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五河复线船闸工程的设计要点和应对措施

时间:2021-08-28作者:杜峥嵘
本文导读:这是一篇关于五河复线船闸工程的设计要点和应对措施的文章,在构筑物的处理上,与周围环境和文化背景相一致,在功能适用、经济合理的前提下,注意控制场区内硬化地面面积,多布置绿化,以节约投资,美化环境,使生态设计的理念在本项目的设计过程中得以体现。

  摘    要: 针对五河复线船闸枢纽工程设计要点、难点及对应措施的研究,提出在空间布置局促条件下,船闸水运、水利防洪、市政公路交通等工程如何统筹整体、协调美观、合理经济地布置,可供类似工程参考和借鉴。

  关键词 :     复线船闸;分洪闸;布置;特点;难点;对应措施;

  1、 工程概况

  五河复线船闸枢纽工程位于五河县城关镇新城区和老城区之间的新开河上,距入淮河口约1km处,由分洪闸、一线船闸及闸上交通桥等组成,枢纽的主要功能是抢排内水、引淮水灌溉和航运,建成于1967年10月。

  五河分洪闸位于主河道内,为胸墙式水闸结构,共15孔,每孔净宽6m, 初建时作用是分洪,兼作引水与防洪,设计分洪流量1000m3/s; 一线船闸位于分洪闸南侧,两闸中心距约117m。建设规模为82.7m×10.4m×1.75m(长×宽×门槛水深,下同),设计最大船舶吨级100t, 设计年通过能力190万t。

  一线船闸自建成至今,来过闸船舶吨位逐年增大,难以满足腹地运输和船舶大型化发展的需求,成为限制运能的“瓶颈”。五河分洪闸规划运用条件和功能发生变化和调整,历经多次加固,但存在结构老化、闸室底板等主体结构强度不满足设计要求等结构性病害,难以保证设计条件下的安全运用。2014年该分洪闸被安徽省水利厅鉴定为3类病险闸,急需除险加固。

  五河复线船闸枢纽工程包括新建船闸、重建分洪闸、改建过闸公路桥各1座,工程于2016年10月正式开工建设,2020年工程竣工验收并正式投入运行,工程批复总投资约3.11亿。

  2、 工程建设方案

  2.1、 建设标准及规模

  复线船闸按Ⅳ级标准建设,设计最大船舶吨级为500t, 兼顾1000t级船型,船闸设计尺度为200m×23m×4m, 设计年单向通过能力1357万t。

  重建五河分洪闸有灌溉引水、相机排涝、防洪功能,引水灌溉流量80m3/s, 相机排涝流量144m3/s。
 

五河复线船闸工程的设计要点和应对措施
 

  2.2、 工程布置

  复线船闸优选布置在现有一线船闸北侧、拆除重建的分洪闸南侧,与一线船闸上、下游航道合并构成双线型式,复线船闸、拆除重建的分洪闸、一线船闸间三闸闸中心距分别为60.0、100m, 三闸间均设分流岛,分流岛采用墙(堤)结合方式,上游长300m, 下游长110m。

  复线船闸闸室为钢筋砼坞式结构,长200.0m, 净宽23.0m, 底板顶高程6.98m; 上、下闸首为钢筋砼整体式结构,底槛高程为9.37~6.98m, 纵向均长30.5m。上、下游引航道采用不对称布置,上、下游进出闸方式均为直进曲出。引航道底宽45.0~60.0m, 底高程分别为9.87、7.48m。

  重建分洪闸闸室3孔,单孔净宽7.00m, 总净宽21.00m, 底板高程10.20~9.50m, 引河边坡1∶3,引河底宽上、下游宽28.00m。

  移位改建桥梁布置在节制闸下游约45m处,桥梁及接线设计全长820m, 与复线船闸斜交1°,纵坡0.46%~5%。移位改建后的桥梁宽度20m, 桥跨布置采用65mm系杆拱+30m箱梁+65m系杆拱+20m+35m+35m+20m组合箱梁。

  3 、设计特点及难点

  该枢纽工程包含水利、水运、市政、园林、陆上交通等不同部分,防洪等级高,工程地质条件复杂,建设制约条件多,功能性强。

  3.1 、防洪等级高,工程重要性大

  (1)五河复线船闸为沱浍河航道上控制性节制点工程,其直接经济腹地地处沿海向中部地区梯度发展的过渡带,具有联系沿海、发展中部的功能和区位特征。

  (2)该枢纽工程建成后将担负起主要的通航、防洪、排涝、蓄水灌溉任务,主体工程位于淮北大堤涡东圈堤上,工程等级为1级。工程重要性大,等级高。

  3.2 、工程内容及功能多,建设制约条件多

  (1) 工程区两岸均建有大量房屋,北岸主城区街道临岸,房屋密集无空旷场地。上游段约1.3km、260m分别建有五河新浍河、青年路2座跨河公路桥,闸址及工程总体布置选择余地较小,具有一定的局限性。

  (2) 五河分洪闸重建规模为本工程的关键,为复线船闸闸位布置提供技术上可行性。老闸规划功能及其建设方案需与复线船闸建设方案、淮河干流及怀洪新河流域规划协调一致。

  (3)淮北大堤涡东圈堤是安徽境内重要的淮河干堤,工程需破堤施工,工程施工不得影响其大堤防洪,必须在一个枯水期完成破堤复堤工作,保证防洪安全。工程渡汛要求制约了工程施工进度安排,增加了施工组织设计难度。

  (4)工程地质条件复杂,部份地层局部缺失,地基强度差异较大。复线船闸及分洪闸大部分基础均落于③层重、中粉质壤土上,该层强度较好,渗透性低;复线船闸闸室中部至上闸首及上、下游引航道(导航墙、闸间连接墙)基础位于②1层淤泥质重粉质壤土,该层土强度低,地基需加固处理。地基强度差异较大易产生不均匀沉降,须采取相应的地基处理措施。

  (5)新、老构筑物距离近,工程设计和施工方案需保证老构筑物安全与正常使用。施工期不得影响一线船闸运营,复线船闸建成后与老船闸双线联合运行;上游导航墙主、辅导航墙布置要兼顾导航段内对导航建筑物长度的要求以及对青年南路新开河大桥桥墩的防护。

  (6)工程区位于城关镇新城区和老城区之间的新开河上,区域内水源丰富,风光旖旎,自然、人文景观交相辉映,工程建设景观要求高。

  4 、设计要点及对应措施

  4.1、 工程总体布置优选

  设计紧邻围绕航运安全、畅通和防洪安全这个核心,充分分析了各类条件与影响因素,并考虑了工程施工条件,合理调整了工程总体布置,精心设计上、下游导(靠)航建筑物、开挖边坡,优化导堤(墙)断面尺寸及基础处理方案等,满足了施工围堰、航道布置等要求,达到了航道通畅、防洪安全、过闸公路通顺、投资少、施工方便等目的。

  4.2 、主体结构优化

  船闸闸室、闸首等水工建筑物是工程的主体,结构尺寸大,工程量大,对工程投资与安全影响较大;两者均为挡水建筑物,受力复杂,事关工程航运与防洪安全,特别下闸首是工程的重中之重。通过多方案经济技术比选确定结构型式;慎重研究结构安全,采用有限元等多方法分析结构应力,合理采用分析结果,确定结构型和尺寸。为防止温度应力引起底板结构裂缝闸室、闸首整体式底板砼采用分块错开浇筑施工和留后浇带,侧向回填在满足边墙稳定情况下在底板后浇带施工前进行,以减少底板跨中正弯矩,减少底板配筋量。

  4.3 、地基设计与沉降、渗流控制

  地基加固或桩基设计对工程投资与安全影响大,设计针对各建筑物的受力特点、对沉降及渗流控制要求等,通过多方案优选地基设计方案。上游导(靠)航建筑物存在地基强度不足、压缩性大、建筑物沉降量大等问题,结合上闸首基坑支护措施,采用灌注桩结合高压水泥土旋喷桩加固措施进行处理。

  4.4、 砼防裂工程措施

  上、下闸首底板均长30.50m, 宽55.00m, 结构厚3.0m; 闸室底板宽28.2m, 分节长20.0m, 厚2.5m, 结构尺寸大,易在工程施工期产生砼裂缝,砼裂缝控制难度大。根据有限元砼温度荷载对砼受力影响应力分析,设计上除在闸首、闸室底板预留了后浇带,还要求在闸室边墙上设置冷却管,通过循环水降低砼水化热。此外,底板、墙体砼中掺入适当的派尼尔聚丙烯纤维添加剂,并在闸墙迎水面涂刷赛柏斯防碳化聚合物砂浆,增加砼的抗裂性能和提高迎水面抗渗、防碳化能力。

  4.5、 工程景观与管理

  工程建筑结合原有建筑及周边环境,结合船闸的使用功能,创造一个既具有一定文化内涵,体现21世纪时代风貌的现代航运、水利建筑。建筑方案经多方案优选采用对称式布局,下闸首将二层和三层中部做了局部挑空,结合面对的绿地和水面大面积开窗,以形成开阔而又视线通透、轻松的工作氛围。建筑表层以微微凸起的横竖线条与玻璃的组合形成整体感极强的肌理效果。建筑群组的高低与体量比例富有节奏感,各楼层功能明确,布置合理。建筑与周边景观绿化协调,体现出一种生长的感觉,自然流畅。

  4.6、 新材料与新工艺、设计创新

  设计人员及时掌握行业动态,吸纳业主等参建各方的合理化建议和要求,将设计新理念融入到设计成果中。

  (1)闸后排水体采用土工盲沟,增强了排水作用。采用土工盲沟贯通闸室两侧排水体,水平排水管采用塑料盲管,直接将水导入水位较低一侧闸首廊道内,增强了排水作用。

  (2)新型砼抗裂剂、防碳化聚合物砂浆涂料、钢管支架兼冷却管工法运用,有效解决砼开裂、砼防渗及碳老化问题,提高砼大体积浇筑质量。在上、下闸首底板、闸室墙体易产生裂缝部位砼中掺入少量的派尼尔聚丙烯纤维添加剂,增加砼的抗裂性能;并给合船闸闸室墙模板系统在闸室边墙上设置冷却钢管,改进砼浇筑工艺。

  (3)闸门关键部位采用新型高分子材料,提升了使用性能。中缝止水采用了SF6674橡皮对尼龙合金支承条的组合,尼龙合金具有高分子材料的耐磨和抗腐蚀性,能确保支承条的耐久性,其硬度又能满足止水要求;支承条采用分段加工,也能保证止水的安装精度。

  (4)PC管桩及微型钢管桩分别在管理调度楼、闸区交通钢便桥地基加固处理(欠固结深厚回填土的运用),方便施工,提高了工效。

  (5)岸坡防护生态绿化设计,在常水位以上岸坡采用生态铰接式砼护坡,即固稳岸坡又增绿色生态空间;与管理区景观绿化带交互辉映,构建一座花园式枢纽走廊。

  (6)闸首启闭机孔洞、室外沟槽盖板在满足安全运行的条件下,采用可透视化的钢化玻璃盖板(含)支架形式,创造透明友好的管理、操作平台。

  4.7、 主要施工组织设计优化

  (1)优化细化施工布置。工程区施工场地有限,合理布置至关重要。上游导航墙位于分流堤上,结合主体布置要求采用桩墙式永临结合结构,避免了大开挖对老航道及引河的影响。

  (2)船闸基坑最大开挖深约15m, 属深基坑开挖。根据基坑放坡条件,优化基坑支护方案,不同部位采取不同的基坑支护措施。下闸首位于节制闸和老船闸之间,场地狭窄,放坡开挖难度大,采用灌注桩支护措施安全、可靠,顺利地完成了下闸首的工程施工。闸室等挖深相对较小部位,局部无法放坡时采用钢板桩支护措施,节省了工程投资,也取得了较好的实施效果。

  (3)着重研究确定下闸首及公路桥等关键性工程的施工工期和施工程序,协调平衡地安排其它单项工程进度,使整个工程施工前后兼顾、互相衔接、减少干扰、均衡生产。

  (4)对船闸底板及闸墙下部等大体砼浇筑温度控制、基础施工等提出一些新的设备与工艺要求,优化施工方法。在闸首底板及闸室边墙中下部等部位设置冷却水管,砼浇筑完成后通水冷却,监测内外温差,科学控制混凝土入仓温度、基础温差,使混凝土浇筑质量得到保证。在闸室底板等部位设置后浇带结合快易收口网工法施工,解决了因不均匀沉降、温度收缩等不利因素带来的结构安全问题。

  4.8、 绿化生态设计

  整个项目设计中强调绿色设计理念。三废、噪音均得到有效控制,绿色设计理念贯彻始终。注重景观设计,与地貌和地物相协调,具有时代特色、地方特色和标志性,并充分保证建筑物的适用、安全、卫生等基本要求。在构筑物的处理上,与周围环境和文化背景相一致,在功能适用、经济合理的前提下,注意控制场区内硬化地面面积,多布置绿化,以节约投资,美化环境,使生态设计的理念在本项目的设计过程中得以体现。

  5 、结语

  五河复线船闸枢纽工程2018年10月投入试运行,2020月7月竣工验收并正式投入使用。经过3年多运行实践,该枢纽设计方案较为合理、可靠,水利、水运、市政、园林、陆上交通等工程统筹安排,绿化生态等设计新理念等融入到设计成果中,准确理解施工新工艺、新工法,让具体成果在施工过程中得以应用,以提高生产效率,保证工程质量与生产安全。

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