杨庄闸除险加固方案研究与探讨

孙承祥

（江苏省淮沭新河管理处 淮安 223005）

杨庄闸除险加固方案研究与探讨

孙承祥

（江苏省淮沭新河管理处 淮安 223005）

杨庄闸是民国时期建设并仅存的第一大闸。闸基础为1768根松、杉木桩，上下游各设置2排防渗木板桩，在中国水利、水工史上具有重要的文物价值，且已被列入淮安市文物保护名录。该闸已建成80年，存在诸多安全隐患，亟待除险加固，鉴于该闸的历史地位和文物价值，加固方案值得研究与探讨。本文重点对杨庄闸除险加固方案进行了研究，提出了除险加固方案建议。

杨庄闸 除险加固 方案 研究

1 工程概况

杨庄闸位于淮安市西郊活动坝，始建于1936年9月，由前导淮委员会设计。杨庄闸在抗日战争时期遭到破坏，1952年由苏北人民行政公署水利局设计，苏北水利局杨庄活动坝工程处修复，为淮安市市级文物保护单位，是排泄淮河洪水或沂、泗河洪水入海的重要通道，同时为控制废黄河入海水量的建筑物。设计标准为中（3）型水工建筑物，最大泄量750m3/s，汛期开闸放水入海，枯水季节关闸蓄水，以供中运河、里运河航运及灌溉。

杨庄闸共5孔，单孔净宽10.0m，净高5.1m，闸总宽67.7m，总长89.4m，设计流量500m3/s，设计水位15.0m。主要结构形式为：基础为1768根松、杉木桩，其中上游护坦基础612根、闸底板基础760根、下游消力池基础396根；混凝土平底板，溢流堰面顶面高程8.5m，顺水流方向底板长度16.60m；闸墩、胸墙、工作桥、公路桥、两侧空箱岸墙均为混凝土结构，胸墙底高程为13.0m，闸墩顶高程为16.5m，工作桥净宽3.70m，顶高程21.6m，工作便桥净宽1.80m，顶高程16.50m；交通桥为钢筋混凝土梁板结构，按汽－10设计，净宽为4.0m，顶高程16.0m；闸门为桁架结构钢闸门，配5台卷扬式启闭机，启闭机为1936年英国GLENFIELD公司生产。

工程自建成以来，在排洪、灌溉、调节航运水位等方面发挥了重大作用，由于下游河床不稳定，两岸冲刷严重，实际下泄量不断减小，现最多泄300m3/s。灌溉季节可输送灌溉水解决废黄河及中山河两岸162万亩农田用水，灌溉效益基本达到；枯水期可控制中运河水位以利通航。

2 加固缘由

杨庄闸虽经多次加固改造，但主体工程老化严重，混凝土剥落碳化、主要钢构件平均锈蚀速率偏大；在安全方面，根据最新的《淮河流域防洪规划》，杨庄闸挡洪高度、闸室抗滑稳定安全系数不满足规范要求，闸底板、闸墩配筋不足，公路桥原设计标准不满足现状要求；杨庄闸启闭机年代久远，传动齿轮松动、啮合不良、无备品备件、检修困难，且无启闭机房，设备露天放置，受自然侵害，设备老化严重，性能较差。现场控制柜为非标产品，动力线老化现象普遍；无自动化监控及视频监视系统，控制运行方式较落后。鉴于工程存在上述诸多安全隐患和问题，经安全鉴定，评定该闸为四类水闸，亟待除险加固。

3 加固方案研究

3.1 原址拆建方案

将老闸拆除，原址重建新闸，新闸中心线与老闸重合。新建杨庄闸采用直升式钢闸门，门顶高程14.00m，门顶设置胸墙，闸室基底利用原老闸基底木桩作为新闸桩基一部分，同时在原木桩两侧各布置2排PHC800（130）-AB预应力高强管桩，以满足闸室抗滑稳定性满足规范要求，闸室基底四周采用混凝土板桩围封。

3.2 老闸下游新建滚水堰方案

在现有杨庄闸闸室下游新建滚水堰，以壅高闸下水位，提高老闸抗滑稳定性，改善闸下消力池消能效果，并对老闸闸室上下段拆除重建，老闸闸室段进行加固。根据水景观需要并结合杨庄闸下游水位以及灌溉用水要求，将下游滚水堰顶高程设定为10.70m。

现有杨庄闸闸室底板下共布置了D38松木桩360根，D18杉木桩330根，松木桩桩长18.0m，杉木桩桩长8.0m。布置如图1所示。

图1 杨庄闸闸室布置及桩基布置图

根据建筑桩基技术规范JGJ94-2008，原闸室基底木桩单桩垂直承载力特征值、水平承载力特征值分别按公式（1）、（2）计算：

式中：P—单桩垂直承载力特征值（kN）；

U—桩身截面周长（m）；

qfi—单桩第i层土的极限摩阻力标准值（kPa）；

li—桩身穿过第i层土的长度（m）；

qR—单桩极限桩端阻力标准值（kPa）；

A—桩身截面面积（m2）。

式中：Rha—单桩水平承载力特征值（kN）；

xoa—桩顶允许水平位移；

vx—桩顶水平位移系数。

根据地勘资料以及河海大学对闸室基底原型木桩的力学参数测试结果，即木桩弹性模量E=7.0×103MPa，桩顶允许位移为1cm，地基土比例系数m=5000kN/m4，木桩的承载力计算结果如表1。

表1 木桩和混凝土的力学参数表

根据老闸闸室稳定计算结果以及闸室桩基承载力计算结果，上游铺盖（阻滑板）下需设置3排φ100灌注桩（垂直水流向间距3.0m），才能保证闸室在以下两种情况下抗滑均能满足规范要求：

①闸室在校核工况下不考虑木桩作用、考虑上游铺盖下桩基作用时老闸自身抗滑安全系数满足规范要求，即抗滑安全系数为1.21。

②闸室在校核工况下木桩不失效时考虑桩土共同作用（桩承担85%，土承担15%）、同时考虑上游铺盖下桩基作用且桩顶固结情况下木桩承载力满足规范要求。

根据安全鉴定结论需对老闸进行以下主要加固措施：为满足侧向防渗要求，闸室岸墙上、下游段均需增做扶臂式挡土墙与现状河坡衔接，消力池末端接素混凝土护坦、防冲槽，上游新建混凝土护坦，护坦与现状闸室底板采用钢筋拉接，护坦底布置3排φ100灌注桩；拆建原闸室公路桥、工作桥，工作桥上新建轻型启闭机房，更换闸门、启闭机；闸室上游增做1.20m高挡浪墙，对底板面层钢筋进行补强，对墩墙、胸墙、排架混凝土进行裂缝及防碳化处理，新建上游护坦、护坡等。

3.3 老闸上游新建水闸、老闸修旧如旧加固方案

在现有杨庄闸闸室上游约70m处新建水闸，老闸闸室保留，取消闸门使老闸成为开敞建筑物，并对老闸进行修旧如旧加固，新闸中心线与老闸重合。闸室基底采用搅拌桩基础处理，闸室基底四周采用混凝土板桩围封。为结合老闸闸上水景观布置，在满足堰顶过闸流量的情况下，将老闸闸室底板堰顶高程由8.50m抬高至9.50m，抬高后的堰采用WES型实用堰。

表2 木桩承载力计算结果表

上游连接段采用圆弧翼墙与现状河坡相接，下游连接段采用12°扩散角直线段与原闸室两侧岸墙衔接，上下游连接段采用空箱扶臂式、扶臂式挡土墙，新闸闸下、老闸闸上布置第一级消力池，消力池深1.50m，长35.0m，老闸闸室下游布置第二级消力池，消力池深1.2m，长30.0m，老闸上游护坦拆除后采用钢筋混凝土护坦与新建闸下游消力池衔接。结合老闸闸上水景观布置，在满足堰顶过闸流量的情况下，将老闸闸室底板堰顶高程由8.50m抬高至9.50m，抬高后的堰采用WES型实用堰。

由于距现有杨庄闸上游约200m处两侧均建有码头，为确保施工过程中不影响码头使用，上、下游施工围堰采用膜袋砂围堰，围堰内采用多头搅拌桩防渗。

3.4 方案比较

方案一彻底消除了老闸上部结构以及上下游连接段的安全隐患，但老闸失去了其文物价值。同时根据河海大学木材试验结果，原桩木材的抗压和抗拉强度远低于模型（新木材），只有新材的57%～33%，木材的强度随时间变化有很大的降低，因此新闸基底木桩在今后使用的过程中仍存在安全隐患。

方案二结合了水景观布置，但老闸主体结构年代较久远，老闸除险加固内容多，加固后的水闸设计使用年限低于新建闸。

方案三结合了水景观布置，保留了老闸的文物价值，彻底消除了老闸的安全隐患，同时老闸可兼顾作为新闸下游防冲设施，继续发挥作用。

3.5 加固方案选定

杨庄闸是民国时期建设并仅存的第一大闸，且底板基础为木桩基础，上下游各设2排防渗板桩，在中国水利、水工史上具有重要的文物价值，且已被列入淮安市文物保护名录。

鉴于杨庄闸的文物价值，根据杨庄闸安全鉴定结论、淮安市水利勘院工程检测有限公司对闸室基底木桩单桩竖向抗压极限承载力的检测以及河海大学对杨庄闸保护性加固研究成果报告，同时考虑杨庄闸周围的地形地貌条件、水情等要求，建议采用保留老闸、在老闸上游新建闸的设计方案