吕晓波 朱 杰 戴 康 鲍 磊

（作者单位：1.江苏省骆运水利工程管理处 223800 2.南水北调江苏水源公司徐州分公司 221000 3.宿迁市水务勘测设计研究有限公司 223800）

在天然河道上修建拦河节制闸，其运用条件一般比较复杂。闸址的选择需要考虑河道的水文情况、地形和地质条件等很多因素。当有几种闸址方案可供选择时，要通过技术、经济等方面的论证和比较，选择技术上可靠、经济上合理的最优方案。本文以泗阳节制闸除险加固为例，提出了节制闸新建闸址方案比选，为今后节制闸闸址方案比选提供一定的参考。

一、工程概况

泗阳节制闸位于江苏省泗阳县，是南水北调中运河段梯级控制之一，该闸具有防洪、灌溉、发电等综合功能。泗阳闸设计流量1000m3/s，汛期主要承泄骆马湖洪水、骆马湖以西地区及皂河闸以下中运河两岸的部分涝水，非汛期拦蓄刘老涧来水便于上游的灌溉、航运及工业、生活用水。该闸于1959年10月开工，1960年12月竣工。闸身为钢筋混凝土结构，总宽86m，共计17孔，每孔净宽4m，闸孔总净宽68m，孔高6m；两侧岸墙各设净宽为3m的发电孔。闸门为钢质平板直升门，配有2×10t电动卷扬式启闭机8台及1台1×10t电动卷扬启闭机，节制闸两侧岸墙空箱内各安装一台ZDT03-LW-100水轮发电机组，装机容量为2×160kW，主闸门上、下游两侧均设检修便桥。

二、加固原因

根据检测资料及工程安全复核计算，主要存在问题包括：①交通桥大梁、桥墩盖梁、交通桥立柱、闸墩、排架、底板胸墙混凝土普遍碳化严重，碳化深度一般大于50mm，最大值达138mm；原混凝土设计强度140#，经检测普遍为10～16MPa，最低值为8.3MPa，达不到原设计强度，也不满足现行规范的最低强度等级要求。②该闸大部分构件实测混凝土保护层厚度小于规范规定的最小保护层厚度，大部分构件最小保护层厚度小于该构件碳化深度，说明混凝土已失去护筋性，结构内部易发生钢筋失钝、锈蚀，混凝土易发生表面胀裂破损。③闸门底止水损坏多处、漏水严重；消力池多处表面冲蚀，露石严重；底板分缝比较大、与消力池连接段错位、底板下沉；闸墩混凝土质量比较差、开裂露筋、钢筋锈蚀；交通桥大梁多处露筋、钢筋锈蚀；交通桥桥墩盖梁开裂、上下游立柱混凝土质量比较差。④闸身地基承载力、不均匀系数、抗滑安全系数均满足《水闸设计规范》要求，但闸基下的粉质砂壤土层，处于高程8.0m处，在地震力作用下，极易产生液化，由于当时施工未采取封闭措施，因此，地震可能导致建筑物整体失稳破坏。⑤闸底板在地震工况下，个别部位现有钢筋面积不能满足要求。⑥排架强度太低，在地震力作用下，极易破坏，使断面有效高度减小。⑦交通桥及交通桥立柱混凝土强度低于设计强度等级；交通桥大梁、悬臂多处露筋、钢筋锈蚀；交通桥盖梁断裂；上下游立柱混凝土质量差、碳化深度大。⑧经过对泗阳闸闸门及启闭机的检测、分析，启闭机设备老化严重，存在问题较多，已严重影响该工程的安全运行。

三、工程选址

1.闸址方案比选

方案一：原址改建方案

该方案在原闸址处按原规模新建节制闸，将老闸闸身、翼墙、混凝土护坦、消力池等全部拆除，保留上下游干砌块石护坡、护底及防冲槽。

新建闸工程布置：新建闸为7孔节制孔，单孔净宽10.0m，总净宽为70.0m。闸室右侧岸边布置2孔小水电孔，单孔净宽3.0m。闸底板面高程为12.0m，闸墩顶高程20.0m。新建闸上公路桥总宽12.0m，桥面高程24.0m；内部交通桥宽4.5m、检修便桥宽2.50m，面高程20.0m。闸上公路桥中心线与现状公路中心线重合、闸室中心线与河底中心线重合、闸底板上游边线与老闸重合。

闸上游设钢筋混凝土护坦长29m，与原上游护底连接；下游设钢筋混凝土消力池长40m、钢筋混凝土护底长26.5m，与原下游海漫连接。上、下游翼墙为钢筋混凝土空箱扶壁挡土墙和钢筋混凝土扶壁挡土墙。

根据水力计算，最大流量所对应的消力池长度L=38.100m，对应的消力池深度为d=1.872m，海漫末端河床形成的最大冲刷深度dm=3.000m。设计消力池长40.0m，池深2.00m，原防冲槽深3.50m，满足规范要求。

由于原闸底板采用换砂地基加固处理，换砂厚度为2.50m，该方案换砂垫层仍保留，为此采用套打水泥搅拌桩，将换砂垫层围封，满足闸基渗流稳定要求。

为满足翼墙稳定和地基承载力要求，上、下游翼墙地基采用10%水泥土置换加固处理，水泥土厚度为2.0m。

优点：①原址拆建可保留闸上下游原干砌块石护底、护坡，防冲槽及外侧坡脚防护等原护砌工程（但需待闸塘抽干水，经检测后确定）；②维持工程区现有布局，对周围环境影响较小。

缺点：①拆除工程量大，基坑开挖土方工程量大，在一个非汛期内工程难以完工，需度汛施工，导流标准大大提高；②施工期需要打上、下游围堰，施工围堰土方量较大，周围适合的取土范围较少，土源紧张；③老闸闸上公路连接徐淮公路，为进出泗阳区域的主要交通要道，施工时交通被切断，需增设临时交通便道；④需闸桥结合建设，该处为交通要道，车流量较大，对闸上公路桥要求较高，今后不方便水利部门管理；⑤闸身两侧接线公路较高，路堤两侧需设二级挡土墙，增加工程投资。

方案二：移址改建方案

（1）闸址位置确定

根据老闸工程位置，老闸上游距泗阳二站引河进口约190m，下游距泗阳二站引河出口约600m，移址建闸在老闸上游布置较困难，只有在老闸下游布置，同时也便于工程管理。

为使新建闸与老闸有较好的衔接，且尽量抬高闸底板面高程，减少工程投资。经初步分析，将新建闸布置在老闸下游35m处（老闸底板下游边线至新闸底板上游边线），距泗阳二站配套内部交通桥328m（老闸底板下游边线至交通桥上游边线），设计闸底板面高程为8.50m，这样布置的主要目的是：①老闸闸墩及翼墙均拆除并扩挖老闸处河道，使河道衔接平顺，流态合理，行洪时水域面积相对美观；②新建闸上游设护坦和两侧翼墙，满足防渗布置要求，也满足与老闸上游河道衔接要求；③闸下相对水深较大，可减少土方开挖和回填量，减少消能工成本；④充分利用老闸底板和部分翼墙底板为河道护底，相应减少工程投资；⑤避免局部工程建设在新建泗阳二站开挖的导流河回填土上；⑥避免新闸主体修建在原闸下游的抛石防冲槽上；⑦减小施工期间降水对新建泗阳二站的影响；⑧闸与公路桥分开，在新闸上设内部交通桥，便于工程管理并减少后期交通桥维护费用。

（2）新闸布置

新建闸位于老闸下游35m处（老闸底板下游边线至新闸底板上游边线距离），为7孔节制孔，单孔净宽10.0m，总净宽为70.0m，闸室右侧岸边布置2孔小水电孔，单孔净宽3.0m。闸底板面高程为8.50m，闸墩顶高程20.0m，闸上内部交通桥面高程20.0m。闸上游设钢筋混凝土护坦，下游设钢筋混凝土消力池、浆砌块石海漫和抛石防冲槽；上、下游翼墙为钢筋混凝土空箱扶壁挡土墙和钢筋混凝土扶壁挡土墙，闸室中心线与河底中心线重合。

优点：①节制闸重新建设，安全性、可靠性有保障；②公路桥改造前闸上交通维持现状，改造期间利用新建节制闸上的交通桥作为临时交通，满足对外交通需求；③充分利用老闸底板和部分翼墙底板为河道护底，相应减少工程投资；④新闸上游河道扩挖后相对美观，建成后水流状态较好；⑤新建节制闸与对外公路桥分开，便于工程管理。

缺点：①闸址下移，因闸址处河床较低，闸底板高程需相应降低；②拆除重建老闸闸墩及上、下游翼墙和消力池，拆除部分工程量较大。

2.方案比较

上述两方案，从工程总体布置上考虑，移址改建方案使新闸与老闸上游河道衔接平顺，流态合理，行洪时水域面积相对美观。

从初步经济分析上考虑：方案一土建工程投资约4006万元，方案二土建工程投资约3719万元，方案一较方案二增加土建投资约287万元，即移址建闸方案投资较省。

从工程施工考虑：移址改建老闸公路桥交通维持现状，不需要架设临时交通设施，满足对外交通需求；且方案一拆除工程量较大，在一个非汛期内主体工程难以完成，若跨汛期施工，工程投资将更大。

从工程占地拆迁方面考虑：方案一和方案二所占地均为管理所土地，不存在工程永久征地，且征地拆迁因徐淮公路改造已基本全部完成。

从运行管理上考虑：方案一采用闸桥结合，今后需不定期投入资金对外部交通桥进行维护管理，增加了后期运行维护费用。

四、结语

上述两方案，从工程总体布置、经济分析、工程施工、工程占地拆迁、运行管理等方面进行综合分析研究，建议采用方案二即移址改建方案■