淺談圍墾工程中水閘設計

【摘 要】本文以三門縣洋市涂圍墾工程作為工程實例，分析在圍墾工程水閘設計中有關(guān)閘址、閘軸線、閘室結(jié)構(gòu)布置型式及閘門結(jié)構(gòu)的選擇，供類似工程設計參考。

【關(guān)鍵詞】圍墾工程；水閘設計

0.工程概況

三門縣位于浙東沿海三門灣畔，地處中國“黃金海岸線”中段，東瀕三門灣，南鄰臨海縣，西枕天臺縣，北接寧海縣。三門灣內(nèi)島嶼羅列，岸線曲折，四周港汊間發(fā)育眾多灘涂。洋市涂圍墾工程位于三門灣健跳港南面，居東經(jīng)121°40′，北緯29°02′，東臨三門灣，南瀕宮前灣，西靠健跳鎮(zhèn)洋市，北與龍山相望，距三門縣城海游鎮(zhèn)約20km，距健跳鎮(zhèn)約3km。圍區(qū)處于健跳港口南側(cè)第一個海灣—洋市灣內(nèi)。洋市灣呈內(nèi)凹型，灣口北起高灣山，南至平巖山東嘴頭。

1.工程等級及設計標準

本工程圍墾面積5935畝，工程建成后近期用于綜合農(nóng)業(yè)開發(fā)，按照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）、《灘涂治理工程技術(shù)規(guī)范》（SL389-2008）和《海堤工程設計規(guī)范》（SL435-2008），近期工程等別為IV等，考慮到中遠期用于發(fā)展較重要的臨港工業(yè)，故確定工程等別為Ⅲ等。

主要建筑物海堤、堵壩、排水閘和納潮閘為3級建筑物，次要建筑物為4級，龍口、堵口等臨時建筑物為5級。

納潮閘布置在東嘴頭，建在巖基上，閘孔總凈寬3孔×3.0m，閘底檻高程為-2.0m。排水閘布置在柴爿花嘴，建在巖基上，閘孔總凈寬為 5孔×3.0m，閘底檻高程為-2.0m。

設計防潮標準為50年一遇，設計防洪標準為20年一遇。

2.閘址選擇

工程臨海面屬開敞式海域，風浪較大，閘址、閘軸線選擇和布置應予以重視。

根據(jù)《水閘設計規(guī)范》（SL265-2001），閘址應根據(jù)水閘的功能、特點和運用要求，綜合考慮地形、地質(zhì)、水流、潮汐、施工、管理、周圍環(huán)境等因素分析比較后選定。本工程布置有1座納潮閘和1座排水閘，為節(jié)約投資，減少施工難度，兩座水閘均建于巖基上。根據(jù)地形條件，水閘閘址有柴爿花嘴、外鱟島西側(cè)、里鱟島南側(cè)、里鱟島北側(cè)和東嘴頭五處位置可供選擇，但由于外鱟島和里鱟島是孤島，國家很重視對無人島的保護，并且南、北側(cè)布置水閘朝向差，風浪爬高又大，運行和施工又不便，因此不予考慮。圍區(qū)南側(cè)的東嘴頭和北側(cè)的柴爿花嘴均屬巖基，建閘條件良好。東嘴頭與柴爿花嘴相比更處于健跳港外緣，水質(zhì)相對較好；東嘴頭位置朝向外海，易受到外海涌浪影響，風浪較大；柴爿花嘴朝向三門灣內(nèi)，風浪相對較小，中遠期兩座水閘均作為區(qū)域排水閘，綜合考慮后，推薦納潮閘布置在南側(cè)東嘴頭，排水閘布置在北側(cè)柴爿花嘴，柴爿花嘴排水閘作為遠期的主排水閘。

3.閘軸線選擇

納潮閘布置在東嘴頭，風浪很大。從臨海海域看，東北向由于花岙島、南田島、高塘島等島嶼包圍屏蔽作用，NE～ENE向外海波浪難以直接影響。在保證水流通暢、不影響堵壩布置以及地形地質(zhì)條件許可的前堤下，納潮閘臨海口應避開不利風向，盡可能朝NE～ENE向布置，改善水閘的運行條件。

排水閘和納潮閘閘軸線在不影響水流流態(tài)、不影響堤壩圍區(qū)內(nèi)側(cè)閉氣土方填筑、不干擾堤壩施工、不建圍堰的前提下，靠近堤壩布置，以減少土石方開挖量，節(jié)省投資。

4.閘型選擇

閘室結(jié)構(gòu)根據(jù)泄流特點和運行要求，可選用開敞式、胸墻式或雙層式等結(jié)構(gòu)型式。擋水水位高于泄水運用水位，或閘上水位變幅較大，可采用胸墻式。本工程水閘外海潮水位變幅較大，且外海防潮擋潮高水位高于內(nèi)側(cè)泄水運用水位，因此閘室結(jié)構(gòu)推薦采用胸墻式，既不影響水閘的過水能力，又可減小閘門高度和啟門力。

閘室結(jié)構(gòu)根據(jù)地基條件及受力情況等可選用整體式和分離式。閘室底板采用分離式，可以減小底板的內(nèi)力，但對地基要求較高，相鄰閘墩之間不均勻沉降控制要求高，否則會影響閘門的啟閉。整體式底板的閘室，劃分閘段的橫縫一般設在閘墩內(nèi)，相鄰閘墩之間不致出現(xiàn)大的不均勻沉降，對閘門啟閉有利。結(jié)構(gòu)縫應設在閘墩上，選用整體性強、剛度大的整體式結(jié)構(gòu)較合理。因此，閘室采用整體式結(jié)構(gòu)。

閘室底板結(jié)構(gòu)型式有平底板、箱式平底板和倒拱底板等。平底板能把荷載均勻傳布于地基，結(jié)構(gòu)簡單，且施工方便，是水閘中最常用的一種。箱式平底板具有很好的整體性，對地基不均勻沉降的適應性較好，但需加大底板的砌置深度，工程量大，且施工復雜。倒拱底板主要優(yōu)點是節(jié)省工程量，但設計和施工都比較復雜，閘墩中的底板表面不平，中間低兩側(cè)高，在閘孔自由泄流時，水流向孔中心集中，單寬流量分布不均勻，增加了閘下消能防沖的困難。根據(jù)本工程閘址處的地質(zhì)條件、水閘受力條件、運用要求和方便施工綜合考慮，采用平底板。

綜上所述，推薦水閘閘室采用平底板、胸墻式整體結(jié)構(gòu)方案。

5.結(jié)構(gòu)布置形式比選

水閘胸墻結(jié)構(gòu)布置按胸墻位置可分為內(nèi)置式胸墻和外置式胸墻，內(nèi)置式胸墻即閘門布置在外海側(cè)，胸墻布置在圍區(qū)側(cè)；外置式胸墻即閘門布置在圍區(qū)側(cè)，胸墻布置在外海側(cè)。外置式胸墻閘門易遭受氣蝕破壞；內(nèi)置式胸墻結(jié)構(gòu)雖然檢修平臺位于胸墻外側(cè)，抗風浪能力較弱，但可避免閘門遭受氣蝕破壞的隱患，止咸效果好，因此胸墻結(jié)構(gòu)布置推薦采用內(nèi)置式布置型式。

6.閘門型式及結(jié)構(gòu)選擇

本工程水閘工作門承擔擋潮功能，擬選提拉式平板閘門、升臥式鋼閘門和液壓翻板閘門三種閘門型式進行分析比較。

表1 閘門型式比較表

綜合分析三種門型的優(yōu)缺點，選擇提拉式平板閘門作為水閘工作閘門，通過建筑風格設計可減弱高聳排架的視覺影響。

另外，閘門的工作介質(zhì)為海水，受咸水、鹽霧的影響，鋼結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生銹蝕，考慮閘門尺寸較小，本次推薦采用C35預應力鋼筋砼閘門，表面涂防腐材料。

7.結(jié)論

結(jié)合工程地質(zhì)、地形、風浪、潮汐、施工管理及周圍環(huán)境，本次水閘設計采用內(nèi)置胸墻平底板結(jié)構(gòu)，閘門采用C35預應力鋼筋砼閘門，啟閉設備采用手電兩用螺桿式啟閉機。

【參考文獻】

[1]水閘設計規(guī)范.（GB365-2001）.

[2]海堤工程設計規(guī)范.（SL435-2008）.

[3]三門縣洋市涂圍墾工程初步設計報告.

[4]水工建筑物》（第五版）.