孫菁

（上海勘測設計研究院，上海 200434）

望亭水利樞紐更新改造工程設計

孫菁

（上?？睖y設計研究院，上海 200434）

論述了該工程的改造原因和設計思路，采用技術方案及改造前后的效果。更新改造工程措施后，確保了引江濟太及望亭水利樞紐工程的安全運行。

望亭水利樞紐；改造；設計；流域供水

1 工程概況

1.1 工程概況

望亭水利樞紐（又稱望亭立交工程）是望虞河穿越京杭運河的交叉建筑物，位于江蘇省蘇州市相城區(qū)望亭鎮(zhèn)以西，望虞河與京杭大運河交匯處，上游距望虞河入太湖口2.2km、距沙墩港大橋1.0km，下游距滬寧鐵路橋1.2km。

望亭水利樞紐是望虞河上的一項關鍵性工程，同時又是環(huán)太湖大堤重要口門控制工程，工程為2級建筑物。

望亭水利樞紐原設計主要任務：如遇1954年洪水（約50年一遇）5～7月排泄太湖洪水23.1億m3；需要時與望虞河常熟樞紐配合引長江水入太湖，并防止京杭運河污水進入太湖，保障京杭運河正常通航。

1.2 望亭立交工程現(xiàn)狀

1.2.1 水工建筑物布置

望亭水利樞紐與京杭運河采用立交布置形式，望虞河與運河在平面上呈60°斜交。上部為京杭運河航槽，采用鋼筋混凝土矩形斷面，槽寬60m，底高程-1.70m；下部為望虞河泄洪管涵，采用鋼筋混凝土矩形倒虹吸管涵，共9孔，單孔斷面7m×6.5m（寬×高），總過水面積400m2，設計流量400m3/s，洞底高程-9.60m，管涵長102.8m。采用三孔一聯(lián)的鋼筋混凝土箱形結構。

工作閘門及交通橋布置在上游管首，啟閉機房平面呈九曲型布置，采用鋼筋混凝土排架結構，啟閉機高程15.00m。中控樓布置在望虞河西岸側。涵管的管首和管尾分別設置檢修門槽。

1.2.2 閘門系統(tǒng)

樞紐上游管首處設9孔工作門，工作閘門采用正向定輪支承、反向滑塊支承的平面鋼閘門，上、下管首處各設檢修門槽，配置疊梁式平板檢修門，采用臨時起吊設施起吊。

工作閘門設計以正向擋水水位組合為控制條件，上游設計高水位4.64m和正常高水位3.80m時，相應下游水位4.20m和3.0m，水位差分別為0.44m和0.80m。閘門設計無反向操作工況要求。

1.3 工程存在主要問題

蘇錫常地區(qū)目前是蘇南乃至長三角地區(qū)重要的經(jīng)濟中心之一，望亭水利樞紐工程是太湖地區(qū)主要的引排通道，對該地區(qū)人民生命財產(chǎn)的防洪安全和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。望亭水利樞紐目前運行中存在的問題：①工作閘門正向閉門受阻、反向閉門漏水嚴重，閘門系統(tǒng)目前已不能滿足現(xiàn)狀運行要求，在規(guī)劃工況下，雖然望虞河西岸的有效控制，可緩解立交閘門系統(tǒng)處于較大反向水頭的不安全運行狀態(tài)，但仍不滿足望虞河引江濟太需置換污水對閘門安全操作的要求；②檢修閘門變形和銹蝕明顯、疊梁漏水嚴重；③相關的管理設施（如閘上交通、監(jiān)控）不配套等。

1.4 工程更新改造主要內(nèi)容

望亭水利樞紐更新改造工程洪水標準按50年一遇洪水進行加固設計，并需滿足遭遇1999年實況洪水（太湖水位創(chuàng)歷史新高，達4.97m）時工程安全運行。同時對1971年型供水進行望亭立交工程過流能力及安全復核；考慮今后提高到100年一遇洪水標準及擴大引江濟太的工程的要求。其主要內(nèi)容有：①中控樓及啟閉機房改建；②新建上、下游人行交通橋；③工作閘門、檢修門和啟閉機更新及工作門槽改造。

2 主要建筑物改造

2.1 啟閉機房

2.1.1 原結構安全度復核

（1）望亭水利樞紐工程為2級建筑物，建設時間為1990年，設計采用SDJ20—78《水工鋼筋混凝土結構設計規(guī)范》，其安全系數(shù)取值K=1.5。

原啟閉機房主梁截面承受的彎矩值為850kN· m，更新改造后需承受的彎矩值為1002kN·m。按根據(jù)SDJ20—78《水工鋼筋混凝土結構設計規(guī)范》計算，更新改造后的安全系數(shù)為1.21。雖然結構安全，但不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，需進行加固處理。加固計算條件：①根據(jù)金屬結構專業(yè)提供的本工程啟閉機容量2×200kN的啟閉力；②根據(jù)建筑專業(yè)對本次加固工程啟閉機房上部結構提供的荷載圖；③《望亭水利樞紐啟閉機工作橋現(xiàn)場安全檢測報告》（上?？睖y設計研究院工程檢測中心2010.10）對現(xiàn)有工程的混凝土、鋼筋等指標的檢測數(shù)據(jù)。

（2）根據(jù)GB50367—2006《混凝土結構加固設計規(guī)范》，對啟閉機平臺主梁ZL1、ZL2，橫梁HL4的正截面和斜截面進行加固。

（3）橫梁HL4負彎矩加固采用寬200mm，厚4mm Q345鋼板，梁上全斷面加固；鋼板用膠粘劑粘貼在鑿毛清潔后的混凝土結構面上（即啟閉機平臺地面），上部采用準12@250化學錨栓梅花型植入梁內(nèi)140mm。

（4）主梁ZL1、ZL2正彎矩加固采用寬250mm、厚8mm的Q345鋼板，鋼板用膠粘劑粘貼在鑿毛清潔后的梁底混凝土結構面上，斜截面加固采用封閉箍，通過封閉箍頂螺栓加預應力，使加固鋼板與混凝土結構緊密連接，共同變形作用。封閉箍端部寬200mm、厚4mm，中間寬150mm、厚4mm，封閉箍上端及中部設置兩道縱向鋼壓條，用準12化學錨栓植入梁內(nèi)140mm固定在梁上。封閉箍與腰間鋼壓條焊接，封閉箍與加固鋼板焊接。鋼板與混凝土結構之間采用結構膠粘結以提高安全度。

2.1.2 工字鋼簡化計算

（1）粘貼鋼板若結構膠失效后，加固鋼板及箍筋按工字鋼簡化計算。工字鋼下翼緣厚8mm、寬280mm，腹板厚4.77mm、高900mm。上翼緣考慮混凝土受壓情況，翼緣厚采用100mm，寬1500mm。

（2）經(jīng)驗算工字鋼截面抵抗彎矩值為1098kN·m，按1/3折算抵抗彎矩值366kN·m，該梁能承受的彎矩值1216kN·m，大于1002kN·m。說明即使結構膠失效，該梁依然安全可靠。

（3）中控樓。原中控樓及樓梯間均位于京杭運河岸邊，共3層，每層面積為53.2m2，總面積160m2。新建中控樓高度與原中控樓保持一致，為3層，面積擴大至每層面積210m2，總面積641m2。

原中控樓為條形基礎，坐落于京杭運河翼墻上，為鋼筋混凝土箱格結構。底高程-11.1m，底面積260m2。修正后的地基承載力特征值304.5kPa。改造后的中控樓，仍為條形基礎，坐落于箱格之上，經(jīng)計算，在各種工況下，箱格底部的最大地基應力281.84kPa，平均地基應力223.51kPa，滿足要求。

對于中控樓和啟閉機房的改造，針對不同位置和要求，中控樓和啟閉機房上部結構采用拆除重建，對于啟閉機工作橋，則考慮施工的時段與工期要求采用粘貼鋼板加固。

2.2 上、下游管首人行交通橋

為了方便上下游管首間交通，在上下游設人行交通橋，橋梁跨度70.12m，為使橋梁與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，設計采用鋼桁架結構。橋梁凈寬3m，上部拱肋采用D600×24mm鋼管，下部系梁采用D600×16mm鋼管，上下采用D194×10mm人字型拉桿，底部采用采用D299×12mm鋼管橫梁，橫梁上面自上而下分別為10mm塑膠墊層、3mm花紋鋼板和7.5mm壓型板。兩岸沿京杭運河岸邊設獨立基礎。梁底高程不小于11.65m。兩岸均采用采用室外樓梯上下橋。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，兩邊橋臺基礎均設在原運河擋墻之上，上游側為方樁基礎的扶壁式L型擋墻，下游側為格構型箱式擋墻，兩岸擋墻結構均較為復雜，若采用鉆孔灌注樁基礎，下部結構的樁基和格構無法避讓，因望亭立交工程已竣工10多年，下部結構存在著一些不確定因素，且采用樁基若鉆開擋墻底板后樁基與底板的連接、止水等均難以處理，施工難度較大，需對上、下游進行處理。

（1）上游側。橋臺基礎下部為扶壁式樁基翼墻，天然地基土的承載力特征值為70kPa，采用基礎換填3m粗砂，進行換填處理。

（2）下游側。北岸橋臺基礎坐落于岸墻箱格上，箱格地基坐落于7層土上，地基承載力修正值304.5kPa，北岸基礎下?lián)Q填400mm厚粗砂直接坐落于箱格上。

通過換填處理，兩岸的基礎能夠滿足規(guī)范要求。

2.3 閘門系統(tǒng)和電氣改造

2.3.1 工作閘門

工作閘門采用焊接結構，設置三主橫梁，近似等荷載布置；兩側設有邊梁，主橫梁與邊梁形成主受力框架，邊梁上閘門支承采用滾輪；面板位于下游側。閘門采用雙吊點，門葉結構材料采用Q235B。

止水裝置設于面板側，采用L+P型的組合止水，頂止水采用P型，頂、側、底止水共同形成“□”型結構。

支承滾輪裝置采用懸臂輪，每扇閘門設4只，輪徑均為準690mm，材質(zhì)ZG270-500，輪軸40Cr。

滾輪的支承軸套采用自潤滑、低摩阻、大承載，一方面可減少檢修維護的工作量，另一方面可進一步降低滾輪的綜合摩阻系數(shù)。

為避免水生物在門槽內(nèi)生長后的影響，在門葉上設置清除裝置，使其在閘門啟閉過程中盡可能多地清除水生物。

固定啟閉機采用閉式傳動，型號為QP型，容量2×200kN，吊點距3.75m，揚程17.0m，共9臺，布置于15.0m高程的啟閉機機房內(nèi)。

2.3.2 檢修閘門

檢修閘門采用疊梁式。管涵的上、下游管首各設1套，采用疊梁浮箱式，啟閉操作采用汽車吊。

為減小檢修閘門存放時的占地，結合啟閉排架的高程確定單節(jié)疊梁的高度。按檢修水位3.50m考慮，檢修閘門的總高度為13.50m，結合運輸尺寸的要求，按單節(jié)疊梁高度取2.70m。

每節(jié)疊梁采用雙主橫梁，兩側設有邊梁，主橫梁與邊梁形成主受力框架，邊梁上設有閘門支承，支承采用滑塊。閘門面板位于迎水側。

除主橫梁、邊梁外，水平向和垂直向還設有水平次梁及縱隔板，所有梁系均采用同層布置。閘門采用雙吊點，吊點距5.0m。閘門門葉結構的材料采用Q235B。

閘門底止水設于面板側，采用方頭P型水封；側止水設于門背側，采用P型水封，底水封、側水封之間通過搭接水封形成完整的止水。每節(jié)疊梁的頂部皆作為上節(jié)疊梁的底檻。

所有疊梁采用同一設計，可互換，增加了檢修操作的便利。

疊梁檢修閘門的主支承采用滑塊，每節(jié)4只，反向設置限位導向裝置，以確保疊梁下放時能準確就位。上、下節(jié)之間設置對位裝置，以保證上、下節(jié)之間側水封之間的對位、底水封與座板之間的定位準確，從而保證檢修時的止水效果。

2.3.3 工作門槽埋件

望亭水利樞紐運行多年以來，工作門槽埋件銹蝕變形嚴重，水生物附著嚴重，閘門啟閉困難，予以更新。

工作閘門采用Ⅰ型門槽，本次改造涉及部分有主軌、反軌、門楣。所有埋件外露表面均采用復合不銹鋼板，復層材料為1Cr18Ni9，厚度2mm，基層材料Q345B，厚度10mm。承載斷面采用Q345B，勁板采用Q235B。

2.3.4 電氣工程

（1）原變壓器保留不變，新增1臺100kW柴油發(fā)電機組，布置在新建柴油發(fā)電機房內(nèi)。

（2）對配電房內(nèi)低壓開關柜中的低壓出線開關同時進行更換，以滿足新增負荷的要求。

（3）上、下游管首上裝設道路照明燈具，河道兩側裝設防撞照明。

（4）節(jié)制閘啟閉機房屋面等均裝設避雷帶，引下與原接地網(wǎng)連接。

（5）控制室、啟閉機房內(nèi)所有電力設備外殼等均應可靠接地，并與原接地網(wǎng)連接，接地系統(tǒng)總接地電阻要求不大于1Ω。

（6）計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造按“無人值班、少人值守”的標準進行設計，擬采用分層分布結構，由主控級和現(xiàn)地單元控制級組成。

3 結語

（1）目前望虞河已變?yōu)槌Ｄ暌?，由于西岸支河污水對望虞河水質(zhì)的影響，望虞河引水時望亭水利樞紐閘門不能全開，而是根據(jù)望虞河的水質(zhì)情況進行調(diào)度，當望亭水利樞紐下游斷面水質(zhì)滿足入湖水質(zhì)指標時才開閘向太湖輸水，反之，立交閘門關閉，通過抬高望虞河水位，將西岸支河污水擋出望虞河。

（2）望虞河引江濟太時控制入湖水質(zhì)使望亭水利樞紐閘門反向擋水時間增加，出現(xiàn)較大反向水位差的頻率加大，對立交工程的安全運行帶來很大影響，直接影響到望虞河引江濟太功能的正常發(fā)揮。更新改造工程實施后，確保了望虞河引江濟太時望亭水利樞紐工程的安全運行，對提高望虞河引江濟太效益，增加流域水資源量、保障流域供水安全具有十分明顯的效益。

［1］上?？睖y設計研究院.望亭水利樞紐上部結構及閘門系統(tǒng)安全評價報告［R］.2009.

［2］SL191—2008，水工混凝土結構設計規(guī)范［S］.

［3］JTG D60—2004，公路橋涵設計通用規(guī)范［S］.

［4］GB50017—2003，鋼結構設計規(guī)范［S］.

［5］JGJ79—2012，建筑地基處理技術規(guī)范［S］.

［6］DL5077—1997，水工建筑物荷載規(guī)范［S］.

Engineering Modification Design of Wangting Hydro-junction

SUN Jing
（Shanghai Research Institute of Investigation&Design,Shanghai 200434，China）

This paper discusses the reason of reconstruction，engineering design，technical scheme and the modification effect.The modification of engineering measures can ensure the water diversion from Yangtze River to Taihu Lake and safe operation of Wangting hydro-junction.

Wangting hydro-junction；modification；design；river basin water

TV61

B

1672-9900（2014）03-0067-04

2014-2-19

孫菁（1966-），女（漢族），浙江寧波人，高級工程師，主要從事水電站廠房結構和水利控制性建筑物研究，（Tel）13816023596。