丁瑞 郝人藝 許委

在20 世紀(jì)中葉，我國(guó)掀起了全國(guó)性的興修水利熱潮，水閘一直以來(lái)承擔(dān)著防洪、排水等一系列的重要任務(wù)，為地區(qū)工農(nóng)業(yè)發(fā)展和保障民生提供了極大幫助，但是受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)與施工水平的影響，很多水閘都存在一些質(zhì)量缺陷，再加上幾十年的運(yùn)行，水閘老化或受損等問(wèn)題日益突顯，如果不采取科學(xué)性除險(xiǎn)加固措施，對(duì)以上情況進(jìn)行有效改善，便極易引發(fā)各種不良后果?；诖耍疚囊詣⒗蠞拘麻l項(xiàng)目為例，通過(guò)對(duì)水閘除險(xiǎn)加固方案進(jìn)行比選，明確各方案的優(yōu)劣勢(shì)，從而選出性?xún)r(jià)比最高的加固方案，確保水閘工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行，將其效用最大化發(fā)揮出來(lái)，造福于民。

水利水電工程是一項(xiàng)影響巨大的民生工程，水閘在水利工程中對(duì)防洪抗?jié)称鹬P(guān)鍵性作用，但是隨著使用的年限不斷增加，其伴隨的隱患也會(huì)逐漸增多，如未及時(shí)處理，可導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。因此需要對(duì)水閘實(shí)施科學(xué)的評(píng)估以及合理的除險(xiǎn)加固，通過(guò)對(duì)比選出最具經(jīng)濟(jì)性、安全性的加固方案，及時(shí)排除水閘隱患，確保水閘效益的充分發(fā)揮。本文將針對(duì)劉老澗新閘除險(xiǎn)加固方案比選展開(kāi)分析，僅供參考。

一、水利水電工程中水閘工程的建設(shè)意義

結(jié)合我國(guó)國(guó)情特征分析可發(fā)現(xiàn)，我國(guó)地域廣博，資源豐富，其中水資源較多，但是我國(guó)的水資源分配存在不合理現(xiàn)象，在一定程度上也會(huì)制約社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步。為改善水資源分配不合理的現(xiàn)象，我國(guó)在實(shí)際的發(fā)展中建設(shè)了大量的水利工程，對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著非常積極的作用，其中水閘是保障水利水電工程建設(shè)效益的重要組成部分，整體的施工質(zhì)量對(duì)工程效益與效用發(fā)揮有著直接的聯(lián)系。具體的施工意義如下：

1.有助于防洪減災(zāi)

水閘作為水利水電工程中的重要部分，對(duì)防洪減災(zāi)有著重大作用，在水資源匱乏時(shí)能夠開(kāi)閘放水，減少旱災(zāi)的產(chǎn)生，同時(shí)在出現(xiàn)降水量過(guò)度時(shí)則可以調(diào)節(jié)水量，避免出現(xiàn)洪澇災(zāi)害等。具體來(lái)說(shuō)，我國(guó)屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，其中長(zhǎng)江流域在汛期時(shí)會(huì)受到洪水和澇災(zāi)的影響出現(xiàn)較多的問(wèn)題，這一流域群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全受到了極大的威脅。近些年，在水利水電工程持續(xù)建設(shè)完善的背景下，水閘在汛期時(shí)及時(shí)調(diào)整調(diào)度，起到防洪和減災(zāi)的作用。水閘可以攔截和儲(chǔ)存洪水，同時(shí)還能夠滿(mǎn)足泄洪和削弱洪峰的管理目標(biāo)。在實(shí)際的運(yùn)行管理中，利用水閘的開(kāi)閉來(lái)實(shí)現(xiàn)洪水的調(diào)節(jié)和流向的改變，由此來(lái)降低對(duì)周?chē)鷧^(qū)域產(chǎn)生的各種影響，對(duì)保障周?chē)h(huán)境的安全和社會(huì)群眾的生命安全有著顯著的意義。

2.能夠調(diào)整水位

在上述觀點(diǎn)的分析中明確指出，我國(guó)的水資源是非常豐富的，但是資源的分布卻極不平衡，南北方的水量差異巨大，因此我國(guó)的人均水資源在世界上也處于落后地位。為解決和優(yōu)化這一問(wèn)題產(chǎn)生的消極影響，我國(guó)在社會(huì)發(fā)展中積極建設(shè)了大量的水利水電工程，利用這一工程能夠?qū)崿F(xiàn)水資源的合理分配。同時(shí)在這一工程的建設(shè)下，還能夠?qū)崿F(xiàn)水資源的合理調(diào)度，可以提高水位增加水勢(shì)能，利用水力資源實(shí)現(xiàn)發(fā)電和水資源的再分配?？偟膩?lái)說(shuō)，水利水電工程的建設(shè)對(duì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生的積極作用顯著且長(zhǎng)遠(yuǎn)，能夠很好地滿(mǎn)足社會(huì)持續(xù)發(fā)展需要。水閘的廣泛應(yīng)用，能夠強(qiáng)化工程的建設(shè)效益和使用效益，有助于推進(jìn)清潔型能源的影響力和使用率。

3.便于河流管理

我國(guó)的河流湖泊眾多，若是不優(yōu)化利用則會(huì)導(dǎo)致水資源浪費(fèi)的同時(shí)產(chǎn)生各種危害，對(duì)社會(huì)發(fā)展也會(huì)產(chǎn)生不利的影響，為充分利用水資源，我國(guó)非常重視水利水電工程建設(shè)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及民生發(fā)展提供了巨大幫助。水閘可以利用自身閘門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉來(lái)調(diào)蓄水位，尤其是針對(duì)部分有航行要求的河流，水閘在其中起到的重要性更顯著，此能夠確保整個(gè)河道內(nèi)船舶交通調(diào)度管理的有效性，為航運(yùn)和水資源的充分利用起到了關(guān)鍵性作用。

從上述不難看出，水閘對(duì)地區(qū)發(fā)展及防洪有重大意義，但為了確保水閘作用的充分發(fā)揮，還應(yīng)結(jié)合水閘項(xiàng)目實(shí)際，采取可行的除險(xiǎn)加固方案，為水閘工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。本文將以劉老澗新閘為例，針對(duì)劉老澗新閘除險(xiǎn)加固方案比選展開(kāi)分析，詳情如下：

二、工程概況

自1976 年劉老澗新閘建設(shè)后發(fā)揮了巨大作用，劉老澗新閘屬于劉老澗樞紐排泄宿遷閘下游、黃墩湖以及沂河洪澇的控制性建筑物，位于京杭運(yùn)河中運(yùn)河段。對(duì)于運(yùn)河中每秒800 立方米到1000 立方米的排洪任務(wù)由劉老澗二站節(jié)制閘和劉老澗新閘共同分擔(dān)，并且還兼具著洋北地區(qū)的排澇職責(zé)。劉老澗新閘關(guān)閘蓄水能夠?qū)ζ渌诜秶鷥?nèi)的工業(yè)與農(nóng)業(yè)需求充分滿(mǎn)足，同時(shí)還能在豐水期間達(dá)到抽水站發(fā)電目的。劉老澗新閘于2015 年工程項(xiàng)目安全被鑒定為三類(lèi)，為了確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行，亟需對(duì)其實(shí)施進(jìn)一步加固改造，通過(guò)分析比選得到可行的除險(xiǎn)加固方案，切實(shí)提升新老澗新閘運(yùn)行安全性。

圖1 劉老澗新閘外觀效果圖

三、方案分析

1.除險(xiǎn)加固—擴(kuò)孔

有兩個(gè)企業(yè)位置緊貼著劉老澗新閘北側(cè)，如果將擴(kuò)孔處設(shè)計(jì)在劉老澗新閘北側(cè)，那么需要向北側(cè)加大50米，這樣才能滿(mǎn)足施工布置要求及基坑開(kāi)挖作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并將這兩個(gè)企業(yè)遷出此地。由于這兩個(gè)企業(yè)的拆遷工程需投入較大的人力、物力，所以可將擴(kuò)孔位置設(shè)計(jì)在劉老澗新閘南側(cè)。閘墎除門(mén)槽段結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，其他都是內(nèi)部填充塊石的預(yù)制混凝土，其墎殼厚度為20 厘米，鑿開(kāi)表層后，里面填充的塊石混凝土可見(jiàn)，需要重新建設(shè)閘墩。所以，在閘墩外側(cè)加固改造建設(shè)期間，將鋼筋混凝土圍包于閘墩外側(cè)，厚度控制在20厘米，每孔凈寬為4.6 米，閘孔凈寬度依據(jù)每秒500 立方米的流量計(jì)算應(yīng)為34.9 米，一共有8 個(gè)孔，其中向南側(cè)擴(kuò)3 孔，凈寬總長(zhǎng)度為36.8 米。具體加固方案共涉及十方面：第一，向南側(cè)增加3 孔，閘墩厚度為1.2 米，凈寬度為4.6 米，總體寬度加到18.6 米，并且將南側(cè)上下游翼墻拆除；第二，鋼筋混凝土作為預(yù)制塊混凝土閘墩外包材料，厚度控制在20 厘米；第三，鑿除反拱底板面層，同時(shí)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，面層鑿除厚度為20 厘米，隨后在上面澆筑混凝土；第四，根據(jù)抗震加固規(guī)定，需要將閘上交通橋、便橋進(jìn)行拆除；第五，抗震不符合規(guī)定，且排架配筋難以達(dá)標(biāo)時(shí)，拆建排架、啟閉機(jī)房以及工作橋；第六，將備用發(fā)電機(jī)組與相關(guān)涉及的設(shè)備進(jìn)行及時(shí)更換，并結(jié)合時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，構(gòu)建符合項(xiàng)目實(shí)際的自動(dòng)化控制系統(tǒng)；第七，更換閘門(mén)、啟閉機(jī)8 臺(tái)套；第八，選擇減載加固方式，解決地震期翼墻系數(shù)過(guò)大且不均勻的問(wèn)題；第九，新建備用發(fā)電機(jī)房，完善上下游水文觀測(cè)設(shè)施；第十，上下游翼墻、護(hù)坡、護(hù)底整修。結(jié)合施工設(shè)計(jì)與基坑開(kāi)挖需求，工程應(yīng)整體向南擴(kuò)55 米。為了確保劉老澗北側(cè)與老閘周邊的兩家企業(yè)建筑物安全，應(yīng)套打總共240 米的防滲攪拌樁進(jìn)行防滲處理，此處采用的攪拌樁長(zhǎng)度為15 米，北側(cè)與老閘分別打120 米。擴(kuò)孔加固改造對(duì)于混凝土反拱底板閘墩處存在的底層受力難題未能予以解決，只能加固反拱底板面層，不利于實(shí)施封閉式項(xiàng)目管理。除此之外，在此方案中，北側(cè)翼墻并未被拆除，雖然保留了下來(lái)，但其為漿砌石結(jié)構(gòu)，是一種不利于抗震的磚石結(jié)構(gòu)。

2.除險(xiǎn)加固—拆除重建

結(jié)合劉老澗新閘上下游及周邊建筑布置情況，可采取移址重建與原址拆建兩種改造加固方案。可在二站交通橋下游或者原閘和二站交通橋間進(jìn)行移址重建的位置設(shè)計(jì)。最佳位置可通過(guò)比選方案來(lái)進(jìn)一步確認(rèn)。

（1）方案一：結(jié)合劉老澗新閘門(mén)每秒500 立方米的設(shè)計(jì)流量確定拆遷地址與施工計(jì)劃。在遷拆閘門(mén)孔時(shí)需要選擇3 孔，各孔凈寬均為10 米，閘頂與底板高程分別為11.5 米和22 米。上下游連接段選取的是圓弧翼墻連接河坡；10 度擴(kuò)散角直線段連接圓弧翼墻，隨后再連接河坡。在此期間的連接段翼墻為鋼筋混凝土懸臂擋土墻。上游翼墻頂部需要安裝擋浪板，高度為1 米，整個(gè)頂部高程為21 米。下游翼墻頂部也同樣需要安裝擋浪板，高度為1 米，整個(gè)頂部高程為20 米。相鄰建筑物在施工的順利開(kāi)展下為了確保其安全，可在支護(hù)期間選擇φ60 直徑攪拌樁，此樁的長(zhǎng)度為120 米。另外，還需要從北部廠區(qū)拆除一部分，面積為1730 立方米。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)的控制，需要在上游設(shè)置混凝土散水、C20 混凝土護(hù)底，長(zhǎng)度分別為16 米和50 米，并選用C20 混凝土對(duì)兩側(cè)包頭予以保護(hù)。除此之外，下游也需要設(shè)置2 米深、27 米長(zhǎng)的消力池，58 米的C20 混凝土護(hù)底，12 米混凝土散水以及8 米拋石防沖槽，同時(shí)于槽外設(shè)置12 米的護(hù)坡。在此期間，上下游河流底部要控制50 米寬度。方案一優(yōu)點(diǎn)：①可以省去一座交通橋，鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路交通橋可選用閘上交通橋；②降排水費(fèi)用有明顯節(jié)省，且上下游圍堰間并無(wú)太遠(yuǎn)距離③閘上兩側(cè)不用對(duì)堤防高程進(jìn)行提高，此處堤防已達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。方案一缺點(diǎn)：①原閘址南北側(cè)分別為老閘橋和一企業(yè)，為了降低對(duì)建筑物帶來(lái)的影響，需要采用臨時(shí)支護(hù)，并選擇適合的防滲處理措施；②在閘上設(shè)計(jì)的外部交通橋，由于車(chē)流量較大，所以管理難度較大，明顯增加了維修困難，無(wú)法做到封閉式管理；③需要確保支護(hù)樁施工完成后，再展開(kāi)拆老閘建新閘工程，施工期間有較大風(fēng)險(xiǎn)，且周期過(guò)于緊張；④原址拆建與鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路緊鄰，從而無(wú)法有序進(jìn)行施工工場(chǎng)的布置。

（2）方案二：移址重建方案1。方案二布置在原大門(mén)與第二站交通橋之間。根據(jù)劉老澗新閘門(mén)建設(shè)需求，可選擇在原閘門(mén)下游108 米的位置進(jìn)行新閘門(mén)的建設(shè)。結(jié)合劉老澗新閘設(shè)計(jì)的每秒500 立方米流量，在遷拆閘門(mén)孔時(shí)需要選擇3 孔，各孔凈寬均為10 米，閘頂與底板高程分別為11.5 米和22 米。上下游連接段選取的是圓弧翼墻連接河坡；10 度擴(kuò)散角直線段連接圓弧翼墻，隨后再連接河坡，在此期間的連接段翼墻為鋼筋混凝土懸臂擋土墻。上游翼墻頂部需要安裝擋浪板，高度為1 米，整個(gè)頂部高程為21 米。為滿(mǎn)足施工要求，保證相鄰建筑物的安全，擬采用φ60 直徑攪拌樁進(jìn)行支護(hù)和防滲，長(zhǎng)度約120 米。北部廠區(qū)需要拆除約3000 平方米。控制閘門(mén)上游依次安裝混凝土散水16 米，C20 混凝土護(hù)底50 米；下游設(shè)27 米消力池，深度2.0 米，后設(shè)12 米混凝土散水，58 米C20 混凝土護(hù)底，8 米拋石防沖槽，并在防沖槽外設(shè)護(hù)坡至12.0 米。上下游河道底寬50 米，北側(cè)廠房外新建防洪墻，長(zhǎng)約一百米。方案二優(yōu)點(diǎn)：①外部交通在閘橋分離下明顯降低了對(duì)節(jié)制閘帶來(lái)的影響，并且可以落實(shí)封閉式管理；②能縮短施工周期，同時(shí)開(kāi)展拆老閘建新閘項(xiàng)目。方案二缺點(diǎn)：①老閘位置需要將寬長(zhǎng)為8 米與60 米的交通橋進(jìn)行拆除；②工程降排水成本明顯加大，上下游圍堰有較遠(yuǎn)距離；③河道北側(cè)廠房處堤防防洪高程抬高，防洪墻在建設(shè)時(shí)，總長(zhǎng)度要超出一百米；④拆遷成本加大，需要從閘道路穿過(guò)廠區(qū)；⑤上游北側(cè)需要臨時(shí)支護(hù)，確保緊鄰企業(yè)的安全性，并采用可行的防滲策略。

（3）方案三：移址重建方案2。為促進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)的順利展開(kāi)，推進(jìn)運(yùn)營(yíng)管理，應(yīng)根據(jù)劉老澗水利一站與二站樞紐工程的實(shí)際情況展開(kāi)設(shè)計(jì)方案三，可選擇在二站交通橋下75 米位置設(shè)計(jì)新閘地址。結(jié)合劉老澗新閘設(shè)計(jì)的每秒500 立方米流量，在遷拆閘門(mén)孔時(shí)需要選擇3 孔，各孔凈寬均為10 米，閘頂與底板高程分別為11.5 米和22 米。上下游連接段選取的是圓弧翼墻連接河坡；10 度擴(kuò)散角直線段連接圓弧翼墻，隨后再連接河坡，在此期間的連接段翼墻為鋼筋混凝土懸臂擋土墻。上游翼墻頂部需要安裝擋浪板，高度為1 米，整個(gè)頂部高程為21 米。下游翼墻頂部也同樣需要安裝擋浪板，高度為1 米，整個(gè)頂部高程為20 米?？刂崎l門(mén)上游分別安裝8 米規(guī)格拋石防沖槽；58 米規(guī)格的C20混凝土護(hù)底；12 米規(guī)格的混凝土散水；27 米規(guī)格的消力池；C20 規(guī)格的混凝土護(hù)底，并且防沖槽外設(shè)置12米的護(hù)坡。根據(jù)上下游河道70 米的底寬，需要將180米的防洪墻建設(shè)在北側(cè)廠房。選擇φ60 組攪拌樁用作劉老澗二站側(cè)堤防滲，以此來(lái)降低劉老澗站房受到基坑降水的影響。方案三優(yōu)點(diǎn)：①工程開(kāi)展中不會(huì)對(duì)周邊建筑物造成影響，且工程布置十分便利；②閘橋分離，能夠?qū)崿F(xiàn)封閉管理，大大降低了節(jié)制閘受到外部交通帶來(lái)的影響；③可節(jié)省施工時(shí)間，可同時(shí)開(kāi)展老閘建新閘項(xiàng)目。方案三缺點(diǎn)：① 在舊閘址拆除并修建一座長(zhǎng)寬為60 米、8 米的橋梁；②施工圍堰上下游距離較長(zhǎng)，部分項(xiàng)目涉及的降排水成本有明顯增加。③明顯加高了北側(cè)廠房堤防高程，對(duì)于新建防洪墻的總體長(zhǎng)度需要達(dá)到180 米以上。

3.拆除重建方案比較

在地質(zhì)條件方面、供電方面，通過(guò)比較分析后得知，移址與原址并無(wú)明顯差異，而兩者不同處主要體現(xiàn)為：原址拆建施工周期過(guò)于緊張，施工十分困難且需要臨時(shí)支護(hù)，但加固改造費(fèi)用較低；移址重建施工便利，閘橋分離使得項(xiàng)目管理難度低，需要加固北側(cè)堤防以及補(bǔ)償交通橋一座。從表1 的方案比選可以看出，方案一和方案三只差了42 萬(wàn)的投資成本，而方案二投資金額較大，但考慮到整體項(xiàng)目實(shí)際，為了更有利于項(xiàng)目管理及施工，最終確定三、移址重建2 為本次加固改造方案。

表1 拆除重建方案比選

四、結(jié)論

（1）方案一，擴(kuò)孔加固?？梢杂行Ъ庸谭垂暗装迕鎸樱珜?duì)于混凝土反拱底板閘墩處存在的底層受力難題未能予以解決；閘身受大量泄洪影響，導(dǎo)致振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，但無(wú)法查明具體原因，故未對(duì)此處進(jìn)行加固改造。（2）方案二，拆除重建。能夠?qū)崿F(xiàn)橋閘分離，使項(xiàng)目安全隱患得到了減少，大大防止了方案一閘上交通對(duì)于工程運(yùn)行的負(fù)面影響，更有利于開(kāi)展封閉式管理；同時(shí)，還降低了對(duì)周邊建筑物受到方案一中不確保施工因素帶來(lái)的破壞，為施工順利推進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。（3）經(jīng)初步投資估算，與擴(kuò)孔加固改造方案相比，拆除重建方案使用的加固成本明顯高于前者，但其即在項(xiàng)目管理、施工、改造方面有明顯優(yōu)勢(shì)。通過(guò)各方面對(duì)比分析，本項(xiàng)目更適合選擇移址重建2 的拆除重建方案。