某沿海擋潮閘設(shè)計難點(diǎn)及解決對策

張應(yīng)奎，孫承坪，周亞明，董 波

(連云港市水利規(guī)劃設(shè)計院有限公司，江蘇 連云港 222006)

1 工程概況

臺北鹽場老海堤西起臨洪口的元寶港閘，東至北固山，海堤的樁號為56+715～69+785之間，總長13.07km，海堤內(nèi)為臺北鹽場和五七鹽場，由于多年的海岸淤積，海岸線已前移至老海堤北1.2～3km處，五七鹽場在臨洪口段老海堤前筑有簡易新海堤，新沭河右堤也向前延伸了3km。

由于海岸線的前移，原擋潮閘下自然形成的河道斷面狹小，淤積嚴(yán)重，已不能滿足現(xiàn)狀鹽場的排水要求，需將擋潮閘北移以滿足排水要求。根據(jù)《連云港市城市防洪規(guī)劃》調(diào)整安排，考慮區(qū)域內(nèi)土地功能變化并為水系調(diào)整留有余地，基于大浦河調(diào)尾上口東側(cè)排淡河不建閘情況確定閘孔總寬度，海濱新區(qū)擋潮閘總凈寬取80m，由原規(guī)劃5座擋潮閘調(diào)整為3座，其中新城閘40m，開泰閘和西墅閘各20m。

海濱新區(qū)位于臺北鹽場，是在灘涂上圍填海造成的新城區(qū)，新區(qū)海堤較老海堤向海側(cè)推進(jìn)了約3km，全長11.485km。海堤和擋潮建筑物工程是海濱的重要基礎(chǔ)設(shè)施，通過海濱新區(qū)海堤建設(shè)，為上游160.5km2流域面積的防洪保安提供了強(qiáng)有力的保障，同時為大浦河調(diào)尾東調(diào)105m3/s洪水提供了安全行洪口門。通過本工程的興建，可使上游總面積160.5km2區(qū)域排澇標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到20a一遇，擋潮標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到設(shè)計100a一遇，校核300a一遇。

2 工程設(shè)計的主要難點(diǎn)及解決對策

本工程建于原海堤外側(cè)約3km處，如圖1—2所示。工程建設(shè)位置淤泥層較厚，淤泥屬不良工程地質(zhì)層，具含水量高、孔隙比大、壓縮性高、力學(xué)強(qiáng)度低等不良工程地質(zhì)特性；工程建設(shè)地點(diǎn)離陸地遠(yuǎn)，建設(shè)環(huán)境較為惡劣。本工程及海濱新區(qū)同期建設(shè)的開泰閘、西墅閘為本地區(qū)首次在海堤以外新建中型以上規(guī)模的水工建筑物。

圖1 施工過程中的筑堤及圍堰

圖2 合攏后的新城閘圍堰

2.1 施工圍堰填筑困難

2.1.1 主要難點(diǎn)

本工程建設(shè)地點(diǎn)距離陸域遠(yuǎn)，閘塘四周均面臨海水的侵蝕、淘涮，施工條件復(fù)雜，為江蘇省內(nèi)首次出現(xiàn)該種建閘條件。

2.1.2 解決對策

施工圍堰采用爆破擠淤填石法技術(shù)，為江蘇省內(nèi)沿海擋潮閘圍堰工程中首次應(yīng)用該技術(shù)。

海濱新區(qū)的規(guī)劃總體目標(biāo)是充分合理地利用潮間帶灘涂資源，解決連云港市城市發(fā)展迫切需要解決的空間制約問題，規(guī)劃區(qū)位于臨洪河口至西墅漁港之間，規(guī)劃總面積49km2，基本沿著-1.4m(1985國家高程基準(zhǔn)，下同)左右等深線新圍海堤。為與海堤建設(shè)同步，新城閘建設(shè)時形成了“海中建閘”的特殊狀況，閘塘四周均面臨海水的侵蝕、淘涮，該種建閘條件屬省內(nèi)首次，為保障水閘主體的順利、安全實(shí)施，經(jīng)多方案研究、比選，選定爆破擠淤填石結(jié)構(gòu)進(jìn)行圍堰的填筑。堤心石為爆填10～100kg塊石，底高程至底部硬土層，外坡1∶1.5～1∶2.5，內(nèi)坡1∶1.5，外坡為理坡、鋪設(shè)防滲結(jié)構(gòu)、塊石壓坡、澆灌混凝土，內(nèi)坡為理坡、鋪設(shè)防滲結(jié)構(gòu)、填筑閉氣土方、袋裝土壓腳。施工工藝采用堤頭爆填、靠海側(cè)爆填和爆夯。如圖3所示。

圖3 爆破擠淤填石施工工藝(單位：m)

2.2 施工機(jī)械、設(shè)備進(jìn)場不便

2.2.1 主要難點(diǎn)

淤泥深厚，且為流塑狀，承載力低、觸變性大，施工機(jī)械、設(shè)備進(jìn)場困難。

2.2.2 解決對策

本工程施工場區(qū)采用塑料排水板真空預(yù)壓固結(jié)法，加固時屬江蘇省內(nèi)首次采用該技術(shù)。

本工程施工區(qū)域內(nèi)表層①層淤泥厚約9.3m，其物理指標(biāo)很差，該層土直接快剪指標(biāo)黏聚力C=8kPa、內(nèi)摩擦角φ=0°，為流塑狀。為確保主體工程及施工安全，對該層軟土進(jìn)行加固處理，采用真空預(yù)壓排水固結(jié)法進(jìn)行地基加固，由于圍堰面臨海水侵蝕、淘涮的影響，排水固結(jié)法還需要適應(yīng)潮位變化的影響。豎向排水體為SPB型塑料排水板，間距1～1.5m正方形布置，上部鋪設(shè)砂濾層，濾層內(nèi)鋪設(shè)縱橫向排水主、支管，通過真空泵抽水降低淤泥孔隙水壓力、固結(jié)軟淤，如圖4所示。

經(jīng)處理后原淤泥土承載力僅30kPa提高到60kPa，抗剪強(qiáng)度Cu達(dá)到10～16kPa，較原狀軟淤抗剪強(qiáng)度指標(biāo)提高了60%以上，固結(jié)度達(dá)到80%以上，滿足施工機(jī)械進(jìn)場作業(yè)的需要。

2.3 主體工程基礎(chǔ)型式選擇考慮因素眾多

2.3.1 主要難點(diǎn)

建筑物荷載大，基礎(chǔ)承載力低。

2.3.2 解決對策

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和重要程度，在滿足建筑物自身沉降量、建筑物不同部位之間沉降差等要求的基礎(chǔ)上，綜合考慮工程安全、工程投資和施工進(jìn)度等諸多因素，最終選用多基礎(chǔ)處理型式。

新城閘場區(qū)位于水下淤泥質(zhì)淺灘，現(xiàn)狀標(biāo)高約-1.4m，地質(zhì)鉆探揭露的地層均為第四系松散堆積物，自上而下共分為6個工程地質(zhì)層，其中表層①層淤泥，厚約9.3m，高壓縮性，力學(xué)強(qiáng)度極低，該層土直接快剪指標(biāo)黏聚力C=8kPa、內(nèi)摩擦角φ=0°。基礎(chǔ)處理成了本工程至關(guān)重要的部分，經(jīng)多方案研究、調(diào)查、比選，根據(jù)不同部位采用多基礎(chǔ)處理方案。施工圍堰采用采用爆破擠淤填石結(jié)構(gòu)，保障施工場區(qū)外圍屏障的安全；施工場區(qū)軟淤采用塑料排水板真空預(yù)壓固結(jié)法進(jìn)行處理，為施工提供可靠的穩(wěn)定場地；閘室及兩側(cè)空箱岸墻采用群井基礎(chǔ)，共設(shè)4塊沉井，并采用同時制作、同時下沉的施工方案；上、下游翼墻采用灌注樁基礎(chǔ)，上游鋪蓋、下游消力池采用預(yù)制樁基礎(chǔ)，可與閘室主體同步施工，大大節(jié)約的工期。

本工程采用多種基礎(chǔ)處理型式，既保障水閘主體結(jié)構(gòu)的安全，又節(jié)約了工程投資。

2.4 相鄰沉井下沉干擾大

2.4.1 主要難點(diǎn)

本工程施工區(qū)較小，沉井下沉互相之間影響較大。

2.4.2 解決對策

工程采用群井整體下沉措施。

新城閘共4孔，每孔凈寬10m，兩側(cè)各設(shè)12m空箱岸墻，基礎(chǔ)采用沉井基礎(chǔ)，共設(shè)4塊沉井，井高9m，施工措施采用整體一次澆筑，一次下沉，在群井下沉過程中采用頂撐、水力沖挖、電腦監(jiān)控等措施，有效控制了沉井下沉的位移、沉井差等指標(biāo)，工程建設(shè)質(zhì)量良好。

2.5 海洋環(huán)境對混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕作用強(qiáng)

2.5.1 主要難點(diǎn)

本工程所處環(huán)境屬于海水浪濺區(qū)和重度鹽霧作用區(qū)，主體結(jié)構(gòu)受強(qiáng)烈腐蝕。

2.5.2 解決對策

主要部位混凝土外露面有機(jī)硅混凝土保護(hù)劑。

為了減少海水及鹽霧對本工程混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的影響，增加混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，新城閘工程首次在本地區(qū)使用南京水利科學(xué)研究院研究開發(fā)的GM901多功能有機(jī)硅混凝土保護(hù)劑，保護(hù)劑涂刷于閘室、翼墻、岸墻、引橋等混凝土外露面。工程建成至今，本工程主要部位混凝土結(jié)構(gòu)外觀良好，混凝土保護(hù)劑在本工程的應(yīng)用達(dá)到了預(yù)期的效果。

2.6 閘門所受腐蝕嚴(yán)重

2.6.1 主要難點(diǎn)

閘門工作環(huán)境惡劣，易因海水腐蝕縮短使用壽命。

2.6.2 解決對策

閘門采用犧牲陽極陰極保護(hù)措施。

陰極保護(hù)技術(shù)是電化學(xué)保護(hù)技術(shù)的一種，其原理是向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個外加電流，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物成為陰極，從而使得金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發(fā)生。本工程以閘門作為陰極，在閘門臨海側(cè)安裝鋁合金塊犧牲陽極，閘門內(nèi)河側(cè)安裝鎂合金塊犧牲陽極，鋁合金塊和鎂合金塊對閘門進(jìn)行保護(hù)，延長閘門使用壽命。

2.7 工程整體外觀效果要求高

2.7.1 主要難點(diǎn)

工程位于連云新城主海堤上，地處城市對外開放最前沿，外觀形象上升為工程設(shè)計好壞的重要因素。

2.7.2 解決對策

通過專業(yè)化、精細(xì)化設(shè)計使水閘外觀與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致。

本工程在滿足水閘使用功能的前提下，閘上建筑具有現(xiàn)代特色，夜間照明呈現(xiàn)音符跳動韻律，閘與道路相融，閘與城市相融；橋上護(hù)攔采用石材與不銹鋼相搭配設(shè)計；水工結(jié)構(gòu)采用流線型布置，閘下導(dǎo)流堤結(jié)合觀景平臺布置等，以上設(shè)計均體現(xiàn)較高的景觀價值，與海濱新區(qū)現(xiàn)代化的城市相得益彰，為新區(qū)增添一座地標(biāo)建筑。

3 結(jié)語

新城閘位于連云港市海濱新區(qū)新建主海堤上，主要功能為擋潮、防洪、排澇、蓄水，兼具防淤、景觀、道路交通等功能。該閘地處城市對外開放最前沿，外觀簡約時尚，結(jié)構(gòu)堅固耐用，已成為本地區(qū)的名片性工程。新城閘建成投入使用以來，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，該閘與同期建設(shè)的開泰閘、西墅閘共同發(fā)揮作用，及時排除上游多余來水，在保障人民生命財產(chǎn)安全方面發(fā)揮了重要作用；同時該閘可御海水于外、蓄淡水于內(nèi)，保障海濱新區(qū)免受風(fēng)暴潮的侵襲破壞，為當(dāng)?shù)財r蓄寶貴的淡水資源。新城閘為保護(hù)范圍內(nèi)的社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供了安全屏障，工程的建設(shè)取得了重要的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。