中山市大涌口水閘設(shè)計(jì)綜述

魯永華，李淼，穆全平，包第嘯

（中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津300222）

中山市大涌口水閘設(shè)計(jì)綜述

魯永華，李淼，穆全平，包第嘯

（中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津300222）

中山市大涌口水閘是一座集防潮、防咸、排洪，結(jié)合供水（生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)）為一體的水利工程，重點(diǎn)介紹了工程建設(shè)面臨的各種難題及針對性采取的各種技術(shù)方案。

深厚淤泥地基；灌注樁；油泵房；牛腿；圍堰

1 工程概況及布置

中珠聯(lián)圍位于中山市南部、西江磨刀門水道左岸，東南與澳門半島相鄰，南鄰馬騮洲水道，西南與斗門白蕉聯(lián)圍隔河相望，北接五桂山脈和鳳凰山脈，地跨中山、珠海兩市，現(xiàn)有人口33.96萬人。中珠聯(lián)圍擔(dān)負(fù)著重要的防風(fēng)暴潮作用，保護(hù)著圍內(nèi)137.72km2的平原面積，保護(hù)著珠海特區(qū)、京珠高速公路、105國道等重要交通設(shè)施及工廠企業(yè)，2002年工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)189.65億元。2002年國務(wù)院將中珠聯(lián)圍從3級(jí)堤防提高到1級(jí)。

大涌口水閘是位于坦洲涌入江口、中珠聯(lián)圍干堤上的一座集防潮、防咸、排洪，結(jié)合供水（生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)）為一體的水利工程，是聯(lián)圍主要的水工建筑物之一。大涌口水閘對保護(hù)圍內(nèi)的人民生命財(cái)產(chǎn)安全，調(diào)節(jié)改善圍內(nèi)生活用水及水質(zhì)，保證當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有十分重要的意義。

工程為Ⅰ等工程，主要建筑物級(jí)別為1級(jí)。水閘興利除害的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：防潮按100 a一遇最高洪潮水位設(shè)計(jì)，以歷史最高洪潮水位校核；防洪按圍內(nèi)50 a一遇洪水設(shè)計(jì)，200 a一遇洪水校核；排澇按圍內(nèi)10 a一遇最大24 h暴雨1 d排干設(shè)計(jì)；供水上，農(nóng)業(yè)供水按90%保證率設(shè)計(jì)，生活、工業(yè)供水按95%保證率設(shè)計(jì)。

水閘雙向引水，正向最大行洪能力為1 774 m3/s，反向最大設(shè)計(jì)引水流量為1 200 m3/s。

水閘共12孔，每孔凈寬14.2 m，閘室總寬度198 m。水閘閘室順?biāo)鞣较蜷L20 m。底板高程為-3.5 m。水閘頂部布置有“廊橋型”油泵房及交通橋，油泵房下游側(cè)墻兼作擋水胸墻，油泵房頂部兼作人行道及觀景平臺(tái)。油泵房頂高程4.8 m，交通橋橋面高程4.6 m。閘門為12扇平板定輪鋼閘門，閘門尺寸為14.2 m×5 m（寬×高），以液壓啟閉機(jī)啟閉。啟閉機(jī)支墩弧線造型，頂高程9.8 m，支墩頂設(shè)置“圓盤式牛腿”支撐啟閉機(jī)。

閘底板下“滿堂紅”布置直徑為1 m的混凝土灌注樁，每聯(lián)底板下布置灌注樁63根。閘底板上下游設(shè)水泥攪拌樁防滲墻，墻厚度0.5 m，墻深6 m。

水閘雙向運(yùn)用，閘室上下游側(cè)均設(shè)有消力池和防沖設(shè)施。水閘上、下游消力池尺寸相同：池長20 m，池深1 m。閘室上游消力池前接長36 m干砌石海漫，海漫上游接8 m長、2 m深的干砌石防沖槽。水閘上游消能防沖設(shè)施總長度為64 m。閘室下游消力池后的干砌石海漫，長30 m，海漫末端與老閘底板相接。水閘下游消能防沖設(shè)施（不包括老閘的底板及消能防沖設(shè)施）總長度約為50 m。

控制樓分別布置在兩岸空箱上，左岸控制樓內(nèi)布置有高、低壓配電盤柜、電氣控制設(shè)備以及柴油發(fā)電機(jī)。

水閘兩側(cè)新筑引堤與兩岸堤防連接，左、右岸新建引堤長度分別為174.3、199.4 m，堤頂高程為4.6 m。

2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

本工程所在中珠聯(lián)圍面臨海洋，工程所在地屬熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，該區(qū)降雨量大、降雨強(qiáng)度高，且年內(nèi)分配不均，臺(tái)風(fēng)發(fā)生頻次多、強(qiáng)度大。區(qū)域內(nèi)多年平均年降雨量為2 080 mm，汛期4—9月的多年平均降雨量為1 736 mm；多年平均年最大風(fēng)速21 m/s，最大風(fēng)力大于10級(jí)的平均2年1次，最大風(fēng)力大于11級(jí)的平均4年1次，最大風(fēng)力大于12級(jí)的平均7年1次。水閘下游河道直通外海，潮汐和風(fēng)暴潮頻繁沖擊建筑物。水閘運(yùn)行條件十分惡劣。

另外，工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度值為0.10 g，場地抗震設(shè)防烈度為7度。場地土的類別為軟弱場地土，場地類別屬Ⅲ類。閘下地基為第四系海陸交互相軟土，自上而下依次為淤泥、淤泥質(zhì)土層。該兩種土層呈流塑狀，層厚32.60～48.60 m，平均39.55 m，具有厚度大、含水率高、高壓縮性、低強(qiáng)度、高靈敏度、易觸變、弱滲透性的特點(diǎn)，且具有震陷性。工程地質(zhì)條件極差。

3 主要技術(shù)方案

3.1 深厚淤泥層閘基的綜合處理

閘室基礎(chǔ)采用了“水下清淤換填”、水泥攪拌樁圍封、“滿堂紅”布設(shè)鉆孔灌注樁的綜合地基處理設(shè)計(jì)方案，基礎(chǔ)處理效果良好。

結(jié)合本工程場區(qū)地質(zhì)、水文和氣象條件特點(diǎn)，采用挖泥船水上作業(yè)清淤、拋填和基礎(chǔ)換填2 m厚粗砂，顯著提高了地基的承載能力，且為基坑排水后設(shè)備直接進(jìn)場提供了條件。另外，基礎(chǔ)換填后，灌注樁樁頂土層的土性得到較大改善，顯著提高了灌注樁的水平承載力，從而提高了閘室的抗滑穩(wěn)定性。

閘底板上下游側(cè)各布置1排0.5 m厚、6 m深的水泥攪拌樁，保證了閘基土體的滲透穩(wěn)定，同時(shí)還有效地防止了閘下流塑性土的流變，可以降低地震時(shí)的震陷破壞。

閘底板下“滿堂紅”布置鉆孔灌注樁，每聯(lián)底板下布置直徑為1 m的混凝土灌注圓樁63根，樁長普遍40.2 m，最長達(dá)50 m。利用粗、礫砂層或砂質(zhì)黏土層作為樁端持力層，樁端進(jìn)入持力層2～5 m?！皾M堂紅”式的灌注樁基礎(chǔ)有效地解決了天然地基豎向承載力和水平阻滑力不足及建筑物沉降量超標(biāo)等問題，保證了閘室整體穩(wěn)定，使建筑物的沉降量控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。同時(shí)，還消除了地基土可能發(fā)生的地震液化和震陷問題。

3.2 “復(fù)合型圍堰”設(shè)計(jì)

初步設(shè)計(jì)階段圍堰設(shè)計(jì)方案為土石圍堰，施工階段對圍堰進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。圍堰設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮的設(shè)計(jì)條件為：地質(zhì)條件極差，地基承載力低，常規(guī)設(shè)備難以進(jìn)場作業(yè)；工程位于感潮河段，潮汐變化及可能的風(fēng)暴潮使圍堰在自身施工過程中即面臨較大承載壓力；河道河沙（當(dāng)?shù)胤Q牛皮砂）豐富；施工單位具有成熟的吹填經(jīng)驗(yàn)和完善的施工設(shè)備。

設(shè)計(jì)采用了基礎(chǔ)拋石擠淤、上下游水力充填膜袋砂固坡、中部水力吹填牛皮砂、上游面采用土工膜防滲的“復(fù)合型圍堰”，圍堰設(shè)計(jì)斷面如圖1所示。圍堰填筑作業(yè)全部水上進(jìn)行。

圖1 圍堰典型斷面

“復(fù)合型圍堰”設(shè)計(jì)因地制宜，就地取材，不但有效解決了地基承載力和設(shè)備難以進(jìn)場的難題，而且充分利用了河道中可直接抽取、成本低廉的牛皮砂。不僅如此，該圍堰方案還大大加快了施工進(jìn)度，縮短了工期，保證了工程質(zhì)量，為類似工程圍堰設(shè)計(jì)的典范。

3.3 “廊橋型油泵房”設(shè)計(jì)

本工程水閘閘墩寬度較窄，油泵房難以采用分別布置于各個(gè)閘墩頂部的方案；另外，本工程位于強(qiáng)臺(tái)風(fēng)覆蓋區(qū)，油泵房若采用常規(guī)高聳的“排架+油泵房”型的布置，建筑結(jié)構(gòu)將面臨較大抗風(fēng)壓力。綜合考慮各種因素，設(shè)計(jì)采用了整體式“廊橋型油泵房”設(shè)計(jì)，油泵房采用整體式混凝土結(jié)構(gòu)，兩端簡支于閘墩上。油泵房上游墻兼作閘門胸墻，頂部兼作人行道和觀景平臺(tái)。

這種“廊橋型油泵房”設(shè)計(jì)方案，既滿足了油泵房功能需要，又顯著降低了水閘的整體高度，提高了水閘的抗震和抗臺(tái)風(fēng)性能。另外，油泵房還兼具了水閘胸墻、人行道和觀景平臺(tái)的功能，一專多用，經(jīng)濟(jì)合理。

3.4 “觀察舷窗”設(shè)計(jì)

油泵房上下游側(cè)壁還設(shè)置有“觀察舷窗”，在臺(tái)風(fēng)肆虐、大雨如注的惡劣天氣里，既可現(xiàn)場直觀觀察閘下風(fēng)暴潮情況和上游涌內(nèi)洪水情況，又能為運(yùn)行管理人員創(chuàng)造舒適的工作環(huán)境，體現(xiàn)了“以人為本”的設(shè)計(jì)理念。

3.5 “圓盤形牛腿”設(shè)計(jì)

水閘液壓啟閉機(jī)支墩采用弧線造型，支墩頂部從下至上依次為3個(gè)逐漸加大的混凝土圓盤，3個(gè)圓盤共同組成了支撐液壓啟閉基礎(chǔ)的牛腿。這種支墩和牛腿設(shè)計(jì)方案在滿足結(jié)構(gòu)功能需求的同時(shí)，還順應(yīng)了力學(xué)的基本原理，同時(shí)提高了支墩抗臺(tái)風(fēng)能力，增強(qiáng)了建筑物的美觀性。設(shè)計(jì)兼具了新穎性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

另外，混凝土圓盤牛腿頂部設(shè)置了圓形透空的輕鋼構(gòu)件外包鋁塑板裝飾，使整個(gè)建筑物具有輕盈感，改變了閘墩單調(diào)沉重的外觀，為水閘增添了時(shí)代氣息和活潑元素。

3.6 基礎(chǔ)處理施工組織設(shè)計(jì)

針對水閘淤泥質(zhì)基礎(chǔ)難以承受施工作業(yè)設(shè)備進(jìn)場的特點(diǎn)，采用挖泥船水上作業(yè)清淤、清基、拋砂換基，從而保證了基坑排水后鉆孔灌注樁施工設(shè)備能直接進(jìn)場作業(yè)，加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了工期。

由于地基土為深厚的淤泥層，灌注樁鉆孔施工時(shí)孔壁穩(wěn)定極差。針對這種情況，設(shè)計(jì)人員提出了“視土選鉆、護(hù)筒跟進(jìn)”的施工方案：淤泥層鉆孔采用旋挖鉆機(jī)、全護(hù)筒跟進(jìn)施工，下部較堅(jiān)硬土層采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔、泥漿固壁的施工工藝。灌注樁施工中，采用這套施工組織設(shè)計(jì)方案，有效地防止了塌孔和縮徑，保證了施工進(jìn)度和灌注樁的施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

不利的氣候、水文、地質(zhì)條件相互疊加，導(dǎo)致本工程存在一系列的工程技術(shù)難題，在解決這些難題的過程中，綜合性地采用了“水下清淤換填”、水泥攪拌樁圍封、“滿堂紅”布設(shè)鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)處理方案；創(chuàng)新性地提出了“廊橋型油泵房”“觀察舷窗”、弧線形啟閉機(jī)支墩、“圓盤形牛腿”等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；因地制宜地提出了“復(fù)合型圍堰”優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和“水上作業(yè)清基、換填”“視土選鉆、護(hù)筒跟進(jìn)”的施工組織設(shè)計(jì)方案。這些設(shè)計(jì)方案和施工方案適應(yīng)了本工程的特點(diǎn)，有針對性地解決了本工程面臨的諸多難題。工程于2004年11月開工建設(shè)，2006年5月建成并投入使用。工程自建成至今，運(yùn)行安全，發(fā)揮了既定的各項(xiàng)功能，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

TV66；TV222

：B

：1004-7328（2017）01-0047-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.01.014

2016—11—16

魯永華（1978—），男，高級(jí)工程師，主要從事水利工程勘察設(shè)計(jì)工作。