王 斌

（新疆疆南水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,新疆 喀什 844000）

1 工程概況

某河閘規(guī)模為中型,是一座集防洪、排澇、擋潮、蓄水灌溉等為一體的綜合型水閘,河閘共14 孔凈寬88 m,中孔為單寬6 m,邊孔單寬為8m,閘底采用混凝土反拱式,閘身長(zhǎng)14 m,閘頂高程5.0 m,底板高程-2.5 m,閘墩采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。河閘建設(shè)較早,由于當(dāng)時(shí)受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素的影響和限制,原河閘在設(shè)計(jì)、施工不滿足規(guī)范要求,河閘帶病運(yùn)行,近幾年運(yùn)行發(fā)現(xiàn)河閘工程存在問題進(jìn)一步加劇,特別是閘室底板縱向通縫進(jìn)一步增多,結(jié)構(gòu)存在重大安全隱患,閘門、啟閉機(jī)長(zhǎng)期頻繁高負(fù)荷運(yùn)行、部分電氣設(shè)備老化,給運(yùn)行管理帶來很大的不便。本次安全鑒定后,需對(duì)老閘進(jìn)行拆除,在原址下移約960 m位置新擴(kuò)建節(jié)制閘1座,以滿足工程現(xiàn)狀需求。

2 布置方案比選

根據(jù)現(xiàn)狀河閘情況,從加固改造徹底性、工程布置合理性、實(shí)施難易程度、征地移民、投資估算、運(yùn)行管理幾個(gè)方面綜合分析后,在原址位置下移約960 m位置新建河閘的設(shè)計(jì)方案,本章節(jié)從閘室孔數(shù)、閘室結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行方案比選。

2.1 閘室孔數(shù)比選

河閘孔總凈寬130m,結(jié)合沿海擋潮閘的工程實(shí)踐,擬對(duì)其閘孔布置采用兩個(gè)方案進(jìn)行比選［1］,比選如下：

（1）方案一：閘孔13孔（13 m×10 m）方案

該方案根據(jù)運(yùn)行管理以及原現(xiàn)狀樞紐其他建筑物協(xié)調(diào)一致角度出發(fā),擬定閘孔單孔凈寬10 m方案,采用2+3+3+3+2布孔方案,共13 孔,總凈寬130 m,順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度18m,閘底板面高程為-3.50 m,底高程為-5.1 m,閘頂高程6.5 m。因擋潮水位較高,為降低閘門高度,孔內(nèi)設(shè)胸墻,胸墻底高程3.50 m,中墩厚1.5 m,縫墩厚1.2 m,閘室總寬度為152.2 m。方案一閘室結(jié)構(gòu)圖見圖1。

優(yōu)點(diǎn)為：①閘門及啟閉機(jī)均為常規(guī)設(shè)備,管理運(yùn)行要求相對(duì)較低；②孔數(shù)較多運(yùn)行可靠性較高；③土建結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,投資省。缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)比較單一。

（2）方案二：閘孔8 孔（8 m×16 m）方案

從旅游風(fēng)景區(qū)角度出發(fā),擬定閘孔單孔凈寬16 m方案,閘孔采用2+2+2+2布孔方案,共8 孔,總凈寬128 m,順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度18 m,閘底板面高程為-3.50 m,底高程為-7.00 m,閘頂高程6.5 m。因擋潮水位較高,為降低閘門高度,孔內(nèi)設(shè)胸墻,胸墻底高程3.50 m,中墩厚1.8 m,中縫墩厚1.4 m,閘室總寬度為147.6 m,方案二閘室結(jié)構(gòu)見圖2。

優(yōu)點(diǎn)為：①閘孔孔數(shù)少,便于管理控制,可減少管理工程量；②單孔凈寬較大,整體外觀相對(duì)較好。缺點(diǎn)為：①單孔跨度較大,底板閘墩較厚,加大了砼溫控難度；②孔數(shù)少,運(yùn)行調(diào)度靈活性較方案一差；③工程投資較方案一略大。

兩種閘室孔數(shù)比選見表 1。

表1 閘室孔數(shù)方案比選表

經(jīng)比較分析,方案二門型尺寸較大,制作、安裝和運(yùn)輸要求高,金屬結(jié)構(gòu)費(fèi)用相比方案一增加明顯,工程運(yùn)行管理可靠性較低,同時(shí)靈活性較方案一差；初步投資估算,工程直接費(fèi)用方案二大于方案一,故推薦采用方案一方案。

2.2 閘室結(jié)構(gòu)比選

根據(jù)采用的控制閘門型式,擬定了兩種閘室結(jié)構(gòu)布置方案,比選如下：

（1）方案一：采用平面定輪直升鋼閘門

閘室采用胸墻式結(jié)構(gòu),底板共分為五塊,其中兩塊二孔一聯(lián),三塊三孔一聯(lián),閘門采用平面定輪直升鋼閘門結(jié)構(gòu),配備QP-2×400 kN 卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉。根據(jù)2.1可知,閘室底板順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度18.0 m,垂直水流向?qū)挾?52.28 m。閘門偏下游側(cè)布置,上設(shè)啟閉機(jī)房,啟閉機(jī)房?jī)魧?.50 m,為整澆式梁板結(jié)構(gòu),緊靠下游側(cè)設(shè)工作便橋,總寬2.0 m,閘門上游設(shè)置檢修門槽,起吊方式為汽車吊,緊貼上游側(cè)布置交通橋,交通橋荷載等級(jí)為公路-Ⅱ級(jí),為鋼筋砼整澆結(jié)構(gòu),總寬 7.0 m,閘身剖面見圖 1。

方案一優(yōu)點(diǎn)為：①閘門可在工廠制作好,現(xiàn)場(chǎng)吊裝即可,安裝工期短,難度??；②閘門可吊出閘室檢修,維護(hù)相對(duì)方便；③工程投資省。缺點(diǎn)為排架高度相對(duì)略高。

（2）方案二：采用弧形鋼閘門

閘室采用胸墻式結(jié)構(gòu),底板共分為五塊,其中兩塊二孔一聯(lián),三塊三孔一聯(lián),閘門采用弧形鋼閘門結(jié)構(gòu),配備QH-2×250kN 弧門卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉,閘室底板順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度24.5 m,垂直水流向?qū)挾?52.28 m。其它布置形式同方案一,閘身剖面見圖 3。

方案二優(yōu)點(diǎn)為：①弧形鋼閘門受力條件好；②排架高程較平面鋼門降低 1.50 m；③弧門因沒有門槽,過閘水流流態(tài)較好。缺點(diǎn)為：①弧形閘門需在閘室內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)拼裝, 閘門安裝工期相對(duì)較長(zhǎng),技術(shù)要求高,難度較大；②閘室底板長(zhǎng)度比方案一增加 5.4 m,工程投資增加。

兩方案在技術(shù)上均可行,各有優(yōu)缺點(diǎn),考慮到工程管理方便,工程投資等方面,推薦采用方案一,即采用平面定輪直升鋼閘門方案。

3 建筑物設(shè)計(jì)

3.1 節(jié)制閘工程設(shè)計(jì)

閘室設(shè)計(jì)：河閘總凈寬130 m,閘室采用胸墻式整體結(jié)構(gòu),底板分為五聯(lián),順?biāo)鏖L(zhǎng)度18.0 m,垂直水流寬度三孔一聯(lián)為35.1/34.8 m,兩孔一聯(lián)為23.6 m,閘室總寬152.2 m。閘室布置參見第2章節(jié)閘室方案比選內(nèi)容,不再贅述。

閘室上游設(shè)計(jì)：上游依次設(shè)16 m長(zhǎng)砼鋪蓋,45 m長(zhǎng)C30砼護(hù)底,在距末端護(hù)底3 m 處設(shè)整流坎一道,總長(zhǎng)164 m,共分5 塊,坎頂、坎底寬度分別為為0.75 m、1.60 m,底板厚0.5 m,寬2.1 m,埋置深度為0.3 cm,同時(shí)正對(duì)每孔閘室中心線 5 m范圍開孔,開孔尺寸為5 m×1.0 m。

閘室下游設(shè)計(jì)：下游依次設(shè)25 m長(zhǎng)消力池,后接15 m長(zhǎng)護(hù)坦、45 m長(zhǎng)C30 砼護(hù)底,15 m長(zhǎng)拋石防沖槽,護(hù)坡護(hù)至防沖槽外30 m處,護(hù)底末端設(shè)φ60@65 防沖灌注樁,樁長(zhǎng)10 m,樁后采用6 m長(zhǎng)φ40高壓旋噴樁防滲、堵漏［2］。

根據(jù)模型試驗(yàn)成果,擬將武障河與老河槽交匯處導(dǎo)水堤向西移40 m,導(dǎo)水堤與武障河河道中心線夾角為9°,堤頂高程為斜降式,高程為3.70 m~2.50 m,末端導(dǎo)堤直徑為3 m?？紤]水流沖刷,對(duì)該段導(dǎo)水堤及臨近上游兩側(cè)100 m范圍漸變段河坡進(jìn)行砼護(hù)砌,導(dǎo)水堤護(hù)砌平面見圖4。

3.2 橋梁工程

本方案擬新建橋梁兩座,根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB 01-2014）,擬建橋梁設(shè)計(jì)安全等級(jí)均為二級(jí),采用的汽車荷載等級(jí)為公路-Ⅱ 級(jí)。根據(jù)整治后河道斷面,盡量減少橋前的壅水高度,并結(jié)合橋臺(tái)處接線道路邊坡穩(wěn)定來確定各跨河橋梁總跨徑（總跨徑不含橋臺(tái)長(zhǎng)度）,跨河橋梁設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 跨河橋梁設(shè)計(jì)參數(shù)表

（1）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1號(hào)橋主跨及邊跨均采用30 m跨的后張法預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁,梁長(zhǎng)每跨30 m,梁高1.6 m,中梁頂板寬2.4 m,邊梁頂板寬2.55 m。預(yù)應(yīng)力鋼筋采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線,公稱直徑φs為15.2 mm,公稱面積為140.0 mm2,抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk為1860 MPa,彈性模量Ep為1.95×105MPa,松弛率ρ為0.035,松弛系數(shù) 為0.3,預(yù)制箱梁和橋面現(xiàn)澆層采用 C50,30 m跨橋結(jié)構(gòu)布置見圖5。

2 號(hào)橋主跨采用20 m跨先張法預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu),預(yù)制梁長(zhǎng)1996 cm,板高90 cm,中板寬99 cm,邊板寬99.5 cm,內(nèi)挖方孔,預(yù)制板中距100 cm；邊跨采用 16 m先張法預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu),預(yù)制板梁長(zhǎng)1596 cm,板高80 cm,中板寬99.0 cm,邊板寬99.5 cm,內(nèi)挖方孔,預(yù)制板中距100.0 cm。

預(yù)應(yīng)力鋼筋采用低松弛高強(qiáng)度鋼絞線,公稱直徑φs為15.2 mm,公稱面積為140.0 mm2,抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk為1860 MPa,彈性模量Ep為1.95×105MPa,松弛率ρ為0.035,松弛系數(shù) 為0.3,預(yù)制箱梁和橋面現(xiàn)澆層采用C50。20m跨橋結(jié)構(gòu)布置見圖1。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)布置圖

2）下部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

①主跨橋墩

1號(hào)橋橋墩采用單排柱式橋墩, 灌注樁基礎(chǔ),灌注樁直徑180 cm,樁之間設(shè)145 cm×120 cmC30 鋼筋混凝土矩形系梁,蓋梁和臺(tái)帽作為直接承受上部結(jié)構(gòu)恒活荷載的載體結(jié)構(gòu),蓋梁高度1.70 m,蓋梁寬度為2 m,橋臺(tái)采用C30 鋼筋混凝土埋置式橋臺(tái), 橋臺(tái)寬度取1.90 m。

2號(hào)橋橋墩采用單排柱式橋墩,直徑150 cm灌注樁基礎(chǔ),樁之間設(shè)100 cm×120 cmC30 鋼筋混凝土矩形系梁,蓋梁和臺(tái)帽作為直接承受上部結(jié)構(gòu)恒活荷載的載體結(jié)構(gòu),蓋梁高度為1.30 m,蓋梁寬度為2 m,橋臺(tái)寬度取1.9 m。

②灌注樁樁長(zhǎng)計(jì)算

按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中鉆（挖）孔灌注樁的容許承載力計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)算,計(jì)算參數(shù)根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告取值,橋梁的樁基計(jì)算后結(jié)果見表3。

表3 橋梁灌注樁基礎(chǔ)樁長(zhǎng)計(jì)算成果表

3.3 上下游引河拓浚及堤防填筑工程

（1）上下游引河拓浚工程

根據(jù)工程規(guī)模計(jì)算成果資料,河道上游河底寬僅需疏浚至80 m,河底高程為-3.00 m~- 3.50 m,下游引河河底寬需拓浚至130 m,河底高程為-3.50 m,在閘下游河坡高程1.60 m處設(shè)直立擋墻,擋墻高度為4.50 m~4.70 m,擋墻以下河道坡比為1∶4,北側(cè)老河槽寬32 m,槽底高程為-3.00 m~-3.50 m,河槽邊坡為1∶4,下游引河典型設(shè)計(jì)斷面圖見圖2。

圖2 河道下游引河典型斷面圖

河道上游引河疏浚長(zhǎng)度為1360 m,下游引河拓浚長(zhǎng)度為450 m,老河槽拓浚長(zhǎng)度為 930 m,閘下河坡?lián)鯄Φ装逑聰M采用樁長(zhǎng)6 m,φ60@130 攪拌樁進(jìn)行地基處理。

（2）堤防填筑工程

左堤堤頂高程5.70 m,右堤堤頂高程5.50 m,堤頂寬度6 m,迎水側(cè)坡比1∶2,背水側(cè)坡比1∶2。

4 結(jié)語

該河閘工程擴(kuò)建后,將整體提高河閘的排澇標(biāo)準(zhǔn)以及區(qū)域的防洪標(biāo)準(zhǔn),消除了工程安全隱患,保護(hù)了該區(qū)域人民的生命財(cái)產(chǎn)安全,工程于2020 年12 月竣工,現(xiàn)狀河閘運(yùn)行良好,建議河道管理所在后期運(yùn)行中加強(qiáng)河閘管理維護(hù),定期對(duì)閘門等設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。