◎ 马梦晨 李聪 徐晓 无锡市水利设计研究院有限公司

1.工程概况

江阴市白屈港调水工程应天河控制闸工程是江阴调水工程中水位调控工程之一，工程位于江阴市东南侧，工程建成后，在非汛期与其它水位调控工程一起形成东横河的挡污屏障，在汛期起到防汛排涝作用，同时起到通航及交通运输的作用，全长381m。应天河控制闸工程规模为12m单线双向船闸及10m节制闸一座，节制闸结合上闸首布置，并设交通便桥，上闸首长12m，下闸首长10m，闸室长160m，上下游引航道及导航建筑物长593.4m。设计闸门为升卧式平板钢闸门。

上闸首12m宽，顺水流方向长12m；下闸首12m宽，顺水流方向长10m；节制闸10m宽，顺水流方向长12m，闸室长160m。上闸首、节制闸采用整底板，闸体采用钢筋混凝土U型结构，闸体顺水流向长12m，垂直水流向长31.4m。闸底板顶面高程为-0.10m，闸墩顶高程为10.95m，外河侧闸墩顶设交通桥一座，桥梁总宽2m，桥面高程为9.78m，现浇板结构。工作桥排架结构，工作桥宽度4.40m，桥面高程12.30m，采用封闭式结构。节制闸、上下闸首下游均设钢筋砼消力池，池长均为15m，消力池深度为0.8m，上游均设钢筋砼防渗铺盖，长均为10m，上游铺盖、下游消力池外各设预制块护坦，长江侧长10m，内河侧长10m，上、下游均设宽3m，深1.5m防冲槽。上、下游八字型翼墙均采用钢筋混凝土扶壁式结构，翼墙顶高程为5.50m。

2.防洪标准复核

2.1 闸顶高程复核

根据《水闸设计规范》（SL265-2016），防洪高程应按下式复核：

闸顶高程≥设计防洪水位+浪高+波浪中心线至静水面距离+安全超高；

闸顶高程≥校核防洪水位+浪高+波浪中心线至静水面距离+安全超高。

在设计水位情况下，计算风速采用多年平均年最大风速的1.5～2.0倍；在校核水位情况下，计算风速采用多年平均年最大风速。多年平均最大风速的1.5～2.0倍相当于重现期为50年的年最大风速。

应天河控制闸工程等别为Ⅲ等，主要建筑物为3 级，其余次要建筑物则为4级。根据《水闸设计规范》（SL265-2016）表E.0.1-2可得：应天河套闸上游闸首以及节制闸对应的波列累积频率取5%，应天河套闸上游闸首以及节制闸工程设计工况安全超高为0.4m，校核工况安全超高为0.3m。

根据《水闸设计规范》，本次取正向设计以及正向校核两种工况进行复核计算，应天河控制闸上闸首以及上游节制闸工程防洪高程计算结果见表1。

表1 上闸首以及节制闸防洪高程计算结果汇总表

根据江阴市白屈港水利枢纽工程管理处提供的该工程历年沉降观测资料可知：应天河控制闸上闸首以及节制闸经过多年沉降后的外河侧闸墩墩顶高程为▽5.79m左右；应天河控制闸上闸首以及节制闸上游侧挡墙挡浪板顶高程为▽6.37m左右，其沉降观测值均大于计算防洪高程▽5.57m；故应天河控制闸上闸首以及节制闸现有防洪高程满足要求。

2.2 过流能力复核计算

节制闸工程过流能力复核的水位组合见表2，根据《水闸设计规范》（SL265-2016），过流能力计算方法如表2。

表2 节制闸过流能力复核计算水位流量组合表

根据《水闸设计规范》（SL265-2016）按下式进行闸室过流能力计算：

式中 0B— 为闸孔总净宽（m），10.0m；

Q— 为过闸流量（m3/s）；

H0— 为计入行近流速水头的堰上水深（m）；

g— 为重力加速度，取g=9.81m/s2；

m— 为堰流流量系数，取m=0.385；

ε— 为堰流侧收缩系数，按《水闸设计规范》（SL265-2016）公式（A.0.1-3）计算求得，取0.968；

σ为堰流淹没系数，按《水闸设计规范》（SL265-2016）公式（A.0.1-6）计算求得或按表A.0.1-2查得，0.66。

节制闸工程的过流能力计算结果见表3。

表3 节制闸工程过流能力计算成果表

由表3可知：应天河套闸节制闸工程过流能力满足要求。

2.3 防洪标准安全评价

应天河控制闸节制闸钢闸门门顶原设计高程为▽5.50m，经应天河控制闸工程运行多年沉降后，该闸门门顶高程为▽5.49m，与本次复核计算防洪高程相同，故上闸首钢闸门门顶高程满足防洪要求。

应天河套闸节制闸工程过流能力满足要求。根据《水闸安全评价导则》（SL214-2015）4.2.5可知：应天河控制闸上闸首以及节制闸现有防洪高程满足要求，故评定为A级。

3.渗流复核

3.1 渗流长度复核

根据江阴市白屈港水利枢纽工程管理处提供的该工程历年沉降观测资料可知：应天河控制闸上闸首以及节制闸最大沉降位移为1.0cm，本次复核计算中高程以建筑物沉降观测值为基准。

由地下轮廓布置图可知，应天河控制闸上闸首以及节制闸在运行使用时实际防渗长度L实际防渗=37.75m。

查阅本工程相关设计资料可知，应天河控制闸上闸首以及节制闸基础持力层为第2层重粉质壤土。查得《水闸设计规范》（SL265-2016）中表4.3.2可知该土层允许渗径系数取为3～5。本次复核采用勃莱法按公式L=C×△H进行计算其理论允许地下轮廓线长度最小值，计算结果汇总见表4。

表4 渗经长度计算成果表

由表4可知：应天河控制闸上闸首以及节制闸在各个运行工况下防渗长度均能满足规范要求。

3.2 闸室渗流计算

根据闸室地下轮廓的特点，本次渗流计算采用改进阻力系数法[1-4]。本工程地基土质均匀，闸基渗流的影响范围以有效深度Te控制，故应天河控制闸上闸首以及节制闸地基有效深度均按计算结果取值Te=13.25m。

应天河控制闸上闸首以及节制闸基础持力层为第2层重粉质壤土，地基土质均匀。由《水闸设计规范》（SL265-2016）表6.0.4查得该土质对应水平段允许渗透坡降为0.25～0.35；出口段允许渗透坡降0.50～0.60。计算结果可知：应天河控制闸上闸首以及节制闸出口段渗透坡降、水平段渗透坡降均满足规范要求。

3.3 渗流安全评价

在各计算工况下，应天河控制闸上闸首、节制闸防渗长度以及出口段渗透坡降以及水平段渗透坡降均满足规范要求[5-8]。

根据《水闸安全评价导则》（SL214-2015）4.3.7可知：应天河控制闸上闸首以及节制闸渗流安全均满足标准要求，运行正常，故评定为A级。

4.结构安全

（1）在各计算工况下，应天河控制闸上闸首以及节制闸平均基底应力小于地基允许承载力，最大基底应力小于地基允许承载力的1.2倍，即应天河控制闸上闸首以及节制闸基底应力满足规范要求[9-11]。

（2）在各计算工况下，应天河控制闸上闸首以及节制闸地基应力不均匀系数、抗滑稳定安全系数均满足要求。

（3）在各计算工况下，上游侧翼墙整体稳定以及承载力满足要求。

（4）在各计算工况下，闸室墙（下游侧挡墙）抗滑稳定安全系数、抗倾覆稳定安全系数均满足规范要求；在正向校核工况下，闸室墙（下游侧挡墙）地基应力不均匀系数不满足规范要求。

（5）在各计算工况下，应天河控制闸上闸首以及节制闸闸室底板结构承载力满足要求。

（6）在各计算工况下，应天河控制闸上闸首以及节制闸墩墙底面纵向（顺水流方向）正应力满足强度要求；应天河控制闸上闸首以及节制闸墩墙底部横向最大拉应力不满足强度要求，需对其进行配筋验算；应天河控制闸上闸首以及节制闸墩墙底部横向最大压应力满足强度要求。

（7）在各计算工况下，应天河控制闸上闸首以及节制闸南北侧墩墙配筋满足要求，中墩配筋不满足最小配筋率要求。

（8）在各计算工况下，应天河控制闸上闸首以及节制闸工作桥结构承载力满足要求。

（9）应天河控制闸上闸首以及节制闸钢闸门面板厚度满足要求，主梁强度以及刚度均满足要求，选择QPQ-2×160kN卷扬式启闭机满足要求。

（10）应天河控制闸节制闸下游侧消力池在实际水位运行下，当闸门开启至2.4m以上时，对应过闸流量为最大，此时消力池、海漫均满足要求。

根据《水闸安全评价导则》（SL214-2015）4.4.12可知：应天河控制闸上闸首以及节制闸结构安全满足标准要求，评定为A级。

5.结论

应天河控制闸下闸首由于南沿江城际铁路工程的实施，需要对其闸墩上部排架以及工作桥进行拆除，同时撤除钢闸门，将其作为一个敞水结构置于河道之中，不再具备防洪功能。需要对其闸墩上部排架以及工作桥进行拆除，同时撤除钢闸门，作为一个敞水结构，置于河道之中，闸室内水位为平水位，无水位差，故闸室底板下无渗流发生。

根据《水闸安全评价导则》（SL214-2015）4.3.7可知：应天河控制闸下闸首现有防洪标准、渗流安全以及结构安全均满足标准要求，运行正常，这三项均评定为A级。