沙汪河闸有关的初步设计报告

'连云港市加快海堤达标重点堤段达标建设实施方案赣榆县沙汪河挡潮闸拆建工程可行性研究报告连云港市水利规划设计院二○○五年五月 连云港市海堤达标工程赣榆县沙汪河挡潮闸拆建工程可行性研究报告批准：蒋春祥核定：梁化成审查：孙国昌项目负责人：明艳李运昌参加人员：高圣泉姜波李大旭张伟 目录第一章综合说明1第一节工程现状1第二节工程主要存在的问题2第三节工程拆建缘由3第二章水文6第一节流域概况6第二节水文气象6第三章工程地质9第一节概述9第二节工程勘察成果13第四章工程布置及工程设计14第一节工程等别和标准14第二节工程选址14第三节工程设计14第五章施工组织设计32第一节施工条件32第二节施工布置33第三节主体工程施工34第四节施工总进度36第六章工程占地及移民安置37第七章环境影响评价37第八章工程投资估算38 第一章综合说明第一节工程现状沙汪河挡潮闸位于赣榆县青口镇小沙村东北，沙汪河入海口上游2000米处。该闸于1965年11月开工兴建，1966年3月竣工交付使用。沙汪河挡潮闸为开敞式块石钢筋砼混合结构，共4孔，每宽净宽2米；闸墩为浆砌块石钢筋砼混合结构，门槽处为钢筋砼结构，其余为浆砌块石结构，中墩厚0.8米，缝墩厚1.20米，边墩厚0.6米，墩顶高程5.5米，闸室总宽12.0米；底板为钢筋砼平底板，共2块，顶高程-1.0米，厚0.8米，顺水流向长13米；上游砼防渗铺盖长10米，干砌石护底长8.0米；下游采用下挖式消力池消能，消力池为140#砼结构，池深1.0米，长16米，厚0.8米；海漫为块石结构，前半段浆砌，后半段干砌，后接抛石防冲槽，海漫和防冲槽共长20米，闸身总长67.0米；闸上交通桥为钢筋砼板式结构，桥面高程5.5米，净宽4.0米，厚0.2米，按汽-6设计，汽-8校核；工作桥为钢筋砼板梁式结构，桥面高程8.0m，桥面宽2.5m；排架为浆砌石实体结构，与闸墩同厚；闸门为木结构，门顶高程3.2米，上设钢筋砼胸墙挡水，胸墙底高程3.0米，顶高程5.5米；闸门采用8t手电两用螺杆式启闭机启闭；岸墙为浆砌石空箱结构，与闸室边墩分离布置，宽6.0米，顶高程5.5米；上游翼墙为浆砌石重力式圆弧形挡土墙，墙顶高程4.8～3.2米；下游翼墙为浆砌石重力式直线形挡土墙，墙顶高程4.0～3.2米。沙汪河挡潮闸的主要作用是挡潮、御卤、防淤、排涝、蓄淡灌溉和淋洗盐碱荒地；设计保护4万人口、339 万余亩耕地免遭潮水洪涝威胁；该闸建成并投入运行后，沙汪河两岸3万余亩耕地解除了的内涝，下游1.5万余亩盐碱荒地经过淋洗变成了良田。该闸不仅起着挡御海潮，防止海水倒灌作用，同时起着防止沙汪河下游段河床淤积，并蓄淡灌溉等作用。沙汪河挡潮闸建成并投入运行以来，发挥了其挡潮、御卤、防淤、排涝、蓄淡灌溉和淋洗盐碱荒地的作用，社会效益、经济效益显著。第二节工程主要存在的问题1、设计标准低。该闸原按4级建筑物设计，随着海堤达标建设的深入进行，根据江苏省水利厅苏水管[1998]83号文“关于我省沿海挡潮建筑物达标建设设计标准的通知”的要求，沙汪河挡潮闸位于海堤上，应按2级建筑物设计。2、闸顶高程不足。该闸闸顶高程为5.5m，不满足海堤达标的要求。3、未考虑抗震设防。该闸位于7度地震烈度基本区，按《水闸设计规范》和《水工建筑物抗震设计规范》，必须进行抗震分析计算；原设计未考虑抗震设防，显然不符合规范要求，也存在不安全隐患。4、胸墙砼碳化严重，多处出现顺筋裂缝，局部保护层脱落，内部主筋锈蚀。5、交通桥病害严重。交通桥设计标准为汽—6级，为钢筋砼板式结构，厚0.2米；板底钢筋锈蚀情况极为严重，局部砼保护层剥落，砼强度大大降低，目前交通桥存在严重的安全隐患。39 6、闸门为木质结构，止水损坏。止水橡皮老化，门顶止水普遍破损，漏水严重，导致海水倒灌。7、上、下游护坡、消力池毁坏。上、下游护坡因年久失修，加之潮水冲刷，多处已坍塌；据现场管理人员多年观测，上游护坦、下游海漫、防冲槽毁坏严重，消力池多处裂缝，直接威胁闸身安全。8、上、下游河道淤积严重。由于平时闸门关闭挡潮蓄水，上游河道内水不流动，据观察分析，淤积厚度1.5米左右。下游受涨潮影响，海水带来大量泥沙淤存于闸下，严重影响水闸安全泄水。第三节工程拆建缘由一、工程检测资料江苏省水利建设工程质量检测站于1998年9月对沙汪河挡潮闸进行病害检测，并以苏水质检水工字（98）第041号提出“沙汪河闸病害检测报告”，现场检测结果如下：1、工作桥：现工作桥大梁为1996年更换的钢筋混凝土梁，外观检查：混凝土表面粗糙，气孔较多；未发现大梁裂缝及钢筋锈胀现象。砼碳化深度检测：2号孔大梁6～7mm、4号孔大梁3～5.5mm。砼表层回弹检测各测区评定回弹值为38，综合评定砼表层质量差。2、胸墙：胸墙为140#钢筋混凝土结构，厚15cm。从检查情况看：砼表面普遍露砂；胸墙下端20cm高范围钢筋锈胀现象较普遍，局部砼剥落，钢筋截面积锈蚀率>5%。碳化深度大于钢筋保护层厚度。3、交通桥：为20cm厚×100cm39 宽钢筋砼预制板，每孔铺设8块。外观检查：板底钢筋锈蚀情况较严重，每孔的边板普遍露筋，钢筋锈蚀率>10%，中间板块普遍钢筋锈胀，局部保护层砼剥落。砼炭化深度检测：2#孔为11～13mm；4#孔为12～17mm。砼表面回弹检测各测区平均回弹值为47～48，综合评定砼表面层质量为一般。4、闸门：闸门为96年更换的木质门。闸门宽×高为2.28m×4.2m。外观检查：门体结构及侧止水装置完好，门顶未装设止水。5、闸墩、翼墙及护坡闸墩及上下游翼墙为100#浆砌块石结构，每孔闸墩间设有6根20×20cm钢筋砼撑梁（上游侧4根，下游侧2根），从检查情况看，下游翼墙局部顶面块石受渔船碰撞脱落，墙面块石勾缝砂浆质量较差，长期以来受水流侵蚀已大片脱落；撑梁钢筋锈胀保护层开裂现象较普遍，严重部位砼剥落。闸墩门槽部位为钢筋砼结构，检测砼碳化深度为40mm～80mm，检测结果表明砼碳化深度已达到钢筋保护层厚度。二、工程鉴定意见江苏省水利专家委员会、省水利厅、连云港市水利局联合成立了安全鉴定专家组对沙汪河挡潮闸的稳定及结构强度进行了安全鉴定，其主要鉴定意见如下：1、沙汪河挡潮闸建于1966年，该闸原按4级建筑物设计，规划设计标准较低，根据海堤达标要求，沙汪河挡潮闸应提高为2级建筑物。该闸胸墙顶部高程和地震期整体稳定不满足规范要求，墩墙为砌石结构，不符合抗震设计要求。2、该闸环境条件类别为四类，根据《水工混凝土结构设计规范》中结构耐久性的有关规定，素砼要求最低强度等级为C20，现底板为140#素砼，不满足规范要求。39 3、沙汪河挡潮闸砼构件普遍存在碳化现象。胸墙混凝土表层成块剥落，钢筋裸露、锈蚀严重。胸墙与门顶间止水失效，漏水严重，导致海水倒灌。公路桥混凝土碳化较深，砼鼓胀、开裂。交通桥、工作桥桥板已普遍出现顺主筋向的通长裂缝，存在严重的安全隐患。4、闸门为木质结构，损坏严重；止水橡皮老化、损坏，部分止水压板锈穿，漏水严重。5、下游消力池局部损坏，下游块石护坡因年久失修，局部已坍塌。6、上、下游河道淤积严重，淤深在1.5米以上，影响水闸安全泄水。7、工程管理制度较为健全，控制运行方式基本正常，但管理设施陈旧。三、专家论证意见该闸经省水利厅及连云港市水利专家进行安全类别评定，按照水利部《水闸安全鉴定规定》（SL214—98）的第6.0.2条分类标准，评定为四类闸。综上所述，沙汪河河挡潮闸整体结构在强度和稳定性方面都严重地不足，不能满足现行条件下的工程安全要求。加上该闸建成已近半个世纪，各种材料和设备日趋老化，已失去继续加固的意义。为了确保沙汪河两岸人民生命财产的安全及各产业的共同发展，拟对沙汪河挡潮闸拆除重建，本次可研也按拆建方案设计。39 第二章水文第一节流域概况沙汪河原是青口河分洪的南堤排水沟，1965年拓浚成河。上游沿莒青干渠北侧，经王留、南庵、五里墅3座节制闸至沙汪河挡潮闸，经分洪口排水入海，全长16公里，流域面积43.6平方公里。第二节水文气象一、水文地质沙汪河挡潮闸位于赣榆县城东北方向，附近有小沙村。气候湿润，四季分明，全年七八月份气温最高，月平均气温26.8℃，年平均气温13.7℃，最高气温可达40℃，大于35℃的高温天气平均每年8.7天，一月份最冷，月平均气温-0.2℃，最低气温为-18.1℃，小于-10℃的日数平均每年不到6天。年降水量为939.6毫米，冬夏季降水不均，6-8月份降水量占全年总降水量的63%。全年有降水日为94.4天，7月份最多，达15天，1月份最少，为4天，年蒸发量1250毫米。冬季有积雪日数7.2天，最大积雪深度28厘米。场地地表水主要为淡水与海水混合，地下水类型为潜水及承压水，地下水与地表水通连，其变化主要受地表水影响。承压水主要分布于第5、7层砂层中，第4层原为弱承压力，但人为影响与上层水相通。其补给来源主要为地表水体及大气降水的渗入。排泄主要以蒸发及侧向迳流为主。承压水主要潜水入渗及侧向径流入渗，排泄以向粘土层入渗及侧向径流为主。39 初见地下水位情况数据个数初见水位埋深（米）初见水位埋标高（米）最小值最大值平均值最小值最大值平均值２１.００１.００１.００２.１０２.２１２.１６稳定地下水位情况数据个数初见水位埋深（米）初见水位埋标高（米）最小值最大值平均值最小值最大值平均值２０.９０１.０００.９５２.２０２.２１２.２１根据区域水文地质资料及当地建筑经验，按环境类型水对混凝土结构的腐蚀性，判定结果：腐蚀性类型为结晶类硫酸盐型，其中地表水对混凝土具弱腐蚀性，地下水对混凝土具中腐蚀性。二、气象1、本区处于亚热带向暖温带过渡性气候带，属于半湿润季风气候区，冬季干冷，夏季湿热，四季分明，年平均降水为976.4毫米，降水日数69～117天，多年平均96.3天。降水量比同纬度的徐州年降水量多100多毫米，显示了海洋性气候对海岸带的影响。年平均气温12.1～14.1℃，无霜初期为4月6日，终霜期11月1日，间隔日数平均为157.2天。年蒸发量为江苏省之冠，一年平均水面蒸发1100毫米，陆面蒸发为640毫米，干旱指数r＝0.67。全年最多的风向为：N—NE—NEN，频率10％左右，1～6月自N—NE—SSE顺时针转，7～12月SSE—NE—N，反时针转。陆上年平均风速3～4m/s，海上年平均风速4～7m/s。三、潮汐39 沿海潮汐以无潮点（34°30′N121°10′E附近）为中心的旋转潮波控制整个海区，此旋转潮波为从东海传向黄海，继续北上过程中因山东半岛海岸反射等原因形成左旋潮波。赣榆浅海由北而南，涨潮时间逐渐推迟，涨落平均历时约4小时，高潮汐流约0.42～0.5小时，低潮汐流约0.5小时。由北向南，高潮发生时间不断推迟，平均间歇6～7小时，一般涨潮流速大于落潮流速。39 第三章工程地质第一节概述一、地层结构：本场区勘察深度范围内，地基土自上而下分为如下7层。1层素填土：灰褐色，湿、松散，以粘性土为主，夹杂少量砂石。场区普遍分布，厚度：0.91-1.30m，平均1.10m；层底标高：3.10-3.21，平均3.16m。2层粘土：灰褐色，局部夹中砂团块，软塑。场区普遍分布，厚度：1.10-1.10m，平均1.10m；层底标高：2.31-2.31m，平均标高2.31m；层底埋深：0.90-0.90m，平均0.90m。3层淤泥质粘土：灰色，夹大量砂，互层，软塑～流塑。场区普遍分布，厚度：1.00-1.00m，平均1.00m；层底标高：1.21-1.21m，平均1.21m；层底埋深：2.00-2.00m，平均2.00m。具有高含水量，高灵敏性的特点，为不良工程地质层，应采取相应处理措施。4层粉细砂：灰黄色，饱水，土质不均，局部夹粘土或淤泥，含贝壳碎片，松散。场区普遍分布，厚度：4.30-4.30m，平均厚度4.30m；层底标高：0.21-0.21m，平均0.21m；层底埋深：3.00-3.00m，平均3.00m。具中等渗透性，应采取相应的防渗措施。5层中砂：灰黄色，饱水，级配好，主要由石英及长石粒组成，局部夹粘土团块，摇振反应强，中密。场区普遍分布，厚度：1.70-1.70m，平均1.70m；层底标高：-4.09--4.09m，平均-4.09m；层底埋深：7.30-7.30m，平均7.30m。6层粘土：黄褐色，含钙质结核，直径约5cm39 左右，底部粉粘含量较高，切面稍光滑，干强度高，韧性高，无摇振反应，硬塑。场区普遍分布，厚度：6.75-6.75m，平均6.75m；层底标高：-5.79--5.79m，平均-5.79m，层底埋深：9.00-9.00m，平均9.00m。7层粗砂：粗砂：灰黄色，级配较好，局部夹粘土薄层，中密。该层只在JZ02孔揭示，未揭穿。四、岩土工程分析评价1、地层承载力：根据标贯测试统计结果，场地地基土承载力特征值评价如下：1层素填土[σ0]=60KPa2层粘土　[σ0]=70KPa3层土淤泥质粘土[σ0]=50KPa4层粉细砂　　　[σ0]=85KPa5层中砂　　　[σ0]=240KPa6层粘土　　　　[σ0]=220KPa7层粗砂　　　　　[σ0]=310Pa2、场地土地震效应：场地的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g。设计地震分组为第三组。3．场地稳定性和适宜性评价该场地地形高差不大，拟建场地虽处于我国著名的郯-庐断裂东侧，但该断裂近百年来无活动迹象，因此，判别场地稳定性较好，场地地貌类型单一，地层结构简单，分布较连续，厚度较稳定，物理力学性质较均匀，适宜该闸的改建。4．岩土层渗透性评价：39 根据区域地质资料及当地经验，第２层粘土层具弱渗透性，第３层淤泥质粘土具级弱渗透性，第４层粉细砂为弱-中渗透性。（最终以土工试验为准）5．不良地质层1）软土场地内普遍存在淤泥质粘土，含水量高，强度低，压缩性大，该层土厚度分布变化不大，为不良地质层，设计时应充分考虑其对拟建工程的不利影响。2)液化土根据勘察资料，本场地存在第４层粉细砂及第５层中砂液化砂土，经液化判定第四层为轻微液化。第五层中砂为不液化土；详见下表：（最终以结合土工试验数据判断为准）JZ01孔砂（粉）土液化指数计算成果表顺序号层号标贯起始深度ds"(米）标贯实测基数N"63.5(击）粘粒含量ρc(%)地下水位dw"(米）标贯起始深度ds（米）地下水位dw(米）标贯校正基数N63.5(击）临界标贯基数Ncr(击）判别结果143.456.031.003.451.006.007.80液化244.957.031.004.951.007.007.86液化346.457.031.006.451.007.008.76液化457.9515.031.007.951.0015.009.66不液化39 JZ02孔砂（粉）土液化指数计算成果表顺序号层号标贯起始深度ds"(米）标贯实测基数N"63.5(击）粘粒含量ρc(%)地下水位dw"(米）标贯起始深度ds（米）地下水位dw(米）标贯校正基数N63.5(击）临界标贯基数Ncr(击）判别结果146.4517.030.96.450.917.008.82不液化247.9526.030.97.950.926.009.72不液化三、结论与建议1、该场地地形高差不大，判别场地稳定性较好，场地地貌类型单一，地层结构较简单，分布较连续，厚度较稳定，物理力学性质较均匀，适宜工程改建。2、改建闸坐落于地坪土层内，场地内普遍存在淤泥质粘土，厚度分布相差不大，为不良工程地质层，将使基础产生沉降，设计时应充分考虑其对拟建工程的不利影响。在力学强度上本层应作相应的处理才能满足基础对地基持力层的要求。第２层为弱透水层。第3层为极弱透水层。第4层为弱－中渗透，应考虑防渗问题，采取相应的防渗措施。第4层粉细砂为松散，施工应采取相应的措施，防止出现流砂及涌砂现象。3、场地的抗震设防裂度为7度，属第三组，设计地震基本加速度为0.10g。4、39 根据区域水文地质资料及当地建筑经验，按环境类型水对混凝土结构的腐蚀性，判定地表水对混凝土具弱腐蚀性，地下水对混凝土具中腐蚀性；按地层渗透性，水对混凝土结构的腐蚀性判定水对混凝土结构的腐蚀性无。第二节工程勘察成果见附图39 第四章工程布置及工程设计第一节工程等别和标准1、建筑物等级:2级2、工程设计标准:（1）挡潮水位按100年一遇设计，200年一遇校核。（2）交通桥标准：原设计旧汽-6，现在较多超载车辆通过，按汽-15重新设计。3、地震设计烈度：7°第二节工程选址原址拆建。第三节工程设计一、设计工况设计情况：正向挡水上游水位▽2.50m，下游水位▽-1.00m反向挡水上游水位▽1.00m，下游水位▽4.67m校核情况：反向挡水上游水位▽1.00m，下游水位▽4.83m正向挡水上游水位▽2.50m，下游水位▽-1.00+7°地震反向挡水上游水位▽1.00m，下游水位▽4.67m＋7°地震二、孔径设计与原有老闸总净宽相同，由原来的4孔×2米改为1孔×8米。三、消能防冲设计39 1计算工况拟定假定上游内河水位达到最高汛限水位2.5m，下游低潮位1.0m时紧急开闸泄洪。2消力池深度计算计算式采用《规范》式（B.1.1-1）～(B.1.1-4)，初拟池深d=1.0m。2.1有关参数确定①水跃淹没系数σ0取1.1②水流动能校正系数α取1.05③过闸单宽流量q=101/8=12.6m2/s④消力池首端宽度b1=8m⑤消力池未端宽度b2=15.6m⑥由消力池底板顶面起算的总势能T=H0+d=4.2m⑦出池河床水深hs=2.0m⑧流速系数φ取1.0（根据《水闸》第二版P89表2-15）2.2收缩水深计算计算式采用《规范》式（B.1.1-3），将上述有关参数值代入计算，收缩水深hc=0.81m。2.3跃后水深计算计算式采用《规范》式（B.1.1-2），将上述有关参数值及hc值代入计算，跃后水深hc“=2.53m。2.4出池落差计算计算式采用《规范》式（B.1.1-5），将上述有关参数值及hc、hc“值代入计算，出池落差△Z=0.22m。2.5消力池深度计算39 d=1.1×2.53-2.0-0.22=0.563m考虑实际运用中可能出现的不利情况，选定消力池深度d=1.0m。3消力池长度计算计算式采用《规范》式（B.1.2-1）、（B.1.2-2），式中β取0.8，消力池与底板连接段坡比1：4。水跃长度Lj=6.9×(2.53-0.81)=11.87m消力池长度Lsj=1+4+0.8×11.87=14.50m计及消力池坡前平台及尾坎长度，消力池全长取20m。4消力池底板厚度计算按抗冲和抗浮要求，分别采用《规范》式(B.1.3-1)和(B.1.3-2)计算。4.1抗冲t=k1×q0.5×△h0.25=0.2×6.850.5×1.00.25=0.71m4.2抗浮t=k2(u+w+pm)/γb，式中k2取1.2作用于消力池底板底面的扬压力u=48.5kpa作用于消力池底板顶面的水重w=40kpa作用于消力池底板上的脉动压力pm取跃前收缩断面流速水头值的5%。V1=101/(0.81×8)=15.6m/s，H1=V12/(2g)=124kpapm=1240×5%=6kpa消力池底板的饱和重度γb取25kn/m3将上述各值代入式（B.1.3-2）计算得t=0.61m。综合抗冲与抗浮计算结果，取池厚t=0.8m。39 5海漫长度计算消力池末端宽度15.6m，qs=101/15.6=6.47m2/s，qs0.5×△h’0.25=1.98，在1-9范围内，且消能扩散良好，故海漫长度可按《规范》式（B.2.1）计算。海漫长度系数ks取7.5，将上述有关各值代入式（B.2.1）,计算得海漫长度Lp=14.85m，取Lp=15m。6河床冲刷深度计算海漫未端的河床冲刷深度按《规范》式(B.3.1)计算即：dm=1.1×qm/[V0]-hm式中：qm=101/21.4=4.71m3/s，hm=2m，[V0]=1.1m/s，则：dm=1.1×4.71/1.1-2=1.45m故在海漫未端设抛石防冲槽，槽深d取1.5m。7闸门控制运用方式拟定由上述计算可知，水闸运行时，应严格控制始流条件下的闸门开度，避免闸门停留在振动较大的开度区泄水。开启闸门泄洪时，闸下水位必须达到1.0m以上。下游水低于1.0m时，应严格控制泄洪流量，严禁在下游水位低于1.0m时闸门全部开启泄洪四、防渗设计1、地下轮廓设计t闸室地下轮廓布置图2、渗径验算设计防渗长度：39 L＝40+50+40+800+210+100+1200+100+70+950+80+50+20＝3730cm＝37.3m参照《规范》表4.3.2，按保守考虑，选定C=9，=4.83－1.0=3.83m，则：=9×3.83＝34.47m