南通船闸除险加固可行性研究报告文档格式.docx
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2.55m2两孔小门排涝,排涝流量为16.4m2/s,同时在下闸首消力池增设20m×
30m×
0.6m软体排。
该船闸自1967年建成以来,至今以运行三十几年,在防洪、通航、排涝等各方面发挥了重要的作用,但随着运行时间增长,闸体工程已严重老化,闸首防渗、抗滑稳定已不能满足安全运行的要求,闸墩碳化深度较深,强度低于设计要求,公路桥现已封闭停止使用。
其间虽经92年加固改造,但受诸多条件的限制,未能从根本上消除该闸存在的隐患;
根据水利厅苏水计[1997]210号《关于我省长江远期防洪(潮)设计水位及沿线建筑物设计标准的通知》的防洪标准进行核算,该船闸在防洪高度、防渗、抗滑等方面均不能满足江堤达标要求;
同时考虑到航道废除,无通航要求,故考虑在原闸位拆除重建一座节制闸,来满足该片防洪、排涝要求。
拟建XX闸为1孔净9m,闸室长15m,底板标高1.00m,胸墙顶高程8.73m,采用平板钢闸门,上下游消力池各长15m,公路桥桥面标高6.50m,宽8m,汽-20挂-100。
1.2研究依据
(1)《江苏省江海堤防达标建设修订设计标准的通知》苏水管(1997)80号
(2)《关于我省长江远期防洪(潮)设计水位及沿线建筑物设计标准的通知》苏水计(1997)210号
(3)(关于印发《江海堤防达标建设大中型建筑物除险加固工程可行性研究报告编制要求》和下达前期工作任务的通知)苏水计(1997)181号
(4)《南通市城区河道整治规划报告》,南通市水利局、南通市水利学会,2000年8月
(5)《南通市城市防洪排涝规划》,1992年12月,南通市港闸区建筑设计室
(6)《南通市区水利志》1995年
(7)XX船闸设计图纸
(8)XX船闸92年加固设计图纸
以及南通市水利局、XX船闸闸管所提供的一些现状资料。
第二章自然条件
2.1流域概况
XX西闸所在地区地处副热带北缘,受高空西风环流和太平洋副热带高压两种大气环流影响和控制,具有较好的降水条件,初夏秋末冷暖气流在长江和淮河流域交锋形成梅雨和秋天连续阴雨,还有夏末初秋台风带来的台风雨。
XX西闸担负市区部分面积的排涝任务,其范围内属江淮平原,地表起伏甚微,皆属堆积平原,形成历史不久,土壤主要为潮土类和盐土类,地面高程一般在4.5m~5.5m之间,内部河沟成网,河道畅通,内河配套设施完善。
2.2水文气象
2.2.1气温
该地区多年平均气温15.1℃,最高月平均平均气温28.2℃,最低月平均气温2.5℃;
极端最高气温38.5℃(1995年9月7日),极端最低气温-10.8℃(1977年1月31日)。
2.2.2降水
该地区属亚热带湿润季风气候区,受海洋调节及季风环流的影响,具有四季分明,降水充沛、时空分配不均的特点。
本区多年平均降水量为1083.7mm,最大年降水量1465.2mm,最小年降水量641.3mm(1978年)。
因梅雨水和台风的影响,全年约64.6%的降水量集中在5~9月份。
6-7月间梅雨和6-9月间的台风雨常造成本地区的严重涝灾。
最大24小时降水量264.0mm(节制闸站),全年平均降水日数为121.7天。
2.2.3风
春夏多东风,冬季多东北风和西北风,历年平均风速3.1m/s,年最大风速26.3m/s(NE,1960年7月7日),瞬时最大风速30.4m/s(SW,1975年7月14日)。
常风向E、ESE频率为10%,次风向NE,ENE频率为8%,各风向频率见下表:
表2-1:
各种风向频率表
风向
N
E
S
W
SW
NW
C
频率(%)
6
7
8
10
5
4
3
1949-1997年本地区受台风影响共110次,平均每年2.24次。
台风风力一般6-8级,最大12级;
1987年7号台风经过南通市附近,瞬时风速20.0m/s。
2.2.4冰雪
长江水域终年不冻,陆域最大冻土厚20cm,年平均降雪6天,多集中于1-2月间,最大积雪厚度17cm。
2.2.5雾与日照
多年平均雾日天数为30.9天,年最多雾日数60天,最少雾日数5天,大雾平均为5.7天,年平均日照数为2223.3小时,日照面分率50%。
2.2.6内河水位
丰水期(6-9月)正常水位3.6m,最高限制水位4.4m,允许预降最低水位2.6m(排涝前),枯水期正常运行水位3.1m。
2.2.7地下水位
市区地下水位基本与当地河网正常水位接近。
2.2.8潮位
长江水位受海洋潮汐及径流丰、枯的影响,潮型为不规则半日潮。
据天生港验潮站多年观测,潮位特征如下表:
表2-2:
天生港验潮站潮位特征
潮位名称
潮位(m)
备注
最高潮位
7.08
1997.8.19
10年一遇低潮位
0.66
最低潮位
0.42
1959.2.29
20年一遇低潮位
0.56
平均高潮位
3.86
50年一遇低潮位
0.44
平均低潮位
1.97
100年一遇低潮位
0.36
最大潮差
4.01
100年一遇高潮位
7.18
最下潮差
0.00
200年一遇高潮位
7.44
平均潮差
1.93
300年一遇高潮位
7.59
最大水位差
6.66
2.2.9潮汐
长江南通河段的潮汐属非正规半日潮,由于潮波受径流和河形阻力作用十分明显,前波陡直,后坡平缓,涨潮历时短,落潮历时长。
涨潮历时为2小时10分-6小时40分,平均历时3小时32分,落潮历时7小时10分-10小时30分,平均8小时52分。
涨潮周期为12小时24分。
2.2.10地震烈度
本区按中国地震烈度表(1990年)划定基本烈度为Ⅵ度。
据江苏省地震年表统计,1505~1949年南通地区共发生地震16次,一般强度在5级以下;
1984年5月21日南黄海洋面曾发生过6.2级地震,建筑物摆动明显。
2.3地质
(见下页)
2.4历史灾情和成灾原因
2.4.1历史灾情
(1)洪涝灾害
每年汛期,南通市须下泄长江上中游200万km2的洪水,大水年份,三面高水压境,一面海潮顶托,内外水连通。
每年八月份平均高潮5.45m。
据历史记载,自宋至清952年间,长江水灾共发生169次,南通水灾共发生80次(宋代资料不全;
水灾次数偏少),平均每10年发生一次水灾。
建国后,南通市区共发生3次特大洪水。
1954年洪水,当年四月进入汛期,4-5两月形成底水丰满之势,6-7月间全流域发生大规模的降水,长江中下游各站在警戒水位以上持续时间69-135天,8月达到最高峰,直到12月中旬才退净,南通8月17日(农历七月十九)长江水位达到6.13m。
1974年洪水,由于受天文因素和十三号台风的影响,长江从镇江以东,各站最高潮位均超过历史最高记录,突破了1015年以来的潮位记录,南通8月20日(农历七月初三)凌晨,长江水位竟达到6.38m,同时造成涌高1.0m,为近百年来少见,在洪水的袭击下江堤出现使几处滑坡,漏洞和塌陷,天生港和XX发生污水倒灌,致使千亩农田受淹。
1997年洪水,8月18日,十一号台风袭击南通市,沿江风力9-11级,持续36小时,时值农历七月十八大汛潮,风雨潮三碰头,沿江水位均创历史最高,市区二十八丈,八十六丈等地江堤均有不同程度的损坏。
表2-3:
地质勘察报告
南通市区任港闸工程地质勘察报告
勘测编号:
2000-117
附录:
01
完
成
工
作
量
工程名称:
南通市XX闸
一、
标贯孔
:
个
二、
取土兼标贯孔
2
三、
标准贯入
20
次
结构类型:
勘察日期:
2000.10.26~27
总深
米
43.60
原状土样
19
筒
层数:
提交日期:
2000.11.01
最大深度
22.30
扰动土样
袋
一、概况
为调整南通市区内河水系,拟在原XX船闸处改建XX闸。
原XX船闸净宽约7.5m,闸室底板顶面标高为▽-1.30m左右(吴淞高程、下同);
拟建XX闸室净宽约10.0m。
勘察期间由于原XX船闸尚未拆除,给本次勘察带来较大困难,孔位有所偏移。
本次勘察共布设两个取土兼标准贯入试验孔,孔深分别为21.30m、22.30m。
本次勘察原位测试、室内土工试验及报告编写是根据中华人民共和国国家标准《水利水电工程地质勘察规范》(GBJ50287-99)、《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)、中华人民共和国行业标准《土工试验规程》(SL237-1999)组织实施。
勘察期间测得地下水位为▽4.50m左右。
二、岩土描述
层
因
年
代
土层名称
土性描述
层底
标高
厚
状
态
密
度
湿
标准贯入试验
基底摩
擦系数
承载力
标准值
fk
桩基参数
预制桩
钻孔灌注桩
qsik
qpk
m
击
f
kPa
1
素填土
上部以灰褐色低液限粉土为主,混砖屑,含植根,下部以灰褐色低液限粘土为主,局部淤泥质,混灰色粉土质砂。
1.58
~
2.15
3.80
4.50
流动
软塑
不均
湿~饱和
1.8
1.5~2.0
70
2-1
低液限粉土
灰色、青灰色,夹薄层灰褐色低液限粘土,水平层理。
-1.85
4.00
饱和
5.5
5.0~6.0
0.30
110
2-2
与粉土质砂
低液限粉土灰色、青灰色,粉土质砂灰色,夹薄层灰褐色低液限粘土,水平层理。
-2.12
3.70
稍松
局部中密
9.5
8.0~11.0
0.32
130
-2.82
-2.55
0.70
3.0
0.28
100
粉土质砂夹
-11.42
-11.15
8.60
可塑
中密
局部稍松
16.8
11~20
0.38
170
粉土质砂
灰色、青灰色,偶夹薄层灰褐色低液限粘土,含贝屑,水平层理。
未见底
密实
33.0
29~37
250
三、评价与建议
经勘察表明:
勘区属长江下游河口相冲积平原地貌,场地原为长江滩地,后经人工改造而成现今地貌。
场地内地基土除层2外水平向变化基本一致。
层2土性与强度水平向有一定差异,分为2个亚层(层2-1低液限粉土、层2-2低液粉土与粉土质砂)。
层1素填土分布于场地内闸室、闸塘两侧,密实度不均,流动~软塑,层厚较大;
层2-1低液限粉土分布于S1号孔及附近场地,流动~软塑,强度低,为中压缩性、中等渗透土层,层厚一般;
层2-2低液限粉土与粉土质砂分布于S2号孔及附近场地,低液限粉土软塑,粉土质砂稍松为主,局部中密,强度一般,为中压缩性、中等渗透土层,层厚一般;
层3低液限粉土流动,强度低,层厚较薄,为拟建XX闸地基的软弱下卧层,是本工程的不良工程地质现象;
层4粉土质砂夹低液限粉土中密为主,强度较高,为中偏低压缩性、中等渗透土层,分布于整个场地,层厚大;
层5粉土质砂密实,局部中密,强度高,为近低压缩性土层。
1、根据场地地基土的土性特征、颗粒组成及物理力学性质指标综合评价,场地土类别为中软场地土,建筑物场地为Ⅱ类场地。
2、层4为拟建闸的天然地基理想持力层,闸底板基底置于标高▽-2.80m左右,地基土承载力标准值可按fk=170kPa,基底摩擦系数取f=0.38设计。
3、层2-1、层2-2及层3可作拟建闸天然地基,考虑到建筑场地地基土纵向及水平向变化,建议承载力标准值按fk=100kPa,基底摩擦系数取f=0.28设计,同时要考虑地基土的不均匀沉降问题。
4、可采取挖除软弱土层至层4,以粘性土料分层回填夯实至闸基础底标高,要求素土压实系数≥0.93。
回填土经检测合格后,地基土承载力标准值可按fk=130kPa,基底摩擦系数取f=0.28设计。
5、本次勘察为初步勘察,布孔较少,并不能全面反映场地工程地质全况,建议XX船闸拆除后进行详勘。
副总工
审
核
工程
负责
校
对
本报告共计
16
张
正文
四、
剖面图
七、
颗粒大小分配曲线
9
工程地质成果总表
五、
钻孔柱状图
钻孔平面位置图
六、
土工试验成果报告表
(2)旱灾
南通历史上曾发生多次特大干旱,例如:
宋绍兴六年(公元1136年)五月,明成化六年(公元1470年)等,皆“民饥,人相食”。
建国以来,发生一次特大干旱,1978年仅降雨量629.4mm,是常年的58%,该年7月上旬无雨,7月下旬雨量偏少,整个八月基本无雨,9月上旬也无雨,且长江潮位偏低,大部分农田靠电动抽水,农民生活用水困难。
偏干旱的年份还有1959、1966、1967、1971、1979、1988年。
(3)台风
台风(又称热带风暴)是发生在热带海洋上急速旋转的大气涡旋,在我国登陆的台风每年平均有七次,影响本市的台风有一、二次。
1951、1960、1977、1981、1984、1989年等台风袭击我市,对江堤和房屋均有不同程度的破坏。
(4)其他灾害
主要是龙转风和冰雹。
几乎每年春夏之交都有发生,但范围小,影响不大。
其他季节也有发生。
2.4.2成灾原因
(1)洪涝灾
南通每年6-7月,南方热带海洋的潮湿暖气流和北方南下的冷空气,在此上空相遇,致使麦收季节阴雨连绵,汛期暴雨集中,往往造成洪涝并发,旱洪急转。
同时上游大量洪水过境,造成持续高水位,险情迭出。
江堤在洪水的袭击下,经常出现滑坡、漏洞和塌陷,甚至决口。
对于病险穿堤建筑物,由于原设计防洪标准偏低,经过几十年的运行,工程严重老化,成为江堤抵御洪水的薄弱环节。
南通地处副热带北缘,受高空西风环流和太平洋副热带高压两种大气环流的影响和控制,降水在时空上分布极不均匀。
干旱主要是由于梅期短或空梅,出梅后处于副热带高压控制下,连续高温、晴热少雨,加之长江上游来水量少,潮位低。
工农业用水没有保障。
台风、暴雨侵袭之期适与大潮相遇则风潮肆虐,或风潮暴雨同时为灾,致使江堤决口,潮水内灌,几成泽国,内河漫溢,田禾淹没,房屋漂毁,人畜伤亡。
对江堤险工险段的除险加固就能限制台风灾害的扩大。
第三章工程建设的必要性
3.1河道水系情况
3.1.1XX西闸在该水系地位及XX河概况
XX河为XX分片主要汇水入江河道,XX船闸是其唯一的入江控制口门。
该河道弯曲,原主要用于航运,现由于下游XX大桥的新建,割断该航道,XX船闸以完成历史使命。
沿江两岸盖了不少工厂企业,无法拓宽。
XX河原设计标准如下表所示:
表3-1:
XX河设计标准
名称
全长(km)
底宽(m)
口宽(m)
边坡
河底高程(m)
占地面积(亩)
水面面积(亩)
库容
(万m3)
XX河
3.8
15
39
1:
1.6
222.2
168.4
38.5
XX分片水系各级河道示意图:
(附图02)
3.1.2社会经济发展状况
(1)现状
南通市以轻纺为主体的化工、医药、机械、电力、电子、建材、船舶等多种门类相配套的港口、工业、贸易城。
是一个资源比较丰富、经济发达的地区。
十一届三中全会以来,我市认真贯彻改革开放的政策,加大改革开放的力度、调整产业结构,大力发展商品经济、社会事业和经济建设,取得显著的成绩,1999年我市国内生产总值达670.44亿元,人均国内生产总值8523元,财政收入41.62亿元,其中市区国内生产总值134.81亿元,人均国内生产总值20969元。
(2)规划
根据南通市国民经济发展规划到2010年,要把南通建设成为经济发达、社会文明、设施完善、环境优美的现代化港口、工业、贸易、旅游城市。
2010年国内生产总值达2880亿元,南通市区面积将从1999年的224km2,扩展到2010年的440km2,市区人口将从1999年的64.6万人发展到100万人。
3.2XX船闸目前存在的问题
3.2.1原XX船闸不能满足江堤达标建设的要求
根据江堤达标建设的要求,市区段江堤达标顶高程为9.23m,由于历史条件的限制,现不能再对其防洪高度进行加高。
加上该航道已被上游1km处公路桥截断,已无需通航可能,故考虑拆除重建。
3.2.2原XX船闸抗滑、防渗不能满足安全使用的要求
根据江海达标建设的标准及该闸所处的地理位置,XX船闸长江侧水位代表站为天生港站,参照天生港的水位资料,确定XX船闸加固复核水位组合。
对XX船闸进行防渗稳定安全核算,结果如下表
表3-2:
原闸身防渗计算成果
工况
外江侧
内河侧
△H
L(m)
[C]
正向
设计
3.60
3.58
30.0
8.38
12
校核
3.84
7.81
反向
3.10
2.66
11.28
1.24
4.40
3.16
9.49
表3-3:
原闸身抗滑复核计算成果
水位组合
计入拖重K值
计入齿坎作用K值
[K]
设计
H上=3.60m
H下=7.18m
0.99
1.09
1.30
校核
H上=360m
H下=7.44m
0.93
1.04
1.15
表3-4:
地基反力核算结果
核算指标
δMAX(t/m2)
δMIN(t/m2)
[m]
核算结果
6.39
3.97
1.61
1.5
根据表3-2、表3-3和表3-4可以看出,老闸在防渗、抗滑地基反力不均匀系数全部不满足规范要求。
3.2.3原船闸闸身构件强度不能满足设计要求
根据对原船闸观测,该闸存在以下问题:
(1)、上闸首底板不均匀沉降差约6—7cm。
下闸首底板与消力池分缝拉开约3cm。
(2)、闸墩、公路桥墩砼碳化深度最大45.0mm,公路桥表面砼剥落,结构实际已损坏。
(3)、钢闸门锈蚀,局部厚度仅及原设计的一半,并且标准偏低。
(4)、公路桥严重损坏,于95年封死至今,致使该路段交通状况极差,已严重制约该区域经济的发展。
3.3工程建设的必要性
3.3.1江堤达标建设的需要
根据江苏省水利厅文件《关于我省长江远期防洪(潮)设计水位及沿线建筑物设计标准的通知》苏水计(1997)210号,XX船闸由于运行年代已久,工程严重老化,防洪高度,闸室防渗长度,抗滑稳定不能满足安全使用的要求。
3.3.2改善城区排涝的需要
根据《南通市城区河道整治规划报告》,XX片现状范围为人民路以南,XX河以北,跃龙路以西至长江边区域。
由于该片无出江涵闸(XX船闸无消能防冲设施,仅靠输水廊道排水),其涝水经战胜套闸过虹桥新村入姚港片出江;
不仅加大姚港片排涝负担,而且排涝路线不畅。
同时根据《南通市城区河道整治规划报告》,南通市主城区排涝标准采用50年一遇24小时面雨量245.7mm,雨后一日排出。
3.3.3改善城区河网水质的需要
XX河直接接纳沿岸居民生活污水及厂企污水,各项指标CODcr、CODmn、NH3-N、挥发酚等全面超标,均超Ⅴ类水,水色褚黑,臭味波及甚远。
根据《南通市城区河道整治规划报告》,改建XX船闸,实现引江净水置换污水,经置换后水质可达Ⅲ类。
3.3.4改善区域交通的需要
XX闸新建后,现拟布设公路桥一座,对改善该区域交通条件和活跃经济起着积极的作用。
第四章工程任务和规模
4.1排涝范围
根据《南通市城区河道整治规划
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