一種新型雙扉擋潮閘在?；◢u1# 橋閘中的應(yīng)用

游孟陶，胡添翼，常智慧

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092]

0 引言

近年來(lái)，隨著全球氣侯變暖加劇，極端天氣日益頻發(fā)。濱海地區(qū)一線(xiàn)擋潮閘在日益頻繁的風(fēng)暴潮及洪水的侵襲下，承擔(dān)了愈發(fā)重要的防洪防潮功能。由于直面風(fēng)浪襲擊，風(fēng)浪強(qiáng)，潮差高，跨度大，受力條件復(fù)雜，一線(xiàn)擋潮閘始終是防潮工程設(shè)計(jì)中的重要難點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的閘門(mén)型式包括直升門(mén)、升臥門(mén)、弧形門(mén)、雙扉門(mén)、鋼壩閘等[1]，但是由于自身的局限，上述門(mén)型都存在各自的應(yīng)用盲區(qū)。如何揚(yáng)長(zhǎng)避短，優(yōu)化創(chuàng)新，尋找更具普適性的閘門(mén)型式，是今后擋潮閘研究的重要方向。本文以海南自貿(mào)港?；◢u1# 橋閘工程設(shè)計(jì)為例，介紹了一種新型的上下雙扉門(mén)型閘門(mén)，在確保防潮安全的前提下，優(yōu)化了水閘的受力結(jié)構(gòu)，改善了水閘的景觀(guān)效果，有效降低了工程投資，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

1 擋潮閘概述

擋潮閘多位于河道入?？?，與一線(xiàn)海塘連接，直面海洋風(fēng)暴襲擊，同時(shí)承受河道行洪壓力，兼具防潮、防洪的重要功能，目前應(yīng)用較多的閘門(mén)型式主要包括直升門(mén)、升臥門(mén)、弧形門(mén)、雙扉門(mén)、鋼壩閘等。

1.1 平面鋼直門(mén)

直升式平面鋼閘門(mén)作為一種傳統(tǒng)的門(mén)型，廣泛應(yīng)用于各種節(jié)制閘工程。該門(mén)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布置容易、運(yùn)行可靠、便于維護(hù)、造價(jià)較低，可以滿(mǎn)足雙向擋水、動(dòng)水局部開(kāi)啟控制流量的要求。但該門(mén)型需要較高的排架和啟閉機(jī)房，景觀(guān)效果較差（見(jiàn)圖1）。

圖1 直升門(mén)示意圖

1.2 升臥門(mén)

升臥門(mén)是平面直升門(mén)的一種變型，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置容易，運(yùn)行可靠、便于維護(hù)，造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)閘門(mén)開(kāi)啟后橫臥于工作橋下，能適當(dāng)降低啟閉機(jī)排架的高度，景觀(guān)效果優(yōu)于直升門(mén)（見(jiàn)圖2）。

圖2 升臥門(mén)示意圖

1.3 上下雙扉門(mén)

上下雙扉門(mén)為平面直升門(mén)的改進(jìn)型，將傳統(tǒng)的一扇直升門(mén)分為上、下兩扇門(mén)，在保證防潮安全的同時(shí)，適當(dāng)降低了啟閉機(jī)排架的高度（見(jiàn)圖3）。

圖3 雙扉門(mén)示意圖

1.4 鋼壩閘

鋼壩閘是近年較為流行的一種閘門(mén)型式，該閘門(mén)主要由液壓?jiǎn)㈤]機(jī)、傳動(dòng)底軸、門(mén)頁(yè)三部分組成。閘門(mén)平時(shí)藏于水下，關(guān)閘時(shí)通過(guò)啟閉機(jī)帶動(dòng)底軸翻轉(zhuǎn)門(mén)頁(yè)關(guān)閉。該門(mén)型景觀(guān)效果好，但是運(yùn)行可靠性略差，適用于安全要求較低的景觀(guān)水閘（見(jiàn)圖4）。

圖4 鋼壩閘示意圖

2 ?；◢u1#橋閘工程

恒大?；◢u位于海南自貿(mào)港西部，是我國(guó)著名的海島旅游度假區(qū)，其中1# 橋閘工程連接1# 島與3# 島，既承擔(dān)了區(qū)域防潮的重要功能，也是區(qū)域內(nèi)重要的景觀(guān)節(jié)點(diǎn)工程（見(jiàn)圖5）。

圖5 ?；◢u1# 橋閘工程區(qū)位圖

?；◢u1# 橋閘工程防潮標(biāo)準(zhǔn)為100 a 一遇高潮位+12 級(jí)臺(tái)風(fēng)，主橋總長(zhǎng)度478 m，水閘孔口凈寬354 m，引堤長(zhǎng)580 m，為國(guó)內(nèi)最大的跨海橋閘工程。為確保滿(mǎn)足區(qū)域防洪擋潮的重要功能，又有效滿(mǎn)足橋閘景觀(guān)功能，本工程采用了“橋+ 閘+ 橋”的總體布置方案，將水閘隱藏在橋梁中間，有效改善了橋閘景觀(guān)（見(jiàn)圖6）。

圖6 ?；◢u1# 橋閘典型斷面

本工程共布置29 孔閘門(mén)，其中1 孔為通航孔，單孔凈寬18 m，其余28 孔凈寬均為12 m，總凈口寬354 m，單孔閘高10 m。本次設(shè)計(jì)在吸收傳統(tǒng)升臥門(mén)、上下雙扉門(mén)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，閘門(mén)采用了直升門(mén)加升臥門(mén)的新型上下雙扉門(mén)型式（見(jiàn)圖7）。下扉門(mén)為升臥門(mén)，為露頂式平面滾輪支承鋼閘門(mén)結(jié)構(gòu)，主要承受靜水壓力和部分波浪壓力；上扉門(mén)為直升門(mén)，為露頂式平面滑塊支承鋼閘門(mén)結(jié)構(gòu)，主要承受波浪壓力。

圖7 新型雙扉擋潮閘門(mén)示意

該門(mén)型降低了單扇閘門(mén)高度，降低了單扇閘門(mén)尺寸及重量（尤其和上下等厚的單扇閘門(mén)方案相比，雙扉門(mén)中的上扉門(mén)不承受靜水壓力，尺寸重量容易控制，雙扉門(mén)方案整體重量相較單扇閘門(mén)方案更小），降低了閘門(mén)生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝的難度，也降低了單臺(tái)啟閉機(jī)的起吊重量，有效節(jié)省了工程投資；該門(mén)型下扉門(mén)采用升臥門(mén)，啟門(mén)后平躺于啟閉機(jī)平臺(tái)下方，較傳統(tǒng)上下扉門(mén)進(jìn)一步降低了啟閉機(jī)平臺(tái)高度，可有效改善橋閘景觀(guān)效果；根據(jù)物模受力分析，該門(mén)型閘門(mén)在擋潮工況下的應(yīng)力條件明顯改善，有效提升了閘門(mén)長(zhǎng)期運(yùn)行的安全可靠性；根據(jù)物模試驗(yàn)，該門(mén)型越浪量很小，可完全滿(mǎn)足相關(guān)要求，橋閘整體效果圖見(jiàn)圖8。

圖8 海花島1# 橋閘整體效果

3 閘門(mén)特性物理模型試驗(yàn)研究

3.1 試驗(yàn)方法

為了對(duì)閘門(mén)的工作情況做進(jìn)一步分析，根據(jù)前文布置方案，通過(guò)波浪斷面物理模型試驗(yàn)的方法，對(duì)閘門(mén)的波壓力、越浪量等內(nèi)容進(jìn)行研究。試驗(yàn)分為兩組，一組為前文介紹的新型雙扉擋潮閘門(mén)；另一組為單扇升臥門(mén)方案，作為對(duì)照組（見(jiàn)圖9、圖10）。

圖9 單扇升臥門(mén)模型

圖10 雙扉門(mén)模型

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.2.1 閘門(mén)波壓力

在100 a 一遇高水位下100 a 一遇波浪作用下，采用單扇升臥門(mén)設(shè)計(jì)方案時(shí)：非通航閘門(mén)最大正向波壓力為194.23 kPa，最大負(fù)向波壓力為40.78 kPa；通航閘門(mén)最大正向波壓力為195.36 kPa，最大負(fù)向波壓力為40.06 kPa；最大正向波壓力出現(xiàn)在靜水面附近位置，最大負(fù)向波壓力則出現(xiàn)在靠近閘底部位置處（見(jiàn)表1）。

表1 閘門(mén)波壓力對(duì)比

采用雙扉閘門(mén)設(shè)計(jì)方案時(shí)：非通航閘門(mén)最大正向波壓力為169.75 kPa，最大負(fù)向波壓力為49.88 kPa；通航閘門(mén)最大正向波壓力為174.73 kPa，最大負(fù)向波壓力為48.36 kPa；最大正向波壓力出現(xiàn)在靜水面附近位置，最大負(fù)向波壓力則出現(xiàn)在靠近閘底部位置處。

試驗(yàn)結(jié)果表明，雙扉門(mén)最大波壓力比一體式升臥門(mén)方案減小12%左右，閘門(mén)所受波壓力明顯減小，初步推測(cè)是由于上下扉閘門(mén)的兩扇門(mén)之間順?biāo)鞣较蚯昂箦e(cuò)位，相較于傳統(tǒng)單扇閘門(mén)方案起到一定的消浪效果；由于采用分體式閘門(mén)設(shè)計(jì)，單個(gè)閘門(mén)的受力更加明確合理，便于分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2.2 閘門(mén)越浪量分析

在100 a 一遇高水位+100 a 一遇波浪情況下，閘門(mén)門(mén)頂高程+7.0 m 時(shí)，采用單扇閘門(mén)設(shè)計(jì)方案，越浪量為0.27 m3/m/s；采用雙扉門(mén)設(shè)計(jì)方案，由于下扉門(mén)是升臥門(mén)，需要在防浪結(jié)構(gòu)預(yù)留吊孔，越浪量稍大，為0.29 m3/m/s，但兩種閘門(mén)方案的越浪量差別不大。

4 結(jié)論

本文以?；◢u1# 橋閘工程為例，應(yīng)用了一種新型雙扉擋潮閘門(mén)，下扉門(mén)為露頂式平面滾輪支承鋼閘門(mén)，上扉門(mén)為露頂式平面滑塊支承鋼閘門(mén)。物理模型試驗(yàn)結(jié)果表明，和傳統(tǒng)單扇升臥門(mén)相比，這種閘門(mén)所受浪壓力明顯小于傳統(tǒng)單升臥門(mén)方案，結(jié)構(gòu)受力更加合理；與此同時(shí)，這種閘門(mén)的擋浪效果和傳統(tǒng)單扇升臥門(mén)相近。綜上所述，本文提出的新型雙扉擋潮閘門(mén)景觀(guān)效果優(yōu)秀、經(jīng)濟(jì)性良好、受力也十分合理，值得進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。