抬高三河闸工程下游常水位方案研究

（江苏省洪泽湖水利工程管理处 洪泽 223100）

1 工程概况

三河闸工程建成于1953年7月，位于江苏省洪泽区蒋坝镇南端，为淮河下游入江水道的控制口门，是新中国成立初期我国自行设计自行施工的大型水闸。三河闸为钢筋混凝土胸墙式结构，共63孔，每孔净宽10m，闸身总宽697.75m，设计流量为12000m3/s，底板为三孔一联，共21块，底板顶面高程7.5m，闸门为钢结构弧形门，重13.32t，每孔设2×100kN卷扬式启闭机一台。闸室上游（洪泽湖侧）设长35m厚30cm钢筋混凝土防渗铺盖，闸室下游（入江水道侧）设长23m深1.3m坎式消力池，其后为长10m厚50cm的条石护坦，和长32m厚50cm的浆砌石海漫，末端设2m×2m干砌石防冲槽。三河闸工程建成60多年来，充分发挥了工程效益，已累计安全泄洪1.3万亿m3，为里下河地区3000万亩农田和2600万人民生命财产安全作出了巨大的贡献。

2 研究背景

2010年6月，江苏省洪泽湖水利工程管理处委托江苏省水利勘测设计院有限公司开展三河闸工程安全复核计算和安全评价，在安全复核报告和安全评价报告中认为“现状三河闸闸身在不考虑铺盖的拖板作用下，蓄水期和地震期的抗滑安全系数不满足规范要求，在各工况下的基底反力不均匀系数及承载力满足规范要求。由于原闸设计时，通过拉筋将闸身和上游铺盖连接成整体，因此在考虑铺盖的拖板作用下，闸身蓄水期和地震期的抗滑安全系数满足规范要求”。为验证上游铺盖是否起到拖板作用，进一步复核稳定性，2016年4月，江苏省洪泽湖水利工程管理处委托水利部南京水利科学研究院进行三河闸稳定性评估专项研究，研究认为“拉筋将闸身和上游铺盖连接成整体，是可以起到提高三河闸稳定性作用的”。

在上述安全复核和专项评估中，工程抗滑安全系数虽满足《水闸设计规范》（SL265-2001）的要求，但安全系数的富余度不够，鉴于三河闸工程的重要性，为慎重起见，考虑拖板试验取得的粘结力C、摩擦角φ值也存在一定的不确定性，为进一步提高三河闸闸身稳定的安全可靠度，拟研究抬高下游常水位的方案，考虑到消力池尾坎水跃的影响，本文提出抬高消力池尾坎45cm的方案设想，并对方案进行分析论证。

3 水文地质

3.1 工程地质

三河闸为大（1）型水闸，工程等别为Ⅰ等。三河闸地基土质各处大致相同，均为粘性黄岗土，部分含有砂疆，土质较好。自地面向下15～21m，其标准贯入击数N平均为20击，其余土层绝大部分在25击以上。为了验证三河闸底板与地基土之间的摩擦系数，先后进行了两次现场拖板试验。第一次在1955年，试验现场在闸下游南岸高程16.0m处，其试验小值平均值为C=17kPa，φ=19°；第二次在1969年，试验现场在闸下游北岸高程7.5m处，其试验小值平均值为C=21kPa，φ=22°。三河闸地震烈度按Ⅷ设防，地震动峰值加速度为0.1g，地震动反应谱特征周期为0.40s。

3.2 工程水文

洪泽湖主要特征水位:汛期限制水位12.5m，正常蓄水位13.0m，远景蓄水位13.5m，滨湖圩区破圩水位14.5m，设计洪水位16.0m，校核洪水位17.0m。10年一遇非汛期洪水位13.69m，20年一遇非汛期洪水位13.85m。

三河闸闸身稳定计算水位现状组合见表1，消力池尾坎抬高45cm后水位组合见表2。

表1 闸身稳定计算现状水位组合表

表2 消力池尾坎抬高45cm后闸身稳定计算水位组合表

表3 现状运行水位下防渗计算复核成果表

表4 消力池尾坎抬高后防渗计算复核成果表

表5 现状运行水位下闸身稳定复核成果表

表6 消力池尾坎抬高后闸身稳定复核成果表

图1 消力池尾坎加高图

4 防渗复核

三河闸底板、上游护坦位于棕黄夹灰色粉质粘土上，按《水闸设计规范》（SL265-2001）取允许渗径系数[C]=3。运行期最大水位差△H=6.0m（设计工况，H上=13.50m、H下=7.5m），上游护坦、闸底板水平投影分别为:35.0m、18.0m，以及垂直投影为9.0m，地下轮廓线投影总长度L=62.0m，计算渗径系数C=L/△H=10.33，大于允许渗径系数值，闸身纵向防渗长度满足规范要求。

闸身两侧及翼墙后回填土系基坑开挖土，以粘性土为主，侧向防渗长度布置与站基地下轮廊长度一致，故闸身侧向防渗长度也满足规范要求。

按照“改进阻力系数法”对本闸抗渗稳定性进行计算，现状运行水位下防渗计算结果见表3，抬高消力池尾坎后计算结果见表4。

分析表3、表4结算结果，计算值均小于《水闸设计规范》的规定（水平段允许坡降值为0.30～0.40，出口段允许坡降值为0.60～0.70），故工程防渗稳定性满足规范要求。

比较表3、表4，在三河闸下游水位抬高45cm后，设计蓄水位、校核蓄水位以及设计蓄水位+地震期等水位组合下，水平坡降、出逸坡降均有所减少，有利于闸身稳定。

5 稳定复核

三河闸钢筋混凝土胸墙式结构，共63孔，每孔净宽10m，底板为三孔一联，共21块，取单块三联底板作为研究对象。鉴于三河闸的安全特别重要，本次复核计算中，对闸基土质取用1955年的拖板试验值，即C=17kPa，φ=19°。经计算，现状运行水位下闸身稳定复核结果见表5，抬高消力池尾坎后闸身稳定复核结果见表6。

分析表5、表6，在不计入铺盖拖重情况下，现状水位组合下校核蓄水位、设计蓄水位+地震期工况下安全系数不满足规范要求，但消力池尾坎抬高后，设计蓄水位+地震期工况下安全系数满足规范要求。计入铺盖拖重情况下，各工况抗滑稳定安全系数均满足规范要求。

比较表5、表6，在三河闸下游水位抬高45cm后，设计蓄水位、校核蓄水位以及设计蓄水位+地震期等水位组合下，抗滑安全系数均有所提高，有利于闸身稳定。

6 结论

（1）三河闸工程消力池尾坎抬高后，利用两侧空箱内小水电发电尾水及个别闸门漏水，抬高三河闸下游常水位，对工程渗流、稳定均有利，该方案在理论上是可行的。

（2）三河闸工程消力池尾坎现状高程7.5m，利用淮河入江水道三河段低水位期，在消力池尾坎顶部植筋浇筑混凝土（图1），在实际施工上是简易可行的。

（3）消力池尾坎抬高后，根据计算跃后水深小于下游水深，尾坎后的水跃为淹没水跃，不需要再设第二道消力墙■