霍邱县城东湖闸加固工程关键问题研究

2021-10-22金永强

工程与建设 2021年4期

金永强，陈艳

(1.安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽合肥 230088；2.淮河水利委员会水利水电工程技术研究中心，安徽蚌埠 233001)

1 工程概况

城东湖位于安徽霍邱境内，是淮河南岸支流汲河下游的天然湖泊，也是淮河中游的蓄洪洼地。城东湖闸位于城东湖入淮口，于1952年11月开始修建，1953年7月竣工。该闸是淮河中游重要的蓄洪控制工程，其主要作用是为了有效控制城东湖蓄洪，削减淮河洪峰，减轻正阳关以下淮河干流的泄洪负担，同时也是城东湖蓄洪区的退水闸，并节制湖水位保证沿湖群众生产生活用水以及霍邱县城区居民生活用水，其次可尽量排空湖水，防止小洪水倒灌入湖。

2 工程存在的主要问题

2013年3月，水利部建设管理与质量安全中心以建安〔2013〕24号文下达了城东湖闸安全鉴定成果核查意见，主要意见为：根据书面和现场核查，该水闸过流能力低于设计要求，闸室抗滑稳定安全系数和地基应力不均匀系数不满足规范要求；进、退洪消能防冲海漫长度及冲刷坑深度均不满足规范要求；闸室底板、闸墩、岸墙等混凝土强度等级低，一般不足C15不满足要求；工作闸门结构强度、刚度不满足规范要求，检修闸门变形损坏严重，工作闸门启闭机除中孔外，启闭容量不满足要求；供电电源为10 kV农用线路，无备用电源，电气设备老化，闸门监控主要设备损坏，无法自动控制；安全监测设施不完善，管理设施简陋，通航过闸条件差。综合评定为三类闸。

3 加固工程关键问题研究

3.1 加固方案的拟定

城东湖闸加固方案的拟定从安全鉴定意见出发，结合整个淮河干流中游汛期度汛要求，同时借鉴了类似工程设计成果。

城东湖闸建成60年来，共6次开闸蓄洪。实际运行中最大进洪流量达1 800 m3/s，进洪期设计过闸单宽流量达到45 m3/s，进洪水位差也大大超过原设计标准，城东湖侧的消能防冲设施都受到了不同程度的破坏。对城东湖闸进行扩孔，既解决闸室过流能力不足，也降低了过闸单宽流量，有利于闸室及下游消能防冲设施的安全。同时，加大退洪流量，缩短退洪时间，能有效地减轻蓄洪区群众的生产生活压力。另一方面，在扩孔部位增设通航孔能有效改善通航条件，确保通航安全。

考虑到安全鉴定结果为三类病险水闸，加固工程保留老闸闸室、两侧岸墙及右岸上下游翼墙；对闸底板、闸墩、上下游翼墙以及公路桥排架局部混凝土表面采用聚合物砂浆修补；拆除重建老公路桥两桥头下游侧(东湖侧)挡墙，新建闸门钢筋混凝土检修平台，拆除重建排架、启闭机房及两侧桥头堡。一方面解决了混凝土碳化等问题，一方面通过增加荷载提高了水闸的整体抗滑稳定安全系数。

此外，还对上、下游消能防冲设施及护坡进行维修加固，更换老闸工作闸门、门槽埋件及启闭设备；补充必要监控、监测设施，新建必要管理设施、完善管理区交通及绿化。

通过上述一系列措施基本解决了水闸存在的主要安全问题。

3.2 施工导流安排

工程施工的枯水期城东湖及淮河侧水位高低交替。如安排在一个枯水期内施工，施工规模较大，施工工期难以控制。因城东湖周边调蓄淹没损失大，施工导流难以通过调蓄解决；城东湖及淮河侧水位高低交替，采用明渠导流又难以控制城东湖水位，当淮河水位处于高位时易造成城东湖周边淹没。因此，施工采用分期施工。一期施工安排在第一个枯水期，主要完成新建5孔新闸的启闭台以下部位的施工及闸门就位等工程施工。工程施工期间，城东湖来水通过现有老闸进行导流；在新建5孔新闸基坑淮河侧和城东湖侧预留格埂的上方，填筑横向粘土围堰；同时在分流岛处，淮河侧和城东湖侧采用拉森钢板桩纵向围堰进行挡水。二期安排在第二个枯水期进行施工，主要完成老闸加固及新闸启闭机房等工程施工。工程施工期间，开挖新闸城东湖侧和淮河侧河道土方，拆除新闸城东湖侧和淮河侧粘土围堰，城东湖来水通过5孔新闸进行导流；同时在加固老闸基坑淮河侧和城东湖侧填筑黏土横向围堰，在分流岛淮河侧和城东湖侧利用一期的拉森钢板桩纵向围堰挡水。

3.3 临时交通

S310省道(现改为G328国道)从闸上通过，城东湖闸施工期间，城东湖闸左右岸之间的闸上交通中断，故需在闸上游淮河滩地上布设临时改线道路，如图1所示。临时改道按三级公路标准，限速30 km/h，改道段总长度为700 m，路基宽度7 m，路面宽6.5 m，转弯半径为65 m，路基清理并压实，路面结构为： 20 cm碎石基层，20 cm水泥稳定碎石层，6 cm沥青混凝土面层。临时改线道路跨引河需修筑临时交通桥，河口宽度90 m。临时桥梁跨度为90 m，桥身贝雷桥结构，桥墩采用钢管桩基础，钢管桩长度为20 m，桥面宽度为7 m，两侧桥台采用扩大基础，U形桥台。桥底高程为21.0 m，桥面高程约22.0 m，与两侧滩地平高，汛期不影响淮河行洪。临时交通桥的通行仅在每个枯水期的11月至次年4月，当闸上交通恢复时，应中断临时交通桥的交通，老闸加固完成时拆除。

图1 临时交通布置

3.4 分流岛翼墙设计

为节省工程投资，本次工程拟对上、下游翼墙进行维修加固。考虑到工程加固后的外形美观效果，尽量做到平面上对称布置。加固新建闸室上、下游翼墙参照老闸室布置。

淮河侧翼墙采用钢筋混凝土扶臂结构，平面上与老闸翼墙对称布置，因淮河侧枯水位较低，老翼墙在施工期间抗滑稳定有足够保障。而东湖侧翼墙因蓄水要求挡水高度较高，加上老翼墙下部主体为浆砌石结构，施工期容易发生透水进而影响基坑安全。为确保工程安全，一期施工对淮河侧消力池以外的分流岛翼墙采用灌注桩结构，桩径1.2 m，桩间距1.3 m，桩底高程0.80 m(1985国家高程基准，下同)，桩顶高程21.80 m，上部采用1 m高钢筋混凝土冠梁将各桩连接成一体。迎水侧设C25钢筋混凝土挂板，墙后设高喷防渗墙，防渗墙底高程12.00 m，低于现状海漫高程。灌注桩挡墙距离原翼墙端部3 m。一期工程完成后，东湖侧横向围堰暂不拆除，将二期横向围堰填筑好后，拆除东湖侧翼墙端部部分纵向围堰，抢抓工期，将分流岛端部新老翼墙接头部位处理好。完成上述工程后，恢复纵向围堰，并拆除一期横向围堰，利用新闸过水，对老闸进行加固。

3.5 桥头堡基础设计

老闸桥头堡基础为条形基础，经过多年运行，桥头堡与排架柱之间的构造缝发展明显，截至安全鉴定时，且上下发展不均匀，下部缝宽22 mm，上部缝宽达76 mm，造成两桥头堡向两侧倾斜。本次加固在原闸址西侧扩建5孔新闸，新老闸之间设分流岛，同时拆除原有启闭机排架及启闭机房。

闸室两侧新建桥头堡，新老闸之间通过廊桥相连。为了避免桥头堡、启闭机房、廊桥因沉降原因而影响结构安全，将西侧桥头堡设在空箱挡墙立墙之上，挡墙基础底面与闸室底板基础齐平；连廊则采用桩基础，根据承载力和沉降要求确定桩长；老闸岸墙与边墩为整体的扶垛式结构，东侧桥头堡无法采用桩基础，考虑到下部土层沉降趋于稳定，仅对桥头堡基础下部3m厚土层采用换填碎石方式处理。