某新建水閘工程設計方案比選研究

火慶昌

（杭州水利水電勘測設計院有限公司蘭州公司,甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

流域內現狀五孔閘水閘最大過閘流量180 m3/s,承擔保護上游耕地0.8 萬畝、人口1.6 萬人防排洪擋潮任務。現狀安全鑒定為3 類閘,主要存在設計標準偏低,結構強度、主要建筑物的整體穩定性、消能防沖等達不到現行規范要求以及管理房建筑老化破損嚴重等方面的問題[1]。為配合流域出海口的排洪納潮改造,完善防洪減災體系,增加流域滯洪區滯洪能力,本次擬新建水閘代替現狀水閘,與現有防洪工程聯合調度,形成完整的防洪排澇系統,確保潮位低于滯洪區內水位時,澇水可以自排入海。新建水閘閘址移到滯洪區末端（現狀水閘工程下游570m 位置）,水閘設計排澇流量195.64 m3/s,校核排澇流量234.78 m3/s,設計納潮流量為113.39 m3/s～242.00 m3/s,屬于海灣大道雙山段海堤范圍內,工程等級為Ⅲ等,工程規模為中型。新建水閘位置示意見圖1。

圖1 新建高沙水閘位置示意圖

2 水閘選型比較

2.1 水閘結構型式比選

（1）水閘型式比選

新建水閘工程集防洪、排澇、擋潮、控制景觀水位等功能為一體,同時保留現狀漁船的通航需求。根據水閘規模分析結果,設計閘孔凈寬30.0 m,本文擬采用以下三方案進行水閘型式比選,比選內容主要從閘門啟閉方式進行闡述,其他比選項見表1。

表1 水閘結構形式布置方案比選

方案一閘門啟閉方式：關門擋潮時,可擋50 年一遇海潮；內湖行洪時,通過液壓啟閉機的油缸伸縮,開啟閘門,可滿足最大行洪30 年一遇2.5 m,閘門不需要滿開；需要通航時,液壓啟閉機滿開,閘門可以滿足最大凈高程8.30 m 的通航能力；還可通過閘門的開度控制,適時納潮水體交換的要求,同時閘墩頂無建筑物,閘門關閘和開閘狀態下,整體協調美觀。

方案二閘門啟閉方式：關門擋潮時,可擋50 年一遇海潮；內河行洪時,通過液壓啟閉機的油缸伸縮,開啟閘門,可滿足最大行洪30 年一遇2.5 m,閘門不需要滿開；需要通航時,液壓啟閉機滿開,還可通過閘門的開度控制,適時納潮水體交換的要求。閘門關閉時油缸隱蔽,啟門時伸出閘墩,高聳于閘墩以上,影響整體景觀效果[2]。

方案三：關門擋潮時,可擋50 年一遇海潮；內湖行洪時,開啟閘門,控制開度可滿足最大行洪30 年一遇內湖2.5 m；需要通航時,啟閉機滿開,閘門可以滿足最大凈高程8.0 m 的通航能力；還可通過閘門的開度控制,適時納潮水體交換的要求。

圖2 方案三實施效果示意圖

綜合考慮,平面閘門+卷揚式啟閉機方案結構簡單可靠,能承受雙向水頭,能動水啟閉,可兼作門下輸水；門槽寬度較小,水閘布置簡單；水閘沉陷變形對閘門的影響較小,投資較低,本工程推薦采用平面閘門+卷揚式啟閉機方案。

（2）水閘閘室結構比選

根據相關經驗,水閘閘室結構根據泄流特點和運行要求,一般采用開敞式、胸墻式結構,二者比選如下：開敞式結構適合閘檻高程較高、擋水高度較小的水閘,有排漂、排冰或通航要求的水閘,宜采用開敞式；胸墻式水閘適合閘檻高程較低、擋水高度較大的水閘,擋水水位高于泄水運用水位,或閘上水位變化幅度較大,且有限制過閘單寬流量要求的水閘。

本次新建水閘有漁船進港避風的通航要求,因此,高沙水閘采用開敞式結構。

（3）海漫結構比選

海漫結構設計擬定兩個方案進行比選,干砌塊石和格賓石籠。比選如下：干砌塊石透水性較好,施工技術簡單,缺點是耗用勞動力較多,難以用機械化方法施工,工期較長；格賓石籠柔韌性好、透水性強、耐久性及防沖擊能力強等優點,具有很好的生態性。格賓網結構能夠承受較大范圍的變形,不會因不均勻沉陷而產生沉陷縫等,整體結構不會遭到破壞。施工采用機械為主,人工為輔,施工進度較快。本次選用整體性較好,施工簡便,進度較快的格賓石籠海漫方案。

2.2 水閘孔數方案比較

通過上述的對比分析可以得出,推薦采用方案三平面閘門+卷揚式啟閉機啟閉,根據類似工程經驗和市場調查,本次分為兩種形式比較,形式一：共2 孔,單孔凈寬15 m,閘孔總凈寬30 m；形式二：共3 孔,單孔凈寬10 m,閘孔總凈寬30 m。針對上面兩種閘孔布局形式,做以下對比分析見表2。

表2 水閘孔數布置方案比選表

根據《水閘設計規范》（SL 265-2016）,閘孔孔數少于8孔時,宜采用單數孔,綜合考慮,便于管理維修,設備統一,新建水閘孔數采用3 孔,每孔凈寬10 m。

3 總體布置及主要結構型式

3.1 工程總體布置方案

工程以水閘主體工程、兩側堤防共同組成防洪封閉線,現狀該段河堤堤頂標高6.30 m。工程總體布置圖見圖3。高沙水閘中心線基本上與河道中心線一致,閘門軸線與水流方向基本正交。水閘自上而下分別為海漫段40 m 長、上游鋪蓋消力池段長15 m、閘室段長15 m、下游消力池段長15 m、下游海漫段長45 m。水閘過流凈寬為30 m,設計閘孔規模為3 孔×10 m 寬。上、下游均與現狀河道漸變順接。

圖3 抓斗挖泥船拋錨就位示意圖

3.2 主要結構型式

新建高沙水閘為雙向擋水閘,主要由上游格賓石籠海漫及兩側擋墻、上游消力池護坦、閘室、下游消力池護坦、下游格賓石籠海漫及兩側擋墻組成。主要結構形式布置如下：

（1）閘室段是水閘的主體,擬定閘底檻高程為-1.5 m；底板長15 m,寬35.4 m,厚1.5 m,閘室為整體式結構,采用C35 鋼筋海工混凝土。水閘邊墩厚1.2 m,中墩厚1.5 m,墩高8.70 m。工作閘門距離上游8.48 m,采用平面鋼閘門,上部設計啟閉房,對應配3 臺QP-2×250 卷揚式雙吊點啟閉機。工作閘門上、下游2.0 m 分別設置檢修閘門,閘門采用鋼制疊梁閘門,啟閉機采用雙吊點電動葫蘆,配自動抓梁。閘室上游設置交通橋,橋面寬4.00 m。

（2）上、下游連接段主要為鋼筋混凝土護坦和格賓石籠護砌。上、下游護坦長均為15.0 m,采用100 cm 厚C35鋼筋海工混凝土,首端5.1 m 設置冒水孔和反濾層,護坦高程為-1.5 m,上游接40 m 長50 cm 厚格賓石籠護底,下游接45 m 長50 cm 厚格賓石籠護底。

（3）上、下游翼墻采用C35 現澆砼扶壁式擋墻結構,與河道兩側堤防擋墻順接。翼墻墻高8.70 m～5.00 m,底板厚0.60 m,扶壁厚50 cm,間距300 cm。

本次設計在水閘底板基礎采用挖除中砂層,換填C15 砼墊層進行防滲加固處理。根據勘察報告閘室段及翼墻段剖面圖,設計開挖基礎-4.0m,然后澆筑C15 砼墊層至-3.0 m 底板基礎。施工時要求開挖基坑進行驗槽,結合實際情況確定是否需要進行調整。

4 結語

本工程一期工程先行實施新建水閘工程,后期再實施二期閘站工程,滿足區域防洪要求,通過新建水閘工程的實施,在很大程度上提高了流域內的防洪排澇能力,解決了目前防洪存在的的問題。建議在項目開展過程中與規劃、管委會等有關部門對接核實項目前期情況等工作,根據規劃用地調整對滯洪區面積及排澇泵站規模進行相應調整。