蚌埠閘擴(kuò)建工程的設(shè)計(jì)難點(diǎn)及創(chuàng)新

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 合肥 230601）

1 工程概述

蚌埠閘樞紐工程位于淮河中游蚌埠市西郊，距蚌埠市約6km，上距臨淮崗控制工程160km，下距洪澤湖三河閘220km。閘址以上控制流域面積12.1萬(wàn)km2。

蚌埠閘樞紐興建于20世紀(jì)50年代末，是千里淮河干流上的第一座節(jié)制閘。工程于1958年開工，1960年完成節(jié)制閘和電站土建部分，1961年船閘通航，歷經(jīng)多次增擴(kuò)建：1970—1973年增建南岸分洪道，1984—1987年續(xù)建水電站二期，2000年8月擴(kuò)建左岸12 孔節(jié)制閘，2003年7月對(duì)28 孔老節(jié)制閘除險(xiǎn)加固，2007年9月新建復(fù)線船閘并多次改擴(kuò)提升新老船閘。蚌埠閘樞紐現(xiàn)由28 孔老節(jié)制閘、12孔新節(jié)制閘、水力發(fā)電站、分洪道和船閘五部分組成，具有防洪、蓄水灌溉、航運(yùn)、發(fā)電、城市供水等綜合效益。

蚌埠閘樞紐建成后對(duì)沿淮的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航運(yùn)交通、水力發(fā)電，發(fā)揮了巨大的作用。但在設(shè)計(jì)工況下28 孔老節(jié)制閘與分洪道總泄量?jī)H10000m3/s，無(wú)法滿足該段河道的泄洪13000m3/s 要求，成為淮河中游的“瓶頸”。

蚌埠閘擴(kuò)建工程是治淮19 項(xiàng)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組成部分，為國(guó)家重點(diǎn)工程。擴(kuò)建后的蚌埠閘有效地解決了淮河干流蚌埠段行洪不暢的問(wèn)題，提高了淮北大堤和蚌埠市城市防洪圈堤的防洪標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合淮河干流其他工程的治理，使淮河中游淮北大堤的防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到40～50年一遇。

2000年1月26日水利部以水總〔2000〕33 號(hào)文正式批準(zhǔn)了蚌埠閘擴(kuò)建工程初步設(shè)計(jì)，批復(fù)概算總投資為14966 萬(wàn)元。2000年11月23日蚌埠閘擴(kuò)建工程主體工程開工；2002年4月工程通過(guò)水下工程驗(yàn)收，隨即開始下閘擋水；2002年12月主體工程完工；2003年5月工程通過(guò)竣工初步驗(yàn)收；2003年11月工程通過(guò)竣工驗(yàn)收。

2 工程布置及建筑物

蚌埠閘擴(kuò)建工程為Ⅰ等大（1）型工程，主體建筑物級(jí)別為1 級(jí)，臨時(shí)建筑物為4 級(jí)。整個(gè)樞紐設(shè)計(jì)流量13000m3/s。12 孔新節(jié)制閘位于老節(jié)制閘北端與淮北大堤之間的灘地內(nèi)，新老節(jié)制閘軸線一致，新節(jié)制閘中心線距老節(jié)制閘北端下游導(dǎo)流墩墩頂南側(cè)230m。新節(jié)制閘采用開敞式結(jié)構(gòu)，共12 孔，每孔凈寬10m，寬頂堰型，閘底板高程9.00m。閘室采用整體式結(jié)構(gòu)，兩孔一聯(lián)，中墩厚1.6m，縫墩厚1.2m。閘上設(shè)公路橋、工作橋和檢修橋。公路橋采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土多孔板結(jié)構(gòu)，橋面高程25.668m，總寬10.5m，行車道寬7.0m；工作橋?qū)?.0m，橋面高程32.518m，上設(shè)啟閉機(jī)房；檢修橋?qū)?.0m，橋頂高程25.118m。閘室兩側(cè)岸墻采用鋼筋混凝土空箱結(jié)構(gòu)。兩側(cè)橋頭堡設(shè)在岸墻上，均為3 層。

上游翼墻采用1/4 圓弧曲線和直線相切的布置形式連接閘室和邊坡，總長(zhǎng)65m，墻頂高程19.50m。下游翼墻為八字型布置，后接圓弧墻和直墻插入岸坡，下游翼墻總長(zhǎng)76m，墻頂高程18.58m。閘室下游為消力池，總長(zhǎng)20m，池底高程8.0m，末端設(shè)尾檻，檻頂高程8.5m。消力池下游為砌石海漫，長(zhǎng)30m。海漫末端為拋石防沖槽，槽底高程7.0m。

上游引河采用喇叭型進(jìn)口，進(jìn)口至樁號(hào)0-095（以閘室上游段為樁號(hào)0+000）河底高程9.5m；樁號(hào)0-095～0-065 為斜坡段，坡度1︰60，底高程從9.5m降至9.0m，與上游防沖槽相連。

上游封閉堤頂高程25.668m，頂寬12.0m，與淮北大堤連接；南側(cè)為導(dǎo)水堤（結(jié)合老節(jié)制閘北封閉堤修建），頂高程亦為25.668m。

樁號(hào)0+090 以下至引河出口為下游引河段。其中樁號(hào)0+090～0+120 段的河底高程從8.00m 升至9.00m，坡度1︰30。樁號(hào)0+120 至下游引河出口段底高程為9.00m，底寬167m。

下游南側(cè)導(dǎo)水堤結(jié)合老節(jié)制閘北導(dǎo)水堤修建，頂高程24.00m；北側(cè)導(dǎo)水堤頂高程24.00m，頂寬6.0m。

開挖的上下游引河水下土方均排至新節(jié)制閘以北的排泥場(chǎng)內(nèi)。排泥場(chǎng)平均設(shè)計(jì)高程20.00m。

3 設(shè)計(jì)難點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)

新閘位于老閘北側(cè)灘地，其水流條件、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件及施工條件都非常復(fù)雜，且又相互關(guān)聯(lián)。新閘的泄流能力和規(guī)模主要取決于新閘軸線位置、上游引渠喇叭口的形狀和大小、下游出水渠的布置。若要取得較好的水流條件，新閘應(yīng)盡量靠近老閘，但新、老閘相距較近會(huì)給工程的施工造成很大的影響。由于工程場(chǎng)區(qū)存在高承壓水層，施工需降低承壓水位保證基坑安全，顯然新老閘距離過(guò)近可能造成施工期老閘較大的沉降，進(jìn)而影響老閘的安全。工程場(chǎng)區(qū)承壓水主要來(lái)自淮北地下水，非汛期與閘下水位有較大差值，因此設(shè)計(jì)閘下消能設(shè)施時(shí)除滿足水力條件外，應(yīng)充分考慮承壓水的影響。工程設(shè)計(jì)在大量的地質(zhì)資料、模型試驗(yàn)及科學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)上，克服困難、精心設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案具有鮮明的特點(diǎn)和較高的創(chuàng)新性、進(jìn)取性。

3.1 采用直線補(bǔ)給邊界降水分析的方法及非封閉降水布置的方案

根據(jù)工程場(chǎng)區(qū)承壓水主要從西北方向補(bǔ)給的特點(diǎn)，通過(guò)大量的分析研究，采用直線補(bǔ)給邊界降水分析的方法及非封閉降水布置的方案，即基坑北側(cè)加抽，兩側(cè)少抽，南側(cè)（老節(jié)制閘側(cè)）少抽甚至不抽，并突破了降承壓水須降至建基面以下0.5～1.0m 的常規(guī)做法，基坑中心點(diǎn)承壓水降至9.0m 高程（高出建基面2～3m），在保證新節(jié)制閘基坑抗承壓水沖潰穩(wěn)定和滲流穩(wěn)定的前提下，大大減小了新節(jié)制閘降水對(duì)老節(jié)制閘沉降的影響?；娱_挖過(guò)程中設(shè)計(jì)與施工、科研單位一起，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，適時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，將基坑中心點(diǎn)承壓水位調(diào)整為11.0m，既確保基坑的安全，又使得老節(jié)制閘沉降值很小（僅個(gè)別點(diǎn)最大值為17mm，一般不超過(guò)10mm），確保了老節(jié)制閘的安全，使得新節(jié)制閘盡量靠近老節(jié)制閘得以實(shí)現(xiàn)，降水井?dāng)?shù)量由采用傳統(tǒng)分析方法的36 口減少為16 口，僅降水費(fèi)用就節(jié)約300 多萬(wàn)元。該分析方法不僅適用于兩側(cè)為直線補(bǔ)給邊界的情況，還可用于一側(cè)直線補(bǔ)給，另一側(cè)承壓水層封閉或另一側(cè)承壓水延伸無(wú)窮遠(yuǎn)的情況，改變了傳統(tǒng)分析方法中不論何種補(bǔ)給邊界情況均采用圓周補(bǔ)給邊界的做法，可大幅減少降水井?dāng)?shù)量，節(jié)約工程投資。

3.2 采用降低兩側(cè)翼墻頂高程的方案

設(shè)計(jì)中根據(jù)蚌埠閘樞紐洪水位與蓄水位差值大，設(shè)計(jì)過(guò)洪時(shí)上下游落差小的特點(diǎn)，降低岸、翼墻頂高程，大洪水時(shí)岸、翼墻墻頂參與泄洪，兩側(cè)交通采用公路橋連接的方案，使得岸翼墻斷面大幅減小，在增加了新節(jié)制閘的過(guò)流能力的同時(shí)，也改善了其出水流態(tài)。

3.3 綜合考慮水力條件和工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件設(shè)計(jì)消能工

消力池是基坑開挖最深的部位之一，面積較大。該部位施工期的抗承壓水沖饋穩(wěn)定問(wèn)題較為突出。另外，新節(jié)制閘建成后消力池部位也存在抗沖饋穩(wěn)定問(wèn)題。因此消能工設(shè)計(jì)不僅要從水力條件上考慮，還要考慮地基條件，盡量減小消力池深度。設(shè)計(jì)比較了挖深式消力池和綜合消力池兩種方案，最后采用了綜合消力池，抬高消力池底高程，利用消力池尾端設(shè)置的消力檻和在海漫中設(shè)置糙條提高消能效果，減少了對(duì)粘土覆蓋層的開挖，有利于消力池運(yùn)用期和施工期的穩(wěn)定，且減少了工程量，節(jié)約了工程投資。

3.4 充分利用場(chǎng)區(qū)地形地貌，合理進(jìn)行總體布置

根據(jù)工程場(chǎng)區(qū)的地形地貌特點(diǎn)，比較了上游封閉堤與導(dǎo)堤結(jié)合布置和分開布置兩種方案。結(jié)合布置的方案整個(gè)封閉堤均位于導(dǎo)流渠內(nèi)，渠底高程較低，堤長(zhǎng)580m；分開布置的方案導(dǎo)堤位于導(dǎo)流渠內(nèi)，與新節(jié)制閘中心線垂直，長(zhǎng)110m（確保水流平順過(guò)閘）；而封閉堤盡量利用導(dǎo)流渠北側(cè)的灘地布置，與閘中心線成30°角，然后與淮北大堤平順連接，長(zhǎng)570m，地面高程較高。通過(guò)綜合比較，兩方案水流條件基本相同，但分開布置方案利用了自然的地形地貌，節(jié)約了土方填筑量14.9 萬(wàn)m3，節(jié)約清淤量10 萬(wàn)m3，節(jié)約工程投資300 萬(wàn)元，并改善了交通條件，加快了工程施工進(jìn)度。

3.5 采用水利部“948”科研課題“混凝土砌塊技術(shù)”

在國(guó)內(nèi)首次采用了水利部“948”科研課題“混凝土砌塊技術(shù)”成果，在兩側(cè)導(dǎo)堤及封閉堤采用水平連鎖混凝土砌塊，具有外形規(guī)則美觀、對(duì)環(huán)境破壞小、易于機(jī)械化施工、施工質(zhì)量易控制、對(duì)堤身變形的適應(yīng)性強(qiáng)、利于水生生物棲息生存等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員對(duì)砌塊塊型設(shè)計(jì)、穩(wěn)定厚度計(jì)算理論等方面進(jìn)行了大量的研究，為該項(xiàng)技術(shù)的推廣作出了一定的貢獻(xiàn)?！盎炷疗鰤K護(hù)堤技術(shù)”獲2005年度淮委科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)，水利部大禹科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

4 工程運(yùn)用情況

蚌埠閘擴(kuò)建工程建成后已安全運(yùn)行17年，經(jīng)歷了多次汛期（尤其是2003年和2007年兩次淮河流域特大洪水）的考驗(yàn)。其中2003年淮河發(fā)生1954年以來(lái)的最大洪水，6月25日—10月31日的129天里，新節(jié)制閘敞泄洪水，經(jīng)受住了數(shù)次洪峰的考驗(yàn)。蚌埠閘樞紐上游最高水位達(dá)22.5m，下游達(dá)22.44m，樞紐最大泄量8470m3/s，新節(jié)制閘最大泄量2500m3/s，大大緩解了淮河干流的防洪壓力，保護(hù)了淮北大堤和蚌埠地區(qū)及津浦鐵路的安全，發(fā)揮了巨大的防洪減災(zāi)效益。工程榮獲2006年度全國(guó)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)銅獎(jiǎng)、2005年度安徽省優(yōu)秀設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)以及2006年度國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程銀質(zhì)獎(jiǎng)■