武障河闸扩建工程中现状问题及方案分析

杨 磊，兰 军

（1.连云港市盐东水利工程管理处,江苏 连云港 222500；2.灌南县水利建筑工程有限公司,江苏 连云港 222500）

1 工程概况

灌南县武障河闸位于新安镇境内武障河与盐河交汇处东侧约500 m处,是盐东控制工程的骨干工程之一,其主要工程任务有排涝入海、挡潮御卤、蓄水灌溉等[1]。武障河闸建于二十世纪六七十年代,原设计标准为3 级建筑物,武障河闸北岸为二郎神遗址公园,南岸为大鱼岛,大鱼岛南侧为盐灌船闸,武障河闸工程位置示意图见图1。原河闸闸身总宽103.46 m,共14 孔总净宽88 m,其中,12 个中孔闸门宽为6 m,两边孔为通航孔净宽8 m,闸身采用钢筋混凝土,闸底采用混凝土反拱式,顺水流长14 m,边孔底板宽9.6 m,闸顶高程5.0 m,底板高程-2.5 m,钢板闸门直升门,闸墩采用钢筋混凝土结构,公路桥为梁板结构,桥面宽7 m,工作桥宽4.5 m,采用钢筋混凝土排架结构。由于当时受技术、经济等因素的影响和限制,原设、施工不满足设计施工要求,从1976 年运行至今,水闸已经过多次除险加固,目前水闸已无法正常运行,经安全鉴定为三类闸,需对武障河闸老闸进行拆除,在原址下移约960 m位置新扩建节制闸1 座,并对上下游引河及老河槽进行拓泼,上游北岸及下游两岸新建堤防等。

图1 武障河闸工程位置示意图

2 存在的问题

盐东控制武障河闸工程建设时因受经费、材料等因素限制,采用素混凝土反拱底板、预制砼薄壳拼装等结构形式,闸门门顶高程仅为3.00 m,挡潮高度不足。2015 年武障河闸经安全鉴定被评定为三类闸,安全鉴定后一直没有采取除险加固措施,但经近几年运行发现,工程存在问题进一步加剧,特别是闸室底板纵向通缝进一步增多,存在重大安全隐患,闸门、启闭机长期频繁高负荷运行、部分电气设备老化,给运行管理带来很大的不便。2017 年3 月水下检查结果及近几年管理单位运行管理过程中发现的问题,该闸目前存在较多安全隐患,主要问题有：（1）武障河闸实际的过流能力不足,不能满足区域排涝的要求；（2）闸下河道规模不足,制约武障河闸外排能力的提高；（3）河闸挡潮高程不足,影响农田灌溉及饮用水安全；（4）闸底板存在较多纵向贯穿通缝,且有明显加大的变化趋势,影响工程安全；（5）工程结构破损、老化严重,影响工程安全；（6）工程管理不便。

2015年7月进一步对武障河闸工程进行安全鉴定,通过现场检测,室内试验以及 安全复核计算分析等,进一步细化河闸存在的问题,归结如下[2]：

（1）混凝土工程。混凝土碳化深度总体较小,水下部分闸墩、门槛混凝土面层多处 剥落,闸底板面层多处裂缝、剥落,河闸2号孔底板曾发现漏水通道,已进行灌浆处理,4号孔闸底板有纵向贯穿裂缝；通航孔检修便桥钢筋保护层厚度偏小,多处有钢筋锈胀外露,泄水孔检修便桥拱板顶部均有贯穿裂缝；交通桥接线破损较重,桥头跳车现象严重,接线挡土墙破损前倾。

（2）砌体工程。浆砌块石翼墙墙身多处渗水窨潮,勾缝砂浆普遍脱落,部分墙体砌筑砂浆淘空；墙体间伸缩缝变形,缝内油毡脱落。

（3）钢闸门。钢闸门防腐涂层破损、闸门锈蚀,部分钢闸门存在漏水问题、部分漏水问题严重。

（4）启闭机。抽检2 台启闭机渗油现象严重,齿轮轮毂上沙眼、气孔较多,齿面存在偏磨现象,齿轮齿面和制动轮表面硬度、制动轮径向跳动、齿轮间隙等指标不符合规范要求；钢丝绳局部存在断丝现象。

（5）电气设备。部分电气设备老化,电机绝缘电阻不满足规范要求,存在安全隐患； 自动化监控系统故障率高,不能正常使用。

（6）经计算复核：①高潮位时洪水从闸门顶漫入内河,挡潮高度不能满足现状水位要求；②海漫长度和防冲槽断面均不能满足规范要求；③闸底板在反向设计工况和校核工况下基底不均匀系数不满足规范要求；④闸室底板和闸墩结构配筋不满足现行规范要求。

3 除险加固方案

3.1 工程选址与总体布置

根据盐东控制三闸总体布局优化方案成果,结合武障河闸工程自身安全隐患,本次工程总体布置初拟三个方案进行比选。

方案一：扩孔加固,向南侧增加9 孔净宽6 m闸室,闸底板面高程-2.50 m,老闸仅保留闸室底板及北侧上下游翼墙,同时引河拓浚长度为1.81 km,筑堤长度为2.60 km,工程总投资25991.42 万元。

方案二：原址拆建,老闸拆除,新建闸孔总净宽132 m节制闸,闸底板面高程-3.00 m；同时引河拓浚长度为1.81 km,筑堤长度为2.60 km,工程总投资24886.13 万元。

方案三：下移新建,老闸拆除,下移新建武障河闸,闸孔总净宽130 m,闸底板高程-3.50 m；武障河老河槽处、老闸址处各建交通桥一座,引河疏浚拓浚总长度2.74 km, 筑堤长度总长约1.550 km,工程总投资23362.60 万元。

从征地拆迁、工程施工、工程管理、水流条件、环境影响和社会风险以及工程实施难易等方面比较,拟推荐方案三下移新建方案。为减少工程征地、拆迁量,节省工程投资,工程总体布置采用上游引河利用现状武障河和北侧老河槽（老武障河）联合排涝,武障河闸采用下移新建方案,距现状武障河闸约960 m,为恢复县道X207 道路交通,现状武障河闸位置拆闸建桥（武障河南桥）,老河槽与县道交叉处破路建桥（武障河北桥）,新闸及武障河南北桥平面总体布置位置示意图见图2。

图2 新闸及武障河南北桥平面总体布置位置图

3.2 老闸拆除

因老闸交通桥承载新张公路（X207）的交通,拆除计划要等上下游围堰填筑完成后干法施工,为满足两岸行人的通行要求,在老闸的下游消力池边填筑临时交通道路。新建武障河闸移址下游约960 m,拆除不影响新闸的施工,但对新建武障河南桥的工期影响较大,因此计划对旧闸实行局部拆除,实行“两头一中”原则,原闸闸身总宽103.46 m,桥梁长150 m,两端桥台桩位于接线上可拆除路面后交叉进行,一中就是底板以上的墩墙及交通桥、启闭房等上部结构拆除由中间向两岸进行拆除,对桩位处的底板实行局部拆除,具备打桩条件立即进行桥梁桩基施工,等桩基完成后对未拆除的底板进行拆除,在桥梁施工期间还应考虑临时便道,拆除时预留部分底板作施工便道,桥梁下部完成后再进行拆除,这样即能保障桥梁按期完成,又不影响老闸拆除要求。原武障河闸拆除老闸、拆除老河槽与盐河口挡墙、拆除原闸门及启闭设备等项目,拆除工程量清单见表1。

表1 原武障河闸拆除工程量清单统计表

3.3 主要建筑物

（1）节制闸工程

武障河闸扩建工程总设计排涝流量为849 m3/s,拟下移新建,距老闸下游约960 m, 采用2+3+3+3+2 布孔方案,共13 孔,单孔净宽10.0 m,总净宽130 m,工程南侧布置控制室,北侧布置楼梯间。

（2）桥梁工程

武障河闸下移后及老河槽连通后,为恢复县道X207 道路交通,需新建桥梁两座, 即武障河南桥、武障河北桥,分别位于老闸址处、老河槽与县道X207 交界处。武障河南桥桥跨纵向布置为30+6×20=150 m,总长150 m；武障河北桥桥跨纵向布置为 16+20×3+16=92 m,总长92 m,南北桥宽度均为净7.5+2×0.5 m。中跨为30 m跨的两端简支装配式后张法预应力小箱梁结构,20 m、16 m跨的两端简支先张法预应力空心板梁结构,桥面横坡2.0%。桥墩采用单排柱式桥墩,灌注桩基础。

（3）上下游引河疏（拓）浚及堤防填筑工程

1）上下游引河疏（拓）浚工程

经模型分流计算,武障河新闸上游引河设计最大过流流量为594 m3/s,老河槽设计过流流量为255 m3/s,下游引河设计过流流量为849 m3/s。上游引河疏浚标准为盐河口~新闸址河底高程-3.00 m~-3.50 m,河底宽度为80 m,两岸边坡为1∶4；下游引河拓浚标准为河底高程-3.50 m,河底宽度为130 m,两岸边坡为1∶4[3]；老河槽抽槽标准为河底高程-3.00 m,河底宽度为32 m,两岸边坡为1∶4。

2）堤防填筑工程

武障河闸闸上右堤防建设标准为堤顶高程5.20 m,迎水坡1∶2,背水坡1∶2,长约 0.95 m；闸下堤防建设标准为右堤（南侧）顶高程5.70 m,左堤顶高程5.50 m,迎水坡1∶2, 背水坡1∶2,长约0.30 m,结合两闸对外交通堤顶永久道路建设,堤顶宽度设计6 m宽。

3.4 地基处理

武障河新闸上下游第三翼墙底板底高程位于②层淤泥质土,上游第三节翼墙底板下淤泥质土层厚0.51 m~1.85 m,下游第三节翼墙底板下淤泥质土层厚1.56 m~1.86 m,②层淤泥质土地基允许承载力为55 kPa,需进行地基处理[4]。

拟考虑将上游第三节翼墙底板②层土挖除,换填水泥土（水泥掺入比15%）,换填 厚度为为1.8 m,闸下河坡挡墙两侧各300 m,根据地质资料,底板下②层淤泥质土,层厚2.3 m~3.2 m,拟考虑采用桩长6 m,φ60@130搅拌桩进行地基处理,经计算,地基复合承载力为75 kPa,满足地基承载力要求。

4 结论及建议

本文通过武障河闸目前存在的问题及安全隐患,提出了河闸的除险加固方案,并对工程总体布置和主要建筑物设计进行概述。工程实施后将提高河闸的排涝标准以及区域的防洪标准,消除了工程安全隐患,保护了该区域人民的生命财产安全,有利于本地区的社会稳定,为经济的持续、稳定、高质量发展提供了重要保障,具有巨大的社会效益。