液化土層，承載力為90 kPa，③層為輕微液化土層，承載力為150 kPa。由于現(xiàn)狀河道河底受早年挖沙影響，大部分橡膠壩基礎(chǔ)下部均為深溝，需回填至基礎(chǔ)底面標(biāo)高，現(xiàn)狀表層粉砂含水率較高，直接回填土壓實不能滿足沉降要求，且考慮液化影響。該工程采用高壓旋噴樁復(fù)核地基進行處理，處理深度至液化粉砂土層，樁長約20 m，高壓旋噴樁采用梅花型布置，樁間距根據(jù)上部荷載要求采用1.2 m和1.5 m，地基處理后單樁無側(cè)限抗壓強度不小于1.0 MPa，復(fù)核地基承載力特征值不小于150 kPa和110 kPa。

橋梁為車行交通橋，船閘上部為四層“游輪”建筑，對下部地基要求均較高。根據(jù)荷載、沉降及相關(guān)計算確定采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。在樁長設(shè)計計算中，樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)考慮①層和③層粉砂液化影響進行折減，①層折減系數(shù)為0，③層折減系數(shù)為2/3。在設(shè)計過程中，應(yīng)重視對摩擦樁穿透液化土層樁側(cè)摩阻力液化折減系數(shù)的影響。

4　結(jié)語

水利樞紐綜合工程，涉及專業(yè)較多，專業(yè)交叉頻繁，各專業(yè)負(fù)責(zé)人遇到問題應(yīng)及時溝通，經(jīng)各方協(xié)調(diào)綜合提出符合各專業(yè)基本條件下，再進行下一步驟工作。這將會解決工程難點，對提高設(shè)計質(zhì)量和加快進度有很大幫助。

TV86

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1009-7716（2016）06-0168-04

2016-03-07

李忠臣（1981-），男，內(nèi)蒙古人，工程師，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。