万安船闸设计及参数介绍

3.7.3.1 船闸总布置

万安船闸是赣江上游万安县城附近万安水利枢纽的组成部分，上游通航水位：最高施工期为82.5m，初期为96m，后期为100m；最低施工期为69.5m，初期85m，后期90.0m；下游通航水位：最高初期74m，后期78.6m；最低67.5m。

赣江的货运以上水为主，船闸心以上水规划船队作为设计船队。根据赣江航运实际发展情况，规划的过闸最大船舶为1000t，设计最大船队为2×1000t。

万安水利枢纽坝址地处低山丘陵边缘，河谷宽阔，为一复式河槽。左岸山坡较陡，基岩裸露，岸坡坡度35°～50°。右岸靠河为宽约500m 的台地，其右侧山坡的平均坡度约25°。右岸台地由高漫滩和Ⅰ、Ⅱ级阶地组成，上部为粘土和砂砾石覆盖层，台地高程78～85m。河床宽度450m，一般高程为65～67m，基岩风化较浅。深泓位于河床右侧，枯水期水深2m，可终年通航，河床左侧为黄公滩，全为砂砾层堆积。

船闸为单线一级，船闸最大水头为32.5m，闸室有效尺寸175m×14m×2.5m。船闸布置在万安水利枢纽右岸台地，中心线与坝轴线正交，交点坐标为X＝5000.00，Y＝5744.50，左侧接混凝土非溢流坝，右侧与土坝相连。

上闸首为枢纽挡水前缘的一部分，挡水宽度51m。根据结构稳定及设备布置要求，上闸首长40m，建基面总宽73m，建基面高程52.5m，上闸首顶部高程与枢纽大坝相同为105m，门槛永久高程82.5m，为适应施工通航，施工期门槛临时高程68m。上闸首为半分离式结构，采用人字形工作闸门，液压启闭机操纵，机房设在闸首边墩顶部，事故检修闸门由平板闸门和叠梁组成（施工通航期间兼作工作闸门，临时门坎加高时兼作临时封堵门）。采用桥式启闭机操作，启闭机设在闸首边墩顶部的排架上。闸首边墩内，布置输水廊道工作阀门井、检修门井及水泵井等。坝顶公路桥横跨上闸首，桥面净宽4.5m，桥下通航净空8.0m。帷幕灌浆廊道横贯上闸首，左侧与混凝土非溢流坝灌浆廊道相通，右侧灌浆廊道分为两支，一支伸入土坝基础，另一支折向下游并延伸入闸室墙，形成基础防渗、排渗系统。闸首右边墩背面，设有两道混凝土刺墙插入土坝心墙，以加强与土坝的连接与防渗。

闸室有效长度175m，其中利用上闸首航槽16m，闸室结构长度160m（其中lm用作下闸首门龛段），根据一般混凝土结构块的长度，结合输水系统的出水段布置要求，闸室全长分为9 段，除第9 段长为16m外，其余8 段均长18m。闸室结构型式，除第1 段因处于土坝填土范围，墙背填土较高，需采用半分离式结构外，其余均为分离式结构，即将闸室断面分成左、右闸室墙及底板。闸墙顶高程102m，宽6.5m，左、右闸墙均采用混合式结构，上部重力墙底部高程分别为62m及60m下部重力式衬砌墙底高程54m。中间底板为封闭式框架结构，形成输水系统主廊道，基底高程54m，顶面高程64.2m。左、右闸墙后填土高程分别为85m和90m，填土内各设一条预制钢筋混凝土排水廊道，以降低墙后地下水位。左、右闸墙面，设有9 对浮式系船柱和固定式撑船钩，以及供下行船舶紧急制动的带缆桩。

下闸首长29m，建基面总宽66.7m，边墩顶部高程102m，门槛高程65m，建基面高程52.5m。下闸首为分离式结构，在下闸首底板设两条纵缝，将下闸首结构分成左、右边墩及中间底板3 部分。闸首两侧填土高程87m。下闸首工作闸门为人字闸门，门高36.25m，采用卧式液压启闭机操作，人字门下游，布置有平板检修门，由两台固定式卷扬机启闭。船闸的控制楼及工作室，分别布置在下闸首左、右边墩靠下游的顶部。下闸首下游端布置有公路桥，公路桥行车路面宽7m。

船闸输水系统的上、下游进水和泄水廊道，分别布置在上、下闸首两侧边墩底部，在闸室底部布置简单长廊道顶支孔输水。

根据地形条件，上、下游引航道的闸前段采用反对称布置型式，双向过闸时，船舶直线出闸，曲线进闸；单向过闸时，船舶直线进出闸。

上游引航道实为水库水域的一部分，由靠船墩、浮式导航堤、副导墙组成。上游靠船墩距坝轴线700m，位于开敞水域中，按1 倍船队长布置，总长160m，共设9 个墩，墩顶高程101.5m。浮式导航堤位于上游引航道左侧，总长130m，由两艘钢筋混凝土趸船连接而成，堤首由左右锚链与两侧混凝土锚墩连接固定，堤尾与上闸首左墩导承槽连接，可保证浮堤定位及随库水位涨落而升降。上副导墙布置在上引航道右侧，为重力式结构，其中上副导1 兼作进水段，以20°角向右侧扩宽，然后接圆弧段上辅导2～4，其总长度按土坝坡脚挡土要求确定。为满足施工期通航要求，上游开挖一条单向临时通航航道，宽14m，底高程68m。

下游引航道由下游右侧岸坡和下游隔流堤组成，隔流堤全长296m，堤轴线向左偏转6°。隔流堤为土石堆体，航道内侧块石护坡，外侧混凝土护坡。在下游引航道内，距下闸首133m处建有7 个靠船墩，总长120m。右侧导航墙长度为142m，其中重力式墙62m（起挡土作用），墩式结构80m，除导航外，在船舶单向过闸时还起靠船作用。下游副导墙布置在下游引航道左侧，亦以20°角向下游左侧扩宽并与隔流堤相接。下游副导墙为重力式结构。下游引航道底高程为65m。

船闸上、下闸首人字形工作闸门与闸室横轴线成22.5°夹角。上闸首单扇人字门门叶尺寸为8.93m×18.75m×1.5m（宽×高×厚），门重约115t；下闸首单扇人字门尺寸为8.93m×36.25m×1.5m，门重约230t。上、下闸首人字门都采用75t卧缸液压启闭机操纵，油缸内径400mm，活塞行程3.2m，中心高程101.45m，每台液压启闭机自重约12t，启闭机房布置在上、下闸首两侧边墩顶部。

上闸首上游的事故检修门，由一扇6m高的平板闸门和6 节2.5m高的叠梁共同组成（l节备用），在施工通航期作为上闸首工作门，在上闸首门坎加高时作为临时封堵门。平板闸门与叠梁由沿闸室纵轴方向运行的2m×32m／2m×15m双悬臂桥机通过自动挂钩梁操作，桥机扬程45m，轨距19m，轨顶高程119.3m。多余叠梁存放在闸顶公路桥下游的支墩上。

下闸首人字门下游侧的平板检修门，供闸室抽干检修之用，门坎高程65m，门顶高程71.9m，门高6.9m。门上带有2个φ200的平压阀，供检修完毕后向闸室充水平压用。闸门自重27.2t，由两台QPQ—25t固定卷扬机通过吊杆起吊，卷扬机扬程9m，启闭机室高程99m，闸门平时锁定在88m高程的平台上。

输水廊道充、泄水反向弧形工作阀门，孔口尺寸3m×3m，底坎高程充水阀门为56m，泄水阀门为55.5m。阀门由一套在阀门井顶上的75／20t液压启闭机启闭。启闭机自重约25t，与人字门启闭机共用一个油泵站。正常运行情况下阀门为动水开门，静水关门；遇事故紧急情况时亦可动水关门。

在每个工作门的上下游侧都设有检修门槽，孔口尺寸3m×4.5m，每扇门重约12t，各工作阀门共同使用6 扇规格相同的平板检修门。平板检修门上部设有平压阀。充水阀门的上、下游检修门，用桥机副钩启闭；下闸首的泄水阀门检修门，由设置在各槽顶上的一台QPQ—16t固定卷扬机操作。

上闸首及闸室第9 段的左、右侧共设有4 座深井泵房，在下游最高检修水位71.6m船闸进行检修时，可在55h内抽干闸室。单个阀门进行检修时，可在9h内抽干输水廊道阀门段。

船闸运行采用集中控制及分散控制两种方式，以集中程序控制为主，集中控制室设置在下闸首左边墩顶部，分散控制可在现场操作。另外，船闸还配有用信号、广播、通信及照明等设备，见图3-102。

万安船闸于1983年开工兴建，1989年11月11日竣工移交正式通航。

3.7.3.2 船闸输水系统

万安船闸输水系统设计着重考虑如下问题：（1）满足充、泄水时间要求。

（2）充、泄水时上、下游引航道及闸室内的水力现象要满足各种过闸船舶的停泊条件和航行条件的要求。

（3）控制输水廊道阀门段的压力以避免发生空蚀振动。

（4）输水系统的布置与闸室结构型式相协调，尽量节省工量。万安船闸的输水系统重点解决闸室及输廊道水力学问题。

万安船闸最大水头为32.5m，在兴建当时为国内水头最高的单级船闸，闸室起始水深2.5m，闸室充泄水时间为10.5min。根据JTJ306—2001《船闸输水系统设计规范》计算，水位差和平均比能之比值为72.7，应选用复杂式分散输水系统。但考虑到万安船闸在长度、深度较大的同时，其宽度不大，是典型的狭长型闸室，在输水系统设计时，充分利用这一特点，经过技术论证、水力学计算以及模型验证试验，采用了简单式长廊道输水系统。经过10年的运行实践证明，船闸水力学完全满足运行要求。

船闸输水系统上游进水口采用半旁侧取水方式，即右进水口和左进水口分别布置在上游引航道内、外两侧，呈反对称布置。输水系统的两支进水廊道，经上闸首边墩在闸室第一段底板内，汇合成一条主廊道，纵贯第二至第七闸室段，在主廊道顶部布置两个区段支孔出水，在闸室第8段又分为两支，水流的大部分经下闸首边墩及泄水涵管泄水入引航道左侧的主河床，其中，右支廊道有一部分水流，由布置在引航道内的出水孔段，直接泄入下游引航道。

进水口为侧向多孔口取水方式，两侧各有4个3.2m×4.5m进水孔，孔底高程65m。左侧进水口从引航道外取水，右侧进水口从引航内取水。主廊道采用在闸室内纵向单支廊道两区段出水的布置。主廊道断面面积5.5m×4.5m，底高程57m，两个出水区段各长32.4m，分别设有10个出水顶支孔，顶支孔采取变面积等间距布置方式，孔中心距为3.6m，20个顶支孔尺寸，自上游向下游以每5 孔为1 组，4 组出水孔缝宽依次为26cm、22cm、20cm及16cm。出水孔的长度和主廊道的宽度相同为5.5m，出水孔上部设置消能盖板。为在充泄水阀门检修时船闸仍能进行单侧廊道充、泄水运行，输水主廊道在上、下游闸首附近分为左、右两支，分别布置充、泄水阀门。充、泄水阀门门孔尺寸为3m×3m，充水阀门底高程56m，泄水阀门底高程55.5m。船闸泄水采取旁侧泄水形式，泄水管面积6m×4m，大部分水流，经过泄水涵管直接泄入主河床。

为防止输水廊道及阀门发生气蚀，万安船闸输水系统设计采用了如下综合措施：降低阀门段廊道高程，增加阀门淹没水深，在下游最低通航水位时，充、泄水阀门顶部的淹没水深为8.5m及9m；在阀门下游廊道设置通气管向紊流低压区补气；选择合适的门楣体形；严格控制输水系统过流表面的平整度。

在上游水位100m、下游水位67.5m的最大水头情况下，按5min开门测得闸室充、泄水时间分别为10min和11.3min，充、泄水最大流量分别为291m3／s和244.7m3／s。

在闸室充水过程中，2×500t船队和500t单船的最大纵、横向缆绳拉力不超过l.23t和0.58t，50t单船的最大纵、横向缆绳拉力不超过0.29t及0.15t，均满足过闸船只停泊条件要求。(www.xing528.com)

船闸正常充水时，阀门后廊道顶板压力全部为正压，最小空穴数为0.351，略高于允许值0.34。正常泄水时，阀门廊道顶板最低压力为－3.01m，此时通气管自然补气。当下游水位达70.0m 以上、闸室正常泄水时，阀门后廊道压力全部为正压，最低压力为0.74m，泄水阀门后通气管不能自然通气，阀门开度在n＝0.3～0.6 范围内，空化数K1均小于其许可值0.582，最小K1 发生在阀门开度n＝0.5 时为0.44，此时需强迫通气。

3.7.3.3 船闸水工结构

万安船闸建基岩体属侏罗系中上统罗坳群，为一套海、陆过渡相层，岩相变化较大，以砂岩为主，夹砂质页岩，比重2.66～2.84，干容重2.54～2.79g／cm3，湿抗压强度中细砂岩平均为772～1197kg／cm2，粉砂岩平均为1251kg／cm2，砂质页岩平均735～1132kg／cm2，弹性模量（15～16）×104kg／cm2，纵波速度5000m／s，摩擦系数f＝0.55

～0.65。

上闸首结构型式比较过整体式和分离式方案，鉴于两种型式的结构长度和底板厚度均由设备布置和地基微新岩面出露高程所控制，故工程量没有明显差别，但整体式方案因底板钢筋用量较分离式方案明显增多，且基底混凝土浇筑块过大，需设临时施工缝，施工较困难，因此选用分离式方案。

根据布置和稳定要求，上闸首总长40m，横向总宽达73m，除在底板宽度的中部沿闸轴线方向设一条纵缝外，为使混凝土浇筑块体不致过大，在闸首长度的中部还设有一条垂直船闸轴线的横缝。为避免人字门启闭机的基座直接搁置于横缝两侧顶面而对启闭机的安装和受力带来不利影响，墩身横缝在高程85～92m之间斜向上游1.65m，使人字门和启闭机械置于同一块体上。

为抵消一部分航槽侧向水压力，上闸首上游面较左侧非溢流坝向前突出23.5m。同时左、右边墩上游端面在76m以上，向上游外伸4m悬臂以平衡部分纵向荷载产生的弯矩。从上闸首横向受力特点分析，左边墩迎水面及背水面均承受水压力，相对荷载较小，在闸室高水位时，横向荷载的合力指向左侧，边墩自身稳定安全度较大，可以独立工作，在闸室低水位或检修期，横向荷载合力指向闸室中心线一侧。右边墩背面因承受土坝粘土心墙的土压力、水压力等，横向荷载较大，不论是闸室高水位或低水位合力方向均指向闸室。这样在闸室高水位时左、右边墩的合力均指向左侧，变形方向一致，计算时假定底板纵缝不传力，左、右两侧闸墩各自单独维持稳定，基本上为分离式结构受力状态。而在闸室低水位或检修情况下，左、右边墩的合力方向相反，均指向闸室中心线一侧，根据这一受力特点在纵缝上设键槽，并进行接缝灌浆，使左、右边墩起到对顶作用。经平面有限元分析，在检修工况下，纵缝接触面均为压应力，底板顶部最大压应力约0.68MPa，表明顶撑的作用可靠，与全分离式结构相比，改善了闸首底板的地基反力，降低底板内力，从而减少了右墩基底宽度。

左、右边墩的横缝与纵缝受力条件不同，为保证上闸首40m长的边墩能整体受力，要求：横缝上、下游块能保持纵向弯曲变形一致，传递纵向压力、剪力，保证横缝缝面不被拉开；在横缝上、下游块所受横向荷载变化很大的情况下，横缝面能传递横剪力。为此在横缝面上设置水平和竖向键槽，并布置跨缝钢筋，进行接触灌浆。

跨缝钢筋的数量，根据闸首下游块体在运转及检修情况下独立稳定及基底不出现拉应力的要求确定。在作用于左、右墩的下游块的各处荷载中，横缝面作用在下游块的上游端面的缝隙水压力最难确定。考虑到在缝面设有键槽并分为6 个封闭的灌浆区进行接缝灌浆，两侧设有两道竖向止水及排水竖井，高水位直接沿横缝面渗入的通道已被有效封堵，渗压水头主要是混凝土在高水位作用下渗透形成，并经过对横缝底部位于基础灌浆排水孔下游，上部设有坝面排水管等条件进行分析，认为横缝面不可能保持很大的缝面水压力，据此在按上游高水位计算缝隙水压时，采用的折减系数0.5 或接缝面水位为90m时，不考虑折减系数。在确定跨缝钢筋的数量时，研究了钢筋的连接方式，如采用焊接时，严格按照专门的焊接技术要求进行施工。

万安船闸的闸室亦为分离式结构，沿底板两侧设两条纵缝，将闸室结构分为左、右闸墙和中间底板3 块。由于在高水位检修时，闸室底板抗浮安全系数不满足要求，故闸墙在分缝处伸出50cm宽、3.7m高的悬臂压在底板上。两侧闸墙为混合式结构，上部为重力式，下部为重力衬砌式，其稳定分析按JTJ307—2001《船闸水工建筑物设计规范》进行。强度计算采用平面有限元计算。闸室配筋遵循以下原则：

闸墙及底板的强度配筋，主要依据有限元计算应力图形面积配置。

对最大拉应力值已超过混凝土许可抗拉强度的部位，凡已满足钢筋混凝土抗裂要求时，便不再进行裂缝开展宽度验算；当不满足抗裂要求时，按限裂配筋，限制裂缝宽度0.25mm。

闸墙迎水面均为拉应力，钢筋配筋率不小于0.05%，当墙厚大于5m时不受此限制，背水面大部分截面为压应力，压应力部位不配筋；底板框架内外侧配筋率不小于0.05%。

混合式闸墙在上部重力与下部衬砌相交的折角处，只在重力墙底部配置水平钢筋，并使水平钢筋伸出基岩坡顶2.5m。

混凝土龄期采用90d，受力筋为Ⅱ级钢筋，分布筋为Ⅰ级钢筋。

下闸首航槽尺寸为宽14m，高35m，又高又窄，每扇人字闸门尺寸为8.93m×36.25m，宽高比达1∶4，闸门启闭时受扭不利。为了降低闸门高度，设计初期曾研究了采用设置15.4m高的胸墙的淹没式人字闸门方案（即井式船闸），但这一方案存在如下问题。

下闸首采用分离式结构时，为适应左、右边墩变位，钢筋混凝土胸墙需采用简支结构，但胸墙自重很大，支承面上会产生摩擦约束，实际上胸墙不能按简支结构自由伸缩变位，加之在闸室高水位时，胸墙承受拉应力及水平向和垂直向的弯曲，成为双向偏心受拉构件，受力十分复杂，容易产生裂缝。下闸首采用整体式结构时，除构件受力条件与上述情况相同外，施工时还需设临时施工缝。胸墙施工需要架立承重模板，胸墙钢支承、钢垫座的接触要求紧密，精度要求高，施工困难。淹没式人字闸门的启闭机房需设在水面以下，液压启闭机的推拉杆，需伸出机房与闸门连接，传动杆的水封布置比较复杂、维修困难。综合分析利弊，同时考虑国内葛洲坝船闸人字门高达34.33m，以及万安船闸36.25m高人字门的设计制造和安装，尚在当时先进技术水平范围之内，因此最后选用露顶人字闸门。

下闸首同样为分离式结构，长29m，左、右侧边墩底宽分别为27.45m 和27.25m，底板宽12m。下闸首左、右边墩承受人字门推力，人字门后支持体不能独立满足抗滑稳定要求，需在支持体段与门龛段内配受力腰带钢筋，所承受的拉力按式（3-79）计算：

式中 Eg——腰带钢筋总受力；

Em——闸门推力纵向分力；

Es——门龛纵向水压力；

Ef——假想缝面上的纵向水压力；

α——系数，取为0.5；

∑V——支持体计算面以上的垂直力；

f——摩擦系数；

Kc——抗滑稳定安全系数。

万安船闸于1982年开始施工，1989年10月全面竣工，同年11月投入施工期通航运用，1993年转入永久通航运用，至今运行正常。图3-103 为万安船闸鸟瞰图。

图3-103 万安船闸鸟瞰图