南坪船闸工程重要性及创新设计

2016-06-12姜满山李夫仲

工程与建设 2016年1期

关键词：创新设计

姜满山，　李夫仲

(安徽省交通勘察设计院有限公司，安徽合肥　230011)

南坪船闸工程重要性及创新设计

姜满山，李夫仲

(安徽省交通勘察设计院有限公司，安徽合肥230011)

摘要：浍河南坪船闸位于安徽省淮北市濉溪县南坪镇，为浍河航道5个枢纽工程的第二个梯级，目前南坪节制闸以下均建设有船闸，仅南坪和临涣节制闸处未建设船闸，导致航道仅南坪节制闸以下航道通航。而目前淮北市境内尚无通航河流，南坪船闸的建设可沟通航道里程30 km，可丰富淮北及周边地区交通方式，极大缓解公路运输压力等。因此，本项目建设对浍河航道发展及淮北市经济发展均有重要意义。设计中对以往设计进行了优化设计，特别是闸室墙增设卸荷板以及翼墙采用钢板桩结构，对以后的项目设计有较好的借鉴作用。

关键词：浍河；南坪船闸；创新设计

浍河南坪船闸位于安徽省淮北市濉溪县南坪镇，为浍河航道5个枢纽工程的第二个梯级，目前南坪节制闸以下均建设有船闸，仅南坪和临涣节制闸处未建设船闸，导致航道仅南坪节制闸以下航道通航。而目前淮北市境内尚无通航河流，南坪船闸的建设可沟通航道里程30 km，可丰富淮北及周边地区交通方式，极大缓解公路运输压力等。因此，本项目建设对浍河航道发展及淮北市经济发展均有重要意义。

1项目建设背景及工程地理位置

浍河南坪船闸位于淮北市濉溪县南坪镇，南坪节制闸处，上距临涣闸30.5 km，下距蕲县闸18 km。南坪船闸建设工程是沱浍河航道开发建设工程重点工程之一(图1)。

图1　南坪船闸在浍河航道中的位置

为了全面恢复浍河航运，豫皖两省交通运输部门做出了不懈努力，浍河复航工程1982年列入交通运输部《淮河流域航运规划报告》，1987年列入《淮河流域航运规划要点报告》，1995年列入《全国内河水运主通道总体布局规划》。2006年安徽省人民政府批复的《安徽省内河航运发展规划》将浍河定性为区域性重要航道，规划为Ⅳ级航道标准，列进2010年水运重要航道建设项目表中。根据豫皖两省航运，港口总体布局规划的要求和浍河经济运量发展的需要，浍河航道开发工程全线按Ⅳ级标准建设的前期工作正在开展中。2011年底蕲县船闸建成通航，蕲县船闸建成后，南坪闸以下航道将通航，而南坪闸下淮北段仅3 km，大部分货物仍需运至南坪闸下下水，目前淮北境内基本无其他航道可通航，制约了当地经济的发展。2013年初南坪至蕲县段航道维护性疏浚实施，2015年底固镇复线船闸已建成通航；为发挥航道及已建船闸的工程经济效益，也迫切需要建设南坪船闸。

2建设必要性

2.1是腹地社会经济发展和中部崛起的迫切需要

南坪船闸工程是沱浍河航运开发建设工程的重要组成部分。沱浍河航运开发建设工程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。

沱浍河腹地土地肥沃，物产丰富，乃是国家商品粮生产基地和重要的能源工业基地之一。腹地内煤炭储量近百亿t，是苏、浙、沪等东部发达地区重要的能源和原材料供应基地。直接腹地涉及商丘、永城、淮北、宿州四市，既有我国重要的煤炭工业城市，又有华东地区重要的交通枢纽城市，以及腹地商贸中心、综合性加工业和区域性中心城市等，各具特色，发展前景广阔，潜力巨大。“十一五”及今后一段时期，腹地内经济将以年均11%～20%的速度增长。为有效保证腹地社会经济的可持续发展，尤其是煤炭资源的开发，变资源优势为经济优势，加快融入长三角地区，促进中部地区崛起，必须实现货畅其流，因此迫切需要加快交通基础设施建设。

2．2是腹地运输发展的迫切需要

沱浍河沟通豫、皖两省，通过淮河、京杭运河与长江航道衔接，航运历史悠久，自古以来就是腹地运输的主要通道，为豫皖两省经济发展和沿河人民生活发挥了巨大作用。随着腹地工农业生产的不断发展，特别是煤炭、黄砂资源的开发利用，货运量将越来越大，预测沱浍河航道运量2020年为1 45 0万t，2035年运量可达到3 200万t左右。南坪船闸预测运量2020年为590万t，2035年为1 150万t。目前，沱河只有四铺闸下至七岭通航，下与新汴河联线运输，仅为六级航道，由于水深难以保证，时常处于断航状态；浍河也仅南坪闸以下通航，六级航道标准，航道通过能力小，不能深入矿区，难以满足腹地运输发展的需求。因此，沱浍河航运开发及建设南坪船闸以适应腹地运输发展的要求是非常必要的。

2.3是完善腹地综合运输体系的需要

腹地内铁路、公路运输比较发达，水运相对落后。目前我国快速发展对能源及原材料的需求大幅度增加，运输需求矛盾越来越显现，提高运输能力、加快建设和改造煤炭外运通道和长江等内河航道已成为我国经济社会持续快速发展的迫切要求。近年来，铁路运输紧张，油价高涨和公路“治超”已带来水运货源的理性回归，水运具有的低成本、低能耗、少占地、利环保等综合优势不断得到体现[1]。

从腹地运输现状及运输线路分析来看,目前主要依靠铁路和公路运输。铁路北有陇海线，西有京九线，南依青阜线；东南靠近青阜线的百善，经青阜线向东北接符(离集)夹(河寨)线入京沪线。以上铁路运输线路受网络运输的限制，不是存在运能不足、运输已趋饱和的问题，就是没有考虑永城等腹地煤炭的外运，或是绕行运输不合理、运输环节多。因此，部分煤炭只能经公路直运或转运至徐州下水经苏北运河入长江，运输成本高。以永城到上海为例，经沱浍河水运比铁路、公路直运或公路运至徐州下水分别减少运费约25.8元/t、269.2元/t、57元/t。沱浍河航线一船直达苏、浙、沪水网地区经济便捷，极大地缓解了腹地运输压力，是对腹地综合运输的重要补充。因此，沱浍河航运开发建设对于完善腹地综合运输体系具有重要作用。

2.4是振兴淮河水运和航道网建设的迫切需要

2011年国务院发布《关于加快长江等内河水运发展的意见》，《意见》提出：加快长江等内河水运发展有利于构建现代综合运输体系；有利于调整优化沿江沿河地区产业布局；有利于促进区域经济协调发展。淮河是豫皖两省乃至全国水运网的重要组成部分，水运主通道之一。淮河航运多少年来曾为豫皖两省特别是沿淮淮北及豫东地区国民经济发展作出了重要贡献。由于淮河水运发展滞后，尤其是蚌埠船闸堵船及沱浍河、沙颍河等主要支流航道至今尚未全线复航，且航道等级严重偏低，极大地影响了淮河水运的发展。

沱浍河是淮河重要的支流航道，也是中部地区及豫皖两省规划的区域性重要航道。根据豫皖两省水运交通“十一五”规划，两省将集中力量实施水运主通道和区域性重要航道的升级贯通工程，努力实现内河航运新的跨越式发展。南坪船闸工程建设引导增加下游蕲县、五河、固镇等船闸吞吐量，最大化发挥现有工程及将建工程的经济效益。同时也为沱浍河上游河南段航道整治、大清沟船闸等港航设施相继建设创造良好条件。因此，南坪船闸工程建设对沱浍河航运开发、淮河水运发展及淮河航道网的建设具有非常重要的作用。

3建设方案

(1) 建设规模[2]:船闸布置在节制闸左侧88.5 m处， S305公路桥从上导航墙通过。船闸上下闸首顺水流向长度均26 m，闸室段200 m，上游主导航墙长度为60.25 m，下游主导航墙长度为49.5 m，采用反对称布置，闸首口门及闸室净宽均为23 m。

(2) 输水系统[3]:根据本船闸规模及结构布置型式的特点，采用集中输水系统。输水系统及消能工均布置在上闸首和下闸首范围内。输水廊道分别设计闸首两侧空箱内，下闸首为开敞式布置，设置消力槛。廊道进口断面尺寸为4.2 m×3.5 m(宽×高)，阀门控制段断面尺寸为3.5 m×3.5 m(宽×高)，出口断面为2 m×3.1 m×3.5 m(孔×宽×高)。上闸首顺水流长度方向长26 m，宽42 m，廊道底高程10.5 m；下闸首顺水流长度方向长26 m，宽42 m，廊道底高程11.37 m。

(3) 水工建筑物设计[4]:上下闸首均为钢筋混凝土整体式结构，人字门型，口门宽23 m，门龛深2.2 m，底板顺水流向长26 m，宽42 m。上闸首门槛高程为14.5 m，下闸首门槛高程为11.87 m。闸首两边墩布置分上下层，下层结合输水廊道布置，上层为空箱结构。输水系统进水口为槛上顶面格栅型，廊道进口布置在边墩侧面，断面为4.2 m×3.5 m(宽×高)，阀门设在下游侧，阀门处廊道断面3.5 m×3.5 m(宽×高)，廊道出口为双孔，单孔3.1 m×3.5 m(宽×高)。

闸室为整体式钢筋混凝土坞式结构，闸室净宽23 m，顺水流向分成12节，每节分缝长度16.645 m，闸室总长度200 m。闸室底板顶面高程11.87 m，闸墙内底板厚2.5 m，考虑检修时期闸室抗浮要求，闸室边墙设卸荷板。闸室墙顶高程为24.5 m，上部设20 cm实体胸墙和100 cm钢质护栏，顶高程为25.7 m；闸墙内布置浮箱式系船柱，闸墙迎水面钢护木。

上、下游主导航墙均为钢板桩结构，上游长60.35 m、下游长48.65 m。考虑跨闸桥梁跨度以及以后桥梁加宽要求，上游辅导航墙布置在左侧，成直线型；下游辅导航墙为弧线型，与隔流堤顺接[5]。

4设计改进及创新

4.1坞式闸墙增设卸荷板

本工程闸室墙高较高，且土质一般，若按常规结构设计，闸室底板及闸墙厚度均较厚，混凝土及钢筋用量均较大。在设计过程中首次将码头中的卸荷板理念[6-7]引入到闸室结构设计中(图2、图3)，该设计的优点主要有以下几点：

(1) 改善了坞式闸室结构受力状况，起到了预应力的效果[8]，节省了混凝土及钢筋用量。根据两个方案对比，增加卸荷板与不增加卸荷板两者对比，每延米可节省混凝土15 m3，节省钢筋600 kg。

(2) 增加检修期间抗浮稳定性。船闸闸室最关键的问题即为检修期间抗浮问题，通过增加卸荷板，利用回填土重，可使稳定性系数增加10%左右。

图2　无卸荷板坞式闸室

图3　带卸荷板坞式闸室

4.2翼墙采用钢板桩

结合本工程地形特点及桥梁施工对现有公路的影响，本工程上下游翼墙采用钢板桩结构[9]，这也是安徽省内首次将钢板桩结构利用到船闸工程中。

(1) 钢板桩无需大开挖，减少了土方工程。

(2) 钢板桩可直接采购，预制现场直接施打，减少了模板拼装和混凝土浇筑时间，施工周期短。

(3) 钢板桩后方为桥梁桩基，减少了土方开挖，也将土方回填过程因土方沉降等原因对桥梁桩基的影响降至最小。

(4) 上游翼墙处位于老河道处，采用钢板桩施工，减少了施工期降水对围堰的影响。

4.3其他改进及创新

(1) 靠船建筑物之间采用浮桥，方便了人员上下，解决了人员上岸时需爬较高的竖向爬梯问题，安全方便。

(2) 本次船闸设计中，行程开关采用光电式和机械式一体化的行程开关，有效解决了传统闸阀门油缸的行程开关采用纯机械式，采用的是机械碰触式，存在不够灵敏、寿命较短的问题。

(3) 门体钢材以CCS船用钢板为主，提高耐腐性[10]。

(4) 所有水下和水位变动区标准件均采用不锈钢制品，并进行酸洗钝化处理。

(5) 闸门防撞设施采用柔性护木与刚性护木相结合的方式，能有效地保护门体。

(6) 蘑菇头双球面高分子耐磨衬套，基材采用特殊的高分子作为耐磨材料；新型蘑菇头双球面高分子耐磨衬套结构受力好、磨阻力小、结构简单、造价低；具有极高的耐腐蚀性；可用水做润滑剂。这样，平时可以免维护，节省了润滑设施的投资，降低设备维护保养费用。

(7) 顶枢、底枢采用自润滑衬套，利于维护。

(8) 采用先进的外置式磁致伸缩位移传感器，解决了传统闸阀门的开度传感器采用线性拉绳式位移传感器。精度较差，且零点会随着时间的推移而发生漂移、需要经常维护或更换的问题。

(9) 以前设计的船闸的中央控制室的位置基本上设置在闸首的一侧的闸首房内，瞭望视野较差，甚至完全依赖视频监控，而视频监控难免存在盲区和死角。本次船闸设计中，将中央控制室设置在跨闸廊道中间位置，有非常好的瞭望视野。

5结束语

浍河南坪船闸工程是沱浍河航运开发工程重要组成部分，按Ⅳ级标准建设符合安徽省内河航运发展总目标，也符合安徽省内河航运布局规划。工程的建设对于促进淮河水运发展及淮河航道网的建设、完善淮北市综合运输体系、促进淮北经济的发展，进一步发挥蕲县船闸、固镇复线船闸等工程经济效益均具有非常重要的作用。建设南坪船闸是十分必要的。设计中对以往设计进行了优化设计，特别是闸室墙增设卸荷板以及翼墙采用钢板桩结构，对以后的项目设计具有较好的借鉴作用。

〔参考文献〕

[1]陈宏建，吴信，麦建清．国家高等级航道网通航水力学创新研究与实践[J]．西部交通科技，2013(6)：1-7.

[2]JTS 182-1-2009,渠化工程枢纽总体布置设计规范[S].

[3]JTJ 306-2001，船闸输水系统设计规范[S].

[4]JTJ 307-2001，船闸水工建筑物设计规范[S].

[5]李夫仲，边锋.船闸设计的几个关键问题[J].中国水运，2013(5)：59-60.

[6]姚远芳．卸荷板在重力式挡土墙的应用与比较[J]．交通科技，2003(5)：27-28.

[7]张晓伦，韩建强，刘志宏.卸荷板在侧壁挡墙加高工程中的应用[J].广东土木与建筑，2012(8)：18-20.

[8]席荣.预应力体系在船闸坞式闸室中的又一效果[J].中国水运，2013(5)：34-35.

[9]JTS 167-3-2009，板桩码头设计与施工规范[S].

[10]GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

收稿日期：2016-02-19；修改日期：2016-02-26