小郭巨二期围垦工程临时河道浮运式箱涵水闸设计

冯 闪，李水泷

（浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002）

1 问题的提出

水闸作为一种调节水位、控制水流的低水头挡水、泄水建筑物，常与堤坝、船闸、鱼道、水电站等其他建筑物共同组成水利枢纽。传统的水闸设计，往往需设置施工围堰，不仅增加了工程投资，对于闸址两岸现有建筑物密集或建闸闸址处无位置修筑围堰的情况，增加了工程难度。然而浮运式水闸则可以通过在河岸选择适当的场地或在造船厂的船坞内先期预制，利用拖船乘潮拖运至闸基处灌水沉放。避免了围堰的施工，降低了工程造价、缩短了工期等而备受青睐。但是考虑到浮运闸采用预制、浮运、沉放的水中施工方法，对抗滑和防渗的要求高，且建造需一定的浮运条件，目前工程中还不多见，以下结合具体工程进行浮运水闸的设计。

2 浮运式水闸设计

2.1 工程概况

小郭巨二期围垦工程位于六横岛的西南部，围垦面积1 500hm2（22 500亩）。工程点多年平均高潮位1.55m，多年平均低潮位－1.00m，大潮多年平均高潮位2.17m，大潮多年平均低潮位－1.65m，涂面平均高程－4.00m。

工程初期为确保围区内陆养殖塘正常养殖要求，沿郭巨山水闸—积峙山—跃进塘中部设置一条临时河道，长4 498.80m，并于临时河道上新建3座养殖排水闸A、B、C，其中A闸为4孔×2.50m，B、C闸均为3孔×2.50m，底板高程－1.60m，底坎高程－1.50m，单宽流量11.16（m3／s）／m。水闸平面布置图 （A闸，B、C闸参考A闸）见图1。

图1 水闸平面布置图

2.2 工程设计

2.2.1 闸型结构

闸址位于临海区 （水闸施工期外围郭巨堤龙口未合龙），闸基为淤泥及淤泥质土。为免于施工围堰、基坑排水等措施，从而减小施工难度和工程投资［6］。工程采用钢筋混凝土箱涵浮运式水闸结构。这种结构具有刚度大、重量轻、抗裂性能较好的的特点［1］，可以减轻闸身重量，进而减少后期起浮和托运的动力。

闸室可通过在趸船上整体预制 （先在趸船上铺设1层土工布，然后铺设1层砂，最后进行混凝土浇筑，有利于后期船、闸浮运分离），利用封口板将上下游开口封堵，形成空箱，涨潮浮起后，利用拖船拖运至先期开挖的基坑，定位沉放。后期候潮修建上、下游消力池及护底等。各养殖排水闸规模尺寸见表1。

表1 各养殖排水闸规模尺寸表

2.2.2 闸 门

闸门采用槽式楔形混凝土闸门结构，两侧边柱及河道侧面板均采用楔形 （上口大，下口小）。闸门门槽、底坎均不设止水，利用自重及楔形结构确保止水效果。为确保施工精度，预置闸门将作为门槽段模板进行门槽等浇筑。另外，为了避免两侧水头差引起闸门与门槽的卡牢，将闸门面板布置于围区侧 （低水头侧）。与普通平板闸门比较，楔形闸门具有以下优点：①重量轻，启闭时，闸门板与门槽间基本无摩擦，启闭力小，操作方便；②闸门板与门槽间不设止水橡胶，而是通过施工方法，使闸门板、门槽和底坎自然紧密结合，止水效果好，无渗漏；③省去了止水橡胶、门槽预埋角钢等，节省了材料，降低了工程造价。

2.2.3 基础处理

水闸布置在临时河道堤身上，临时河道 （水闸）先期采用堆载 （超载）预压＋塑料排水插板法处理［2］。处理范围：河道侧距堤轴线15.60m范围内，围区侧30.00m范围内，总计45.60m。插入涂面以下15.00m，间距1.20 m，正方形布置，堆载预压时间要求不小于8个月。堆载预压处理范围与箱涵水闸的位置关系具体见图2。

堆载预压完成后，待闸址开挖至建基面后再进行水闸的浮运与安放 （根据沉降量计算，闸基面推测为碎石排水垫层，局部低于建基面采用碎石垫层回填找平至设计建基面）。为增强基础的整体性、承载能力及防渗，减少地基沉降，可通过灌浆孔灌浆以充填基础与底板间可能产生的空隙。具体操作为：水闸浮运安放后，对箱涵水闸上游两侧抛石衔接段先期进行土方回填，接着铺设石渣垫层，然后再进行石方回填，最后进行基底固结灌浆处理。这样可确保闸基碎石垫层灌浆效果，防止浆液的渗漏损失，减少不必要的浪费。灌浆设备布置在3.00m／1.80m的顶板上，由顶板、底板钻孔进行灌浆，灌浆孔须先期标记，以保护水闸顶、底板钢筋。灌浆先在闸室四周进行，再灌中间孔位。

图2 堆载预压处理范围与箱涵水闸的位置关系图

2.2.4 浮运与沉放

浮运与沉放是浮运水闸工程的关键。对浮运期的水文、气象等资料应进行深入细致地调查和分析，选定合适的浮运和沉放水位。一般是高潮浮运，低潮沉放［6］。为避免水闸过重，吃水过深，影响浮运，需在保证水闸整体稳定的前提下，根据浮运条件指导水闸结构设计，优化水闸结构尺寸，或采取相应的工程措施保证浮运的顺利进行。对靠自身浮运稳定的浮运式水闸预制构件，还须分析其浮运稳定性，计算水闸的各浮运设计参数，防止浮运过程中由于结构设计不合理造成沉闸的发生。最后应根据要求的潮位、流速、风向、风力，计算牵引设备的牵力和锚定力［5］。养殖排水闸浮运各设计参数见表2［3－4］。

表2 养殖排水闸浮运各设计参数表

3 结 语

目前水闸已通过拖船乘潮浮运至基坑并定位沉放稳定，现开展闸室两侧衔接段及上、下游消力池及护底等施工。浮运式水闸采用预制浮运沉放的施工方法，因不设施工围堰和导流工程，具有工程投资省和施工方便的特点，在沿海具有水上运输条件的地区仍有一定的应用价值。

［1］杨曦.番禺浮运水闸设计 ［J］.人民珠江，2006 （4）：30－32.

［2］杨曦.浮运水闸基础处理的探讨 ［J］.湖北水力发电，2004（3）：58－59.

［3］韩凤婷.定倾中心的精确计算机及应用 ［J］.港工技术，1999（1）：37－40.

［4］徐彦东，李双泉，宋先勇.某港码头沉箱的浮游稳定计算分析［J］.港工技术，2011 （4）：25－28.

［5］中华人民共和国交通运输部.海上拖航指南 ［M］.北京：中国船级社，2011.

［6］索丽生，刘宁.水工设计手册：泄水与过坝建筑物：第7卷［M］.2版.北京：中国水利水电出版社，2014.