蚌埠闸扩建工程的设计难点及创新

（中水淮河规划设计研究有限公司 合肥 230601）

1 工程概述

蚌埠闸枢纽工程位于淮河中游蚌埠市西郊，距蚌埠市约6km，上距临淮岗控制工程160km，下距洪泽湖三河闸220km。闸址以上控制流域面积12.1万km2。

蚌埠闸枢纽兴建于20世纪50年代末，是千里淮河干流上的第一座节制闸。工程于1958年开工，1960年完成节制闸和电站土建部分，1961年船闸通航，历经多次增扩建：1970—1973年增建南岸分洪道，1984—1987年续建水电站二期，2000年8月扩建左岸12 孔节制闸，2003年7月对28 孔老节制闸除险加固，2007年9月新建复线船闸并多次改扩提升新老船闸。蚌埠闸枢纽现由28 孔老节制闸、12孔新节制闸、水力发电站、分洪道和船闸五部分组成，具有防洪、蓄水灌溉、航运、发电、城市供水等综合效益。

蚌埠闸枢纽建成后对沿淮的工农业生产、航运交通、水力发电，发挥了巨大的作用。但在设计工况下28 孔老节制闸与分洪道总泄量仅10000m3/s，无法满足该段河道的泄洪13000m3/s 要求，成为淮河中游的“瓶颈”。

蚌埠闸扩建工程是治淮19 项骨干工程——淮河干流上中游河道整治及堤防加固工程的重要组成部分，为国家重点工程。扩建后的蚌埠闸有效地解决了淮河干流蚌埠段行洪不畅的问题，提高了淮北大堤和蚌埠市城市防洪圈堤的防洪标准，结合淮河干流其他工程的治理，使淮河中游淮北大堤的防洪标准达到40～50年一遇。

2000年1月26日水利部以水总〔2000〕33 号文正式批准了蚌埠闸扩建工程初步设计，批复概算总投资为14966 万元。2000年11月23日蚌埠闸扩建工程主体工程开工；2002年4月工程通过水下工程验收，随即开始下闸挡水；2002年12月主体工程完工；2003年5月工程通过竣工初步验收；2003年11月工程通过竣工验收。

2 工程布置及建筑物

蚌埠闸扩建工程为Ⅰ等大（1）型工程，主体建筑物级别为1 级，临时建筑物为4 级。整个枢纽设计流量13000m3/s。12 孔新节制闸位于老节制闸北端与淮北大堤之间的滩地内，新老节制闸轴线一致，新节制闸中心线距老节制闸北端下游导流墩墩顶南侧230m。新节制闸采用开敞式结构，共12 孔，每孔净宽10m，宽顶堰型，闸底板高程9.00m。闸室采用整体式结构，两孔一联，中墩厚1.6m，缝墩厚1.2m。闸上设公路桥、工作桥和检修桥。公路桥采用预应力钢筋混凝土多孔板结构，桥面高程25.668m，总宽10.5m，行车道宽7.0m；工作桥宽7.0m，桥面高程32.518m，上设启闭机房；检修桥宽3.0m，桥顶高程25.118m。闸室两侧岸墙采用钢筋混凝土空箱结构。两侧桥头堡设在岸墙上，均为3 层。

上游翼墙采用1/4 圆弧曲线和直线相切的布置形式连接闸室和边坡，总长65m，墙顶高程19.50m。下游翼墙为八字型布置，后接圆弧墙和直墙插入岸坡，下游翼墙总长76m，墙顶高程18.58m。闸室下游为消力池，总长20m，池底高程8.0m，末端设尾槛，槛顶高程8.5m。消力池下游为砌石海漫，长30m。海漫末端为抛石防冲槽，槽底高程7.0m。

上游引河采用喇叭型进口，进口至桩号0-095（以闸室上游段为桩号0+000）河底高程9.5m；桩号0-095～0-065 为斜坡段，坡度1︰60，底高程从9.5m降至9.0m，与上游防冲槽相连。

上游封闭堤顶高程25.668m，顶宽12.0m，与淮北大堤连接；南侧为导水堤（结合老节制闸北封闭堤修建），顶高程亦为25.668m。

桩号0+090 以下至引河出口为下游引河段。其中桩号0+090～0+120 段的河底高程从8.00m 升至9.00m，坡度1︰30。桩号0+120 至下游引河出口段底高程为9.00m，底宽167m。

下游南侧导水堤结合老节制闸北导水堤修建，顶高程24.00m；北侧导水堤顶高程24.00m，顶宽6.0m。

开挖的上下游引河水下土方均排至新节制闸以北的排泥场内。排泥场平均设计高程20.00m。

3 设计难点及创新点

新闸位于老闸北侧滩地，其水流条件、工程地质和水文地质条件及施工条件都非常复杂，且又相互关联。新闸的泄流能力和规模主要取决于新闸轴线位置、上游引渠喇叭口的形状和大小、下游出水渠的布置。若要取得较好的水流条件，新闸应尽量靠近老闸，但新、老闸相距较近会给工程的施工造成很大的影响。由于工程场区存在高承压水层，施工需降低承压水位保证基坑安全，显然新老闸距离过近可能造成施工期老闸较大的沉降，进而影响老闸的安全。工程场区承压水主要来自淮北地下水，非汛期与闸下水位有较大差值，因此设计闸下消能设施时除满足水力条件外，应充分考虑承压水的影响。工程设计在大量的地质资料、模型试验及科学计算的基础上，克服困难、精心设计，设计方案具有鲜明的特点和较高的创新性、进取性。

3.1 采用直线补给边界降水分析的方法及非封闭降水布置的方案

根据工程场区承压水主要从西北方向补给的特点，通过大量的分析研究，采用直线补给边界降水分析的方法及非封闭降水布置的方案，即基坑北侧加抽，两侧少抽，南侧（老节制闸侧）少抽甚至不抽，并突破了降承压水须降至建基面以下0.5～1.0m 的常规做法，基坑中心点承压水降至9.0m 高程（高出建基面2～3m），在保证新节制闸基坑抗承压水冲溃稳定和渗流稳定的前提下，大大减小了新节制闸降水对老节制闸沉降的影响。基坑开挖过程中设计与施工、科研单位一起，结合现场抽水试验，适时调整设计参数，将基坑中心点承压水位调整为11.0m，既确保基坑的安全，又使得老节制闸沉降值很小（仅个别点最大值为17mm，一般不超过10mm），确保了老节制闸的安全，使得新节制闸尽量靠近老节制闸得以实现，降水井数量由采用传统分析方法的36 口减少为16 口，仅降水费用就节约300 多万元。该分析方法不仅适用于两侧为直线补给边界的情况，还可用于一侧直线补给，另一侧承压水层封闭或另一侧承压水延伸无穷远的情况，改变了传统分析方法中不论何种补给边界情况均采用圆周补给边界的做法，可大幅减少降水井数量，节约工程投资。

3.2 采用降低两侧翼墙顶高程的方案

设计中根据蚌埠闸枢纽洪水位与蓄水位差值大，设计过洪时上下游落差小的特点，降低岸、翼墙顶高程，大洪水时岸、翼墙墙顶参与泄洪，两侧交通采用公路桥连接的方案，使得岸翼墙断面大幅减小，在增加了新节制闸的过流能力的同时，也改善了其出水流态。

3.3 综合考虑水力条件和工程地质与水文地质条件设计消能工

消力池是基坑开挖最深的部位之一，面积较大。该部位施工期的抗承压水冲馈稳定问题较为突出。另外，新节制闸建成后消力池部位也存在抗冲馈稳定问题。因此消能工设计不仅要从水力条件上考虑，还要考虑地基条件，尽量减小消力池深度。设计比较了挖深式消力池和综合消力池两种方案，最后采用了综合消力池，抬高消力池底高程，利用消力池尾端设置的消力槛和在海漫中设置糙条提高消能效果，减少了对粘土覆盖层的开挖，有利于消力池运用期和施工期的稳定，且减少了工程量，节约了工程投资。

3.4 充分利用场区地形地貌，合理进行总体布置

根据工程场区的地形地貌特点，比较了上游封闭堤与导堤结合布置和分开布置两种方案。结合布置的方案整个封闭堤均位于导流渠内，渠底高程较低，堤长580m；分开布置的方案导堤位于导流渠内，与新节制闸中心线垂直，长110m（确保水流平顺过闸）；而封闭堤尽量利用导流渠北侧的滩地布置，与闸中心线成30°角，然后与淮北大堤平顺连接，长570m，地面高程较高。通过综合比较，两方案水流条件基本相同，但分开布置方案利用了自然的地形地貌，节约了土方填筑量14.9 万m3，节约清淤量10 万m3，节约工程投资300 万元，并改善了交通条件，加快了工程施工进度。

3.5 采用水利部“948”科研课题“混凝土砌块技术”

在国内首次采用了水利部“948”科研课题“混凝土砌块技术”成果，在两侧导堤及封闭堤采用水平连锁混凝土砌块，具有外形规则美观、对环境破坏小、易于机械化施工、施工质量易控制、对堤身变形的适应性强、利于水生生物栖息生存等优点。设计人员对砌块块型设计、稳定厚度计算理论等方面进行了大量的研究，为该项技术的推广作出了一定的贡献。“混凝土砌块护堤技术”获2005年度淮委科技进步特等奖，水利部大禹科技进步三等奖。

4 工程运用情况

蚌埠闸扩建工程建成后已安全运行17年，经历了多次汛期（尤其是2003年和2007年两次淮河流域特大洪水）的考验。其中2003年淮河发生1954年以来的最大洪水，6月25日—10月31日的129天里，新节制闸敞泄洪水，经受住了数次洪峰的考验。蚌埠闸枢纽上游最高水位达22.5m，下游达22.44m，枢纽最大泄量8470m3/s，新节制闸最大泄量2500m3/s，大大缓解了淮河干流的防洪压力，保护了淮北大堤和蚌埠地区及津浦铁路的安全，发挥了巨大的防洪减灾效益。工程荣获2006年度全国优秀工程设计铜奖、2005年度安徽省优秀设计一等奖以及2006年度国家优质工程银质奖■