淺談圍墾工程中水閘設(shè)計(jì)

【摘 要】本文以三門(mén)縣洋市涂圍墾工程作為工程實(shí)例，分析在圍墾工程水閘設(shè)計(jì)中有關(guān)閘址、閘軸線、閘室結(jié)構(gòu)布置型式及閘門(mén)結(jié)構(gòu)的選擇，供類(lèi)似工程設(shè)計(jì)參考。

【關(guān)鍵詞】圍墾工程；水閘設(shè)計(jì)

0.工程概況

三門(mén)縣位于浙東沿海三門(mén)灣畔，地處中國(guó)“黃金海岸線”中段，東瀕三門(mén)灣，南鄰臨?？h，西枕天臺(tái)縣，北接寧?？h。三門(mén)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(mén)灣健跳港南面，居?xùn)|經(jīng)121°40′，北緯29°02′，東臨三門(mén)灣，南瀕宮前灣，西靠健跳鎮(zhèn)洋市，北與龍山相望，距三門(mén)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(gè)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(jí)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

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(kāi)發(fā)，按照《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）、《灘涂治理工程技術(shù)規(guī)范》（SL389-2008）和《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL435-2008），近期工程等別為IV等，考慮到中遠(yuǎn)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(jí)建筑物，次要建筑物為4級(jí)，龍口、堵口等臨時(shí)建筑物為5級(jí)。

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(shè)計(jì)防潮標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

2.閘址選擇

工程臨海面屬開(kāi)敞式海域，風(fēng)浪較大，閘址、閘軸線選擇和布置應(yīng)予以重視。

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001），閘址應(yīng)根據(jù)水閘的功能、特點(diǎn)和運(yùn)用要求，綜合考慮地形、地質(zhì)、水流、潮汐、施工、管理、周?chē)h(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(guó)家很重視對(duì)無(wú)人島的保護(hù)，并且南、北側(cè)布置水閘朝向差，風(fēng)浪爬高又大，運(yùn)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(duì)較好；東嘴頭位置朝向外海，易受到外海涌浪影響，風(fēng)浪較大；柴爿花嘴朝向三門(mén)灣內(nèi)，風(fēng)浪相對(duì)較小，中遠(yuǎn)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(yuǎn)期的主排水閘。

3.閘軸線選擇

納潮閘布置在東嘴頭，風(fēng)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?？趹?yīng)避開(kāi)不利風(fēng)向，盡可能朝NE～ENE向布置，改善水閘的運(yùn)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(kāi)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(diǎn)和運(yùn)行要求，可選用開(kāi)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(yùn)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(yùn)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(guò)水能力，又可減小閘門(mén)高度和啟門(mén)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(duì)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(huì)影響閘門(mén)的啟閉。整體式底板的閘室，劃分閘段的橫縫一般設(shè)在閘墩內(nèi)，相鄰閘墩之間不致出現(xiàn)大的不均勻沉降，對(duì)閘門(mén)啟閉有利。結(jié)構(gòu)縫應(yīng)設(shè)在閘墩上，選用整體性強(qiáng)、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(jiǎn)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(duì)地基不均勻沉降的適應(yīng)性較好，但需加大底板的砌置深度，工程量大，且施工復(fù)雜。倒拱底板主要優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省工程量，但設(shè)計(jì)和施工都比較復(fù)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(shí)，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(yùn)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(mén)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(mén)布置在圍區(qū)側(cè)，胸墻布置在外海側(cè)。外置式胸墻閘門(mén)易遭受氣蝕破壞；內(nèi)置式胸墻結(jié)構(gòu)雖然檢修平臺(tái)位于胸墻外側(cè)，抗風(fēng)浪能力較弱，但可避免閘門(mén)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(mén)型式及結(jié)構(gòu)選擇

本工程水閘工作門(mén)承擔(dān)擋潮功能，擬選提拉式平板閘門(mén)、升臥式鋼閘門(mén)和液壓翻板閘門(mén)三種閘門(mén)型式進(jìn)行分析比較。

表1 閘門(mén)型式比較表

綜合分析三種門(mén)型的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇提拉式平板閘門(mén)作為水閘工作閘門(mén)，通過(guò)建筑風(fēng)格設(shè)計(jì)可減弱高聳排架的視覺(jué)影響。

另外，閘門(mén)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(mén)尺寸較小，本次推薦采用C35預(yù)應(yīng)力鋼筋砼閘門(mén)，表面涂防腐材料。

7.結(jié)論

結(jié)合工程地質(zhì)、地形、風(fēng)浪、潮汐、施工管理及周?chē)h(huán)境，本次水閘設(shè)計(jì)采用內(nèi)置胸墻平底板結(jié)構(gòu)，閘門(mén)采用C35預(yù)應(yīng)力鋼筋砼閘門(mén)，啟閉設(shè)備采用手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]水閘設(shè)計(jì)規(guī)范.（GB365-2001）.

[2]海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范.（SL435-2008）.

[3]三門(mén)縣洋市涂圍墾工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告.

[4]水工建筑物》（第五版）.