京杭运河淮安三线船闸闸位论证

京杭运河淮安三线船闸闸位论证

1设计了共建一线船位淮安三级大坝工程位于京杭运河与苏北灌溉水道的交汇处，为苏北运河上游的第九级支流。淮安三线船闸为Ⅱ级船闸,建设规模为23m×260m×5m(口门宽×闸室长×槛上水深),设计最大可通过一顶+2×2000吨级船队。淮安船闸所在枢纽构筑物众多,有节制闸、翻水站、水电站、引水涵、立交渡槽、船闸等建筑物近20个,具有防洪、排涝、灌溉、发电、通航以及南水北调等综合功能。拟定闸位由于受地形地貌的限制,三线船闸总体布置经论证确定位于一线船闸与沙庄引河之间,与一线船闸平行,两闸中心距66.5m,创造了国内不同期建设的两大型船闸之间的最小距离。因三线船闸与一线船闸较近,且上游引航道受一级防洪大堤的制约,不允许进行常规的大开挖施工。设计时采用了Z型钢板桩加多层分散压缩型土锚背拉式闸室墙结构、地连墙对拉锚碇系统的防洪大堤、土锚地连墙和沉井分隔堤与驳岸接头等多种结构形式,本设计也获得了交通部水运工程设计奖。2确定闸位方案淮安三线船闸闸位设计根据枢纽地形地物情况,经多方案布置论证后,最终推荐闸位即两闸中心距66.5m方案。占用土地较少,但与一线船闸较近,不能进行大开挖施工,须采用一些特殊结构避免与其它设施的矛盾。淮安三线船闸结构多样,采用了多项创新技术。2.1土锚分段张拉预应力技术在江苏船闸上首次采用Z型钢板桩与多层分散压缩型土锚组合结构作为永久性闸室墙结构,结构断面见图1。1)在闸墙永久结构中首次使用分散压缩型土锚及二次劈裂灌浆技术,显著提高土锚承载力。由于锚杆拉力(主要是下层土锚)较大,锚杆采用了当前较新型的分散压缩型土锚辅以二次高压劈裂灌浆结构。常用的拉伸型锚杆受力特点是首先通过钢拉杆与水泥砂浆握裹力将杆力传递到锚固体中,再通过锚固体与周边地层的摩阻力而将杆力传递到稳定土层中,是一种摩擦力锚固形式。分散压缩型土锚是将无黏结钢绞线弯曲加工成U形,分别装入数个按一定间距配置的承载体上,张拉钢绞线时在锚固体内部以承压方式作用于注浆体而形成的锚固形式。两种形式的锚杆受力特性和锚固体与周边土体间黏结强度q由于首次在船闸工程的闸室墙中运用该项技术,通过对闸墙全过程的布点监控测试和土锚拉力测试,锁定工况的最大峰值为381kN,平均最大值约为300kN,与设计理论计算值367kN接近。需要指出的是,由于计算确定的土锚锚固段长度和锚固体与土体间的黏结强度值与施工方法、土体性质、灌浆压力等多种因素密切相关,故施工前通过锚杆的现场试验来确定锚杆承载力,同时调整锚固段长度。2)采用土锚自由段暴露情况下分阶段张拉预应力技术。一般船闸考虑检修和运营的需要,通常在墙后布置一系列的纵横向排水设施,以减少闸墙前后水压力差。对于大开挖施工的船闸结构,墙后的排水系统较易施工,对于本船闸,设计充分利用了土锚自由段的受力特点,在上层土锚实施完成后局部开挖墙后土方,使土锚自由段暴露,同步完成墙后排水设施布设。本工程在回填土土质松散及土锚自由段暴露的特殊情况下,开发并应用了土锚分阶段张拉预应力技术,既充分满足特殊的船闸墙后排水系统施工要求,同时也拓展了土锚的应用领域。3)采用Z型非对称式钢板桩作为闸室墙结构。钢板桩结构的特点是质量可靠,施工工艺简单,施工速度快,挡水性较好,故采用钢板桩闸墙对相邻淮安一线船闸的正常运行影响相对较小。本项目采用卢森堡AZ26型钢板桩(图3)作为闸室墙,充分利用其断面特性锁口在翼缘处断面系数不需要折减的优点,可节约钢材约20%。Z型钢板桩为非对称式结构,为确保准确安全施打板桩,施工时要求拼组成对称式结构,并增加筋板加强组合板桩的整体刚度后再施打。此外,本项目的钢板桩订购时采用材质加铜、同时板桩临水面喷锌、临土面涂沥青的综合防腐技术,锁口采用沥青油脂填料防渗。经使用,取得了良好的效果。2.2钢绞线对拉锚碇地连墙的组合结构淮安三线船闸与翻水站引河之间的上游分隔大堤段具有一级防洪功能,最窄段顶宽仅约7m。为满足一级防洪大堤顶宽大于12m的要求,设计对该段防洪大堤断面采用了钢绞线对拉锚碇地连墙的组合结构(辅以地连墙防渗的措施),达到加固原大堤的效果,这是防洪大堤中首次采用的新技术。该结构不仅确保防洪大堤的安全可靠,而且使该闸相邻的沙庄引河的扩建成为可能。该结构对于建筑物密集区进行建设,有避免大开挖及保护建筑物安全的优越性,综合造价也是相对较低的。在防洪影响评价审查中,该项技术得到了有关水利部门的高度认可。2.3引航道消力框式设计淮安三线船闸与一线船闸相邻,存在共用下游引航道状况。鉴于淮安船闸处的最大设计水头不大(4.27m),三线船闸与一线船闸一样仍采用简单的对冲消能平面环形短廊道输水系统。考虑到一线船闸在低水位使用时水流条件甚差,常常通过局部开启阀门延长泄水时间和增加待泊距离来确保船舶的通行安全,故在三线船闸的下闸首设计时增加了简易不对称消力槛,并将廊道出口放大系数增大为1.51,同时利用闸槛与引航道底的高差,在下闸首布置了一定的消能段及τ字形尾坎,以进一步调整出闸水流。通过1∶30的双线船闸下游引航道整体水工物模试验,采用鼻坎消能和底板采用不对称消力槛,并结合一线船闸大修对其下闸首的输水系统进行了改进。结果表明,该技术能有效调整下游引航道的水流流态,可有效解决并排布置的两座船闸距离较近时船闸低水运用期泄水相互影响的问题。2.4护更方便护更方便采用螺纹插装阀可使闸门启闭机的泵站结构更紧凑,维护更方便。另外,在阀门的主滚轮轴套上采用进口的自润滑材料,解决了水下润滑困难的问题,并提高了阀门运转件的寿命,可在一个大修周期内无需更换轴套。3地下空间采用土锚目前,京杭运河苏北段由于各梯级的船闸多已为二线以上控制,受枢纽整体布局的影响,再增建船闸时多已无充足施工场地,故多层土锚背拉板桩、钢绞线对拉锚碇地连墙等结构形式对难以大开挖的狭窄场地是比较适宜的方法之一。对于闸室墙墙身结构,除采用钢板桩结构外,还可采用地下连续墙等结构。对于闸室永久性结构,因其结构特点是水位变动较为频繁,特别是低水运用工况以及闸室检修工况闸室墙前后的土水压力差较大,下层锚杆一般设计杆力较大,采用分散压缩型土锚是较为合适的。采用分散压缩型土锚可使锚杆获得较大的承载力。有条件时还可考虑采用二次高压劈裂灌浆工艺,锚拉力可显著提高。江苏省水运正在掀起新一轮的建设热潮,避免大开挖的一些特殊结构的应用也日渐扩大。如谏壁一线曾出现75m闸室墙墙身发生较大变形,在大修期间及时采用分散压缩型土锚进行了