郭連峰，陳亞軍，汪潔晶，張 楚，張?zhí)鹛?/p>

（1.鹽城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇鹽城 224002；2.徐州市水利建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇徐州 221000；3.徐州市水務(wù)局，江蘇徐州 221000）

1 工程概況

李莊閘位于黃河故道分洪道大沙河上，距大沙河河口約8 km，是湖西地區(qū)控制高程37.00 m 級(jí)梯級(jí)水面的重要節(jié)制閘，排澇面積1 658 km2，灌溉面積1.33萬(wàn)hm2，其主要功能是排澇、行洪、蓄水灌溉。該閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇設(shè)計(jì)、20 年一遇校核，最大流量為1 360 m3/s，工程等別為Ⅲ等，建筑物級(jí)別為2級(jí)。水閘設(shè)計(jì)采用9孔10 m開(kāi)敞式水閘。

2 工程地質(zhì)

本場(chǎng)地距郯廬斷裂約150 km，斷裂對(duì)工程無(wú)影響。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，李莊閘以南地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度，李莊閘至湖口段地震動(dòng)峰值加速度為0.1g，相應(yīng)場(chǎng)地基本地震烈度為Ⅶ度。

場(chǎng)地地下水與河水聯(lián)系密切，地下水水位受季節(jié)性降水及河水影響較大，總體上豐水期地下水接受大氣降水及河水補(bǔ)給，枯水期地下水補(bǔ)給河水，地下水動(dòng)態(tài)變化大，年變幅1.0～3.0 m?？辈炱陂g測(cè)得地下水位34.1～35.1 m。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告［1］，閘室底板底高程32.00 m位于③層壤土上，承載力100 kPa；其下高程32.50～27.50 m 為③層壤土，承載力100 kPa，高程27.50～23.00 m為④層含砂姜壤土夾粉砂，承載力200 kPa，高程23.000 m 以下為4-1層粉砂夾壤土，承載力200 kPa。閘室、上游翼墻、鋪蓋底板位于①-3 層淤泥質(zhì)壤土上，地基承載力僅為70 kPa，下游翼墻位于③層壤土上，地基承載力僅為100 kPa。

3 方案比選

本次工程設(shè)計(jì)采用橡膠壩［2-3］和開(kāi)敞式水閘［4-5］兩種方案。方案一（橡膠壩）：保留原方案，設(shè)計(jì)凈寬90 m 橡膠壩，以及上下游連接段建筑物；橡膠壩上游新建跨河橋梁；橋跨共13跨，每跨16 m；橋面寬度凈4.5+2×0.5 m；方案二（開(kāi)敞式水閘）：采用開(kāi)敞式鋼筋混凝土水閘，閘室共9 孔，每孔凈寬為10 m，閘門(mén)采用直升閘門(mén)。閘室下游側(cè)布置交通橋，橋總寬8.4 m。閘室上游設(shè)工作橋和檢修便橋。閘室兩側(cè)設(shè)樓梯間和檢修門(mén)庫(kù)，閘室內(nèi)設(shè)平面直升式鋼閘門(mén)控制。

從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)角度經(jīng)過(guò)方案比選（見(jiàn)表1），本次設(shè)計(jì)采用方案二，即9孔×10 m開(kāi)敞式水閘方案。

表1 橡膠壩和開(kāi)敞式水閘方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

4 總體布置與設(shè)計(jì)

總體布置：李莊閘位于河道順直段，閘室中心線與河道中心線一致，兩側(cè)連接段采用引堤與左右兩岸堤防相銜接。水閘從上游往下游順?biāo)飨虿贾靡来螢椋荷嫌魏拥雷o(hù)砌、上游連接段、閘室段、下游連接段、下游護(hù)坦、防沖槽等。

閘室設(shè)計(jì)：閘室采用開(kāi)敞式鋼筋混凝土開(kāi)敞式結(jié)構(gòu)，總凈寬90.0 m，共9孔，每孔凈寬10.0 m，每3孔1 聯(lián)，共3 聯(lián)。順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)14.0 m，底板面高程33.50 m，閘頂高程為40.00 m。閘室下游側(cè)布置交通橋，橋總寬8.4 m，橋面高程為40.00 m。閘室上游設(shè)工作橋和檢修便橋，工作橋橋面高程46.10 m，檢修便橋橋面高程40.00 m。閘室兩側(cè)設(shè)樓梯間和檢修門(mén)庫(kù)，閘室內(nèi)設(shè)平面直升式鋼閘門(mén)（10.1 m×3.9 m），配啟閉機(jī)為2×125 kN雙吊點(diǎn)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)共9臺(tái)套，配套電機(jī)功率為11.0 kW。

上游連接段：閘室上游C25 混凝土鋪蓋長(zhǎng)20.00 m，底板面高程33.50 m，兩側(cè)設(shè)三節(jié)翼墻與上游河道相連；第一、第二節(jié)翼墻為扶壁式C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻頂高程40.00～38.51 m，底板面高程為33.50 m；第三節(jié)翼墻為C25懸臂式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻頂高程38.51 m，底板面高程為34.11～37.51 m。

下游連接段：閘室下游設(shè)C25 鋼筋混凝土WES曲線［6］消力池，池長(zhǎng)36.00 m，消力池底面高程29.40 m，池深1.6 m。消力池兩側(cè)設(shè)五節(jié)翼墻與下游河道相連，第一、二、三、四節(jié)翼墻為扶壁C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，第一節(jié)翼墻頂高程40.00～38.31 m，底板面高程為31.69～29.40 m；第二、三、四節(jié)翼墻頂高程38.31 m，等二、三節(jié)翼墻底板面高程29.40 m，第四節(jié)翼墻底板面高程32.61 m；第五節(jié)翼墻為懸臂式C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻頂高程38.31 m，底板面高程35.11～37.31 m。

上、下游護(hù)砌：混凝土鋪蓋上游設(shè)置護(hù)坡、護(hù)底，護(hù)底采用現(xiàn)澆C25 混凝土結(jié)構(gòu)，厚20 cm，長(zhǎng)40 m；護(hù)坡采用現(xiàn)澆C25混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為15 cm，長(zhǎng)35.30 m，坡比1∶4.0，坡頂、坡底高程分別為38.51 m和33.50 m。護(hù)底、護(hù)坡下各設(shè)15 cm 砂石混合墊層。消力池末端設(shè)海幔，護(hù)底高程31.00～30.00 m，護(hù)底采用C25 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，厚20 cm，長(zhǎng)60 m；護(hù)坡采用C25現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，厚15 cm，長(zhǎng)69.0 m，坡比1∶4.0，坡頂、坡底高程分別為38.31 m 和31.00～30.00 m。護(hù)底、護(hù)坡下各設(shè)15 cm砂石混合墊層，海漫末端設(shè)置2 m深防沖槽。下游漸變段200 m范圍設(shè)護(hù)坡，護(hù)坡采用C25現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，厚15 cm，下各設(shè)15 cm 砂石混合墊層，坡比1∶4.0，坡頂高程為38.31～35.50 m，坡底高程為30.00 m。

地基處理：對(duì)閘室底板、上游翼墻底板下采用12%水泥土換填，壓實(shí)度≥0.96；對(duì)下游第一、二、三節(jié)翼墻采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基，提高地基承載力。

根據(jù)計(jì)算，水閘各部位的抗滑、地基應(yīng)力和不均勻系數(shù)方面均滿(mǎn)足規(guī)范要求，其最不利計(jì)算工況由地震期不均勻系數(shù)控制。

5 優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）優(yōu)化閘孔孔徑。水閘校核洪水狀況下的水頭差是0.35 m，超過(guò)規(guī)范規(guī)定的0.1～0.3 m［7］，結(jié)合上游設(shè)計(jì)洪水位、現(xiàn)狀堤頂高程、閘孔寬度、下游消能防沖等因素，本次設(shè)計(jì)通過(guò)增加0.05 m 水頭差，經(jīng)計(jì)算，上游水位雍高影響線長(zhǎng)約500 m，影響范圍計(jì)算堤頂高程滿(mǎn)足現(xiàn)狀堤頂高程要求。通過(guò)0.35 m水頭差計(jì)算的凈寬，分別比水頭差0.30 m、0.25 m和0.20 m的減小3.0 m、6.2 m和9.9 m，大大節(jié)省了工程投資。

（2）優(yōu)化止水接頭。在設(shè)計(jì)中，水平止水之間、水平與垂直止水連接應(yīng)用了兩項(xiàng)定型紫銅片止水接頭的國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利［8-9］，該項(xiàng)措施既能保證施工質(zhì)量,止水效果好,又能提高施工效率。

（3）優(yōu)化消力池設(shè)計(jì)。由于水閘上下游河底高差3.5 m，消力池漸變段采用WES［7］曲線設(shè)計(jì)，消力池計(jì)算長(zhǎng)度縮短了6 m，減少了消力池以及兩側(cè)翼墻的長(zhǎng)度，節(jié)省了工程投資。

（4）結(jié)合運(yùn)行管理優(yōu)化細(xì)部設(shè)計(jì)。為防止小石子等異物卡阻，便于閘門(mén)落底，將底板頂面寬1.4 m范圍做底坎，坎頂抬高0.2 m，基本不影響水閘過(guò)流；將樓梯間兼做檢修門(mén)庫(kù)，軌道梁直接連接閘室和檢修門(mén)庫(kù)，方便檢修閘門(mén)直接入庫(kù)，無(wú)需二次調(diào)運(yùn)，方便運(yùn)行管理。

6 結(jié) 語(yǔ)

李莊閘是徐州市近年來(lái)本地建設(shè)規(guī)模最大的水閘，工程設(shè)中采取了一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)，既節(jié)省投資又方便管理，該工程投入運(yùn)行良好，發(fā)揮了較好的工程效益。該工程設(shè)計(jì)成果對(duì)今后徐州湖西區(qū)的水閘設(shè)計(jì)具有一定的借鑒作用。