吳昌新 林 農(nóng) 陳 堅(jiān) 徐子令

預(yù)應(yīng)力技術(shù)在朝東圩港樞紐閘站工程中的應(yīng)用

吳昌新 林 農(nóng) 陳 堅(jiān) 徐子令

一、工程概況

1.基本情況

張家港市朝東圩港樞紐閘站工程位于張家港市朝東圩港河道與長江的交匯處，距長江邊200m。工程以防洪、排澇、擋潮、引水為主，兼顧通航。泵站在枯水期從長江引水通過朝東圩港將水送至市區(qū)河道，改善城區(qū)河道水環(huán)境；當(dāng)汛期潮位高于內(nèi)河水位時(shí)通過泵站抽排。節(jié)制閘主要作用為排除汛期朝東圩港圩區(qū)澇水，或者通過自引江水送水到市區(qū)河道。朝東圩港為VI級(jí)航，通過節(jié)制閘通航孔通航。

2.工程地質(zhì)

節(jié)制閘底板底高程為-1.8m，位于②層（Q4al-pl）青灰、灰色粉砂夾薄層粉質(zhì)粘土，松散，中壓縮性，中等透水，力學(xué)強(qiáng)度低，地基承載力為75kPa。泵站底板底高程為-5.6m，位于③層（Q4al-pl）灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)壤土，夾薄層砂壤土，流塑，高壓縮性，極微透水，力學(xué)強(qiáng)度低，地基承載力為60kPa。節(jié)制閘和泵站地基均需要處理。

二、工程特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

1.工程總體布置

朝東圩港樞紐閘站工程由節(jié)制閘和泵站兩部分組成，從減少征占地、便于運(yùn)行管理以及進(jìn)出水引河的流態(tài)等因素考慮，采用閘站結(jié)合的布置方案，泵站采用堤身式布置，站身順?biāo)飨蚩傞L為30.50m，總寬17.50m，進(jìn)出水流道采用“X”字型雙向流道，可抽排、抽引，亦可利用下層流道開通自排、自引。

因節(jié)制閘與泵站底板高程相差4m，兩座建筑物之間的連接成為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本工程設(shè)計(jì)采用空箱隔墻及上、下游導(dǎo)流墻分隔節(jié)制閘和泵站，既解決了高差問題，又改善了進(jìn)出水的水流條件，提高了泵站的運(yùn)行效率，同時(shí)防止了河道的沖刷?？障涓魤?m，長30.5m；上游導(dǎo)流墻長31.5m，下游導(dǎo)流墻長24.5m。

2.地基處理方案選擇

由于樞紐場地為長江下游沖積平原區(qū)，場地土類型為軟弱場地土，強(qiáng)度較低，力學(xué)性能差，需進(jìn)行地基處理。設(shè)計(jì)對(duì)水泥土深攪樁復(fù)合地基和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)兩種方案進(jìn)行了比較，從造價(jià)分析看，水泥土深攪樁比鉆孔灌注樁投資少，但從張家港市以往施工過的同類泵站情況看，水泥土深攪樁的安全可靠度較差，質(zhì)量難以控制，且施工周期長、施工工藝要求高、質(zhì)量檢測也較復(fù)雜。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)造價(jià)相對(duì)高一些，但施工工藝成熟，質(zhì)量易于控制，且施工期短?？紤]到該樞紐工程施工工期緊，同時(shí)地方對(duì)該樞紐工程的安全性要求較高，故設(shè)計(jì)泵站、節(jié)制閘、中隔墩及上、下游導(dǎo)流墩以及上、下游翼墻均采用Φ0.8m的C25鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)處理方案。站身部位樁中心距2.4 m×2.65m；節(jié)制閘閘墩部位樁中心距2.4 m×2.4m。為滿足防滲要求，在泵站和節(jié)制閘上、下游底板下采用0.22m厚C25混凝土地下連續(xù)墻與上下游翼墻連接形成封閉，較好地解決了地基防滲問題。地下連續(xù)墻在節(jié)制閘部位墻底高程為-8.0m，在泵站和翼墻部位墻底高程為-10.0m。

3.預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用于水工建筑物

節(jié)制閘底板為42m長一塊整底板，超過水閘設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的土基上分段長度不宜超過35m的要求。根據(jù)節(jié)制閘底板內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，按普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)計(jì)算，底板面層應(yīng)配置Φ25@100受力鋼筋，按正常使用極限狀態(tài)控制裂縫寬度要求計(jì)算，應(yīng)配置單層Φ25@75受力鋼筋或者雙層Φ25@150受力鋼筋。鋼筋配置太密，用鋼量較大，混凝土的振搗較難密實(shí)，為此特引入部分預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)理念。設(shè)計(jì)中考慮將底板面層和底層鋼筋各設(shè)置為兩層，外層配置一層Φ25@100受力鋼筋，主要作為結(jié)構(gòu)受力鋼筋；內(nèi)層配置一層預(yù)應(yīng)力鋼筋，主要作為結(jié)構(gòu)抗裂鋼筋，并且設(shè)置后澆帶。在底板中預(yù)埋波紋管，先期管中通水降低底板內(nèi)部混凝土溫度，底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。在底板垂直水流方向距離面層和底層20cm位置布置預(yù)應(yīng)力鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用7Φ4鋼絞線，間距0.8m。張拉時(shí)單束鋼絞線張拉控制力為84kN，上、下層同時(shí)張拉，張拉次序按鋼絞線編號(hào)對(duì)稱張拉。底板順?biāo)鞣较蛟趦蛇吙赘髟O(shè)置一道寬1.0m后澆帶，頂部和底部采用2[14a槽鋼進(jìn)行橫向頂撐，豎向采用∠7×4角鋼與槽鋼焊接形成骨架。在底板預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后采用C30微膨脹混凝土澆筑。通過這些措施，較好地解決了超長底板溫度應(yīng)力和不均勻沉降等問題。

4.機(jī)泵選型及流道設(shè)計(jì)

該泵站主要任務(wù)是引長江水治理城市水環(huán)境，且兼有排澇功能，屬于低揚(yáng)程泵站，設(shè)計(jì)對(duì)臥式軸流潛水泵方案和立式開敞式軸流泵方案進(jìn)行了比選。根據(jù)朝東圩港樞紐排、灌、引的要求，結(jié)合土建部分的設(shè)計(jì)，綜合考慮運(yùn)行性能的穩(wěn)定可靠性，機(jī)泵安裝、維修保養(yǎng)、經(jīng)費(fèi)投資等原則，設(shè)計(jì)采用立式開敞式軸流泵方案，選取2臺(tái)2000ZLB16-3.9開敞式立式軸流泵。單機(jī)設(shè)計(jì)流量為16m3/s，總設(shè)計(jì)流量為32m3/s。泵站采用2臺(tái)TL900立式同步電機(jī)，單機(jī)容量為900kW。由于泵站選用同步電機(jī)，可向電網(wǎng)輸送無功功率，不需進(jìn)行無功補(bǔ)償。

在流道設(shè)計(jì)中對(duì)單向流道和雙向流道從裝置效率、經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行管理等方面進(jìn)行了比較，設(shè)計(jì)采用雙層涵洞式進(jìn)出水流道，流道進(jìn)、出口設(shè)置兩道閘門，通過閘門控制可方便地實(shí)現(xiàn)雙向抽水，也可利用下層流道自排、自引。單孔流道凈寬6.5m，共2孔，上層流道凈高3.0m，下層流道凈高3.2m。為了改善水泵進(jìn)口處的流態(tài)，水泵葉輪室進(jìn)口下方增設(shè)混凝土喇叭管，葉輪下部設(shè)導(dǎo)水錐。

三、工程先進(jìn)性和創(chuàng)新特點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力混凝土是為了避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫過早出現(xiàn)，充分利用高強(qiáng)鋼筋及高強(qiáng)混凝土，設(shè)法在混凝土結(jié)構(gòu)承受使用荷載前，通過施加外力，使構(gòu)件受到的拉應(yīng)力減小，甚至處于壓應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土構(gòu)件。目前，預(yù)應(yīng)力混凝土已經(jīng)廣泛用于工業(yè)與民用建筑及交通工程，但預(yù)應(yīng)力技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用還比較少。該工程將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用到超長節(jié)制閘底板中，創(chuàng)新地解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)與地基情況下大規(guī)格底板的設(shè)計(jì)問題，成功地實(shí)現(xiàn)了預(yù)防不均勻沉降和溫度應(yīng)力影響產(chǎn)生的裂縫等技術(shù)難點(diǎn)，與國內(nèi)外同類工程先進(jìn)程度相比較處于領(lǐng)先地位。

節(jié)制閘底板厚1.8m，屬于大體積混凝土，借鑒船閘工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過設(shè)置后澆帶，能有效地降低邊荷載，減少底板彎矩，并且有利于大體積混凝土的散熱，減少因水化熱產(chǎn)生的溫度裂縫。

四、結(jié)語

張家港市朝東圩港樞紐工程建成后底板未見任何裂縫，投入使用以來，運(yùn)行情況良好。預(yù)應(yīng)力技術(shù)在水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的成功實(shí)踐與應(yīng)用，減少因結(jié)構(gòu)太長而設(shè)置伸縮縫產(chǎn)生的不均勻沉降和溫度應(yīng)力影響產(chǎn)生的裂縫，為超長結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。在南水北調(diào)東線泗洪站樞紐工程船閘閘首工作橋19.2m長框架梁中也采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，降低了梁高，減少了梁的撓度，防止了裂縫產(chǎn)生。該技術(shù)在同類型的水閘義澤河閘41.4m長的一塊超長底板中也得到了成功的應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力技術(shù)還可以應(yīng)用于大型泵站的進(jìn)出水流道以及大型水閘的公路橋和工作橋梁等結(jié)構(gòu)以防止溫度應(yīng)力，具有廣泛的應(yīng)用前景。

（作者單位：淮安市水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 223005）

（專欄編輯：張 婷）