某新建水閘工程設(shè)計方案比選研究

火慶昌

（杭州水利水電勘測設(shè)計院有限公司蘭州公司,甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

流域內(nèi)現(xiàn)狀五孔閘水閘最大過閘流量180 m3/s,承擔(dān)保護(hù)上游耕地0.8 萬畝、人口1.6 萬人防排洪擋潮任務(wù)。現(xiàn)狀安全鑒定為3 類閘,主要存在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、主要建筑物的整體穩(wěn)定性、消能防沖等達(dá)不到現(xiàn)行規(guī)范要求以及管理房建筑老化破損嚴(yán)重等方面的問題[1]。為配合流域出?？诘呐藕榧{潮改造,完善防洪減災(zāi)體系,增加流域滯洪區(qū)滯洪能力,本次擬新建水閘代替現(xiàn)狀水閘,與現(xiàn)有防洪工程聯(lián)合調(diào)度,形成完整的防洪排澇系統(tǒng),確保潮位低于滯洪區(qū)內(nèi)水位時,澇水可以自排入海。新建水閘閘址移到滯洪區(qū)末端（現(xiàn)狀水閘工程下游570m 位置）,水閘設(shè)計排澇流量195.64 m3/s,校核排澇流量234.78 m3/s,設(shè)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(nèi),工程等級為Ⅲ等,工程規(guī)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(jié)構(gòu)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(xiàn)狀漁船的通航需求。根據(jù)水閘規(guī)模分析結(jié)果,設(shè)計閘孔凈寬30.0 m,本文擬采用以下三方案進(jìn)行水閘型式比選,比選內(nèi)容主要從閘門啟閉方式進(jìn)行闡述,其他比選項見表1。

表1 水閘結(jié)構(gòu)形式布置方案比選

方案一閘門啟閉方式：關(guān)門擋潮時,可擋50 年一遇海潮；內(nèi)湖行洪時,通過液壓啟閉機(jī)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(jī)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(guān)閘和開閘狀態(tài)下,整體協(xié)調(diào)美觀。

方案二閘門啟閉方式：關(guān)門擋潮時,可擋50 年一遇海潮；內(nèi)河行洪時,通過液壓啟閉機(jī)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(jī)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(guān)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(guān)門擋潮時,可擋50 年一遇海潮；內(nèi)湖行洪時,開啟閘門,控制開度可滿足最大行洪30 年一遇內(nèi)湖2.5 m；需要通航時,啟閉機(jī)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(jī)方案結(jié)構(gòu)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(jī)方案。

（2）水閘閘室結(jié)構(gòu)比選

根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗,水閘閘室結(jié)構(gòu)根據(jù)泄流特點和運行要求,一般采用開敞式、胸墻式結(jié)構(gòu),二者比選如下：開敞式結(jié)構(gòu)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(jìn)港避風(fēng)的通航要求,因此,高沙水閘采用開敞式結(jié)構(gòu)。

（3）海漫結(jié)構(gòu)比選

海漫結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定兩個方案進(jìn)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(shù)簡單,缺點是耗用勞動力較多,難以用機(jī)械化方法施工,工期較長；格賓石籠柔韌性好、透水性強(qiáng)、耐久性及防沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點,具有很好的生態(tài)性。格賓網(wǎng)結(jié)構(gòu)能夠承受較大范圍的變形,不會因不均勻沉陷而產(chǎn)生沉陷縫等,整體結(jié)構(gòu)不會遭到破壞。施工采用機(jī)械為主,人工為輔,施工進(jìn)度較快。本次選用整體性較好,施工簡便,進(jìn)度較快的格賓石籠海漫方案。

2.2 水閘孔數(shù)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(jī)啟閉,根據(jù)類似工程經(jīng)驗和市場調(diào)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(shù)布置方案比選表

根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL 265-2016）,閘孔孔數(shù)少于8孔時,宜采用單數(shù)孔,綜合考慮,便于管理維修,設(shè)備統(tǒng)一,新建水閘孔數(shù)采用3 孔,每孔凈寬10 m。

3 總體布置及主要結(jié)構(gòu)型式

3.1 工程總體布置方案

工程以水閘主體工程、兩側(cè)堤防共同組成防洪封閉線,現(xiàn)狀該段河堤堤頂標(biāo)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(shè)計閘孔規(guī)模為3 孔×10 m 寬。上、下游均與現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(cè)擋墻、上游消力池護(hù)坦、閘室、下游消力池護(hù)坦、下游格賓石籠海漫及兩側(cè)擋墻組成。主要結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),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(shè)計啟閉房,對應(yīng)配3 臺QP-2×250 卷揚式雙吊點啟閉機(jī)。工作閘門上、下游2.0 m 分別設(shè)置檢修閘門,閘門采用鋼制疊梁閘門,啟閉機(jī)采用雙吊點電動葫蘆,配自動抓梁。閘室上游設(shè)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(hù)坦和格賓石籠護(hù)砌。上、下游護(hù)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(shè)置冒水孔和反濾層,護(hù)坦高程為-1.5 m,上游接40 m 長50 cm 厚格賓石籠護(hù)底,下游接45 m 長50 cm 厚格賓石籠護(hù)底。

（3）上、下游翼墻采用C35 現(xiàn)澆砼扶壁式擋墻結(jié)構(gòu),與河道兩側(cè)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(shè)計在水閘底板基礎(chǔ)采用挖除中砂層,換填C15 砼墊層進(jìn)行防滲加固處理。根據(jù)勘察報告閘室段及翼墻段剖面圖,設(shè)計開挖基礎(chǔ)-4.0m,然后澆筑C15 砼墊層至-3.0 m 底板基礎(chǔ)。施工時要求開挖基坑進(jìn)行驗槽,結(jié)合實際情況確定是否需要進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié)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(qū)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(nèi)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(guī)劃、管委會等有關(guān)部門對接核實項目前期情況等工作,根據(jù)規(guī)劃用地調(diào)整對滯洪區(qū)面積及排澇泵站規(guī)模進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。