中山市大涌口水闸设计综述

鲁永华，李淼，穆全平，包第啸

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222）

中山市大涌口水闸设计综述

鲁永华，李淼，穆全平，包第啸

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222）

中山市大涌口水闸是一座集防潮、防咸、排洪，结合供水（生活、工业、农业）为一体的水利工程，重点介绍了工程建设面临的各种难题及针对性采取的各种技术方案。

深厚淤泥地基；灌注桩；油泵房；牛腿；围堰

1 工程概况及布置

中珠联围位于中山市南部、西江磨刀门水道左岸，东南与澳门半岛相邻，南邻马骝洲水道，西南与斗门白蕉联围隔河相望，北接五桂山脉和凤凰山脉，地跨中山、珠海两市，现有人口33.96万人。中珠联围担负着重要的防风暴潮作用，保护着围内137.72km2的平原面积，保护着珠海特区、京珠高速公路、105国道等重要交通设施及工厂企业，2002年工农业总产值已达189.65亿元。2002年国务院将中珠联围从3级堤防提高到1级。

大涌口水闸是位于坦洲涌入江口、中珠联围干堤上的一座集防潮、防咸、排洪，结合供水（生活、工业、农业）为一体的水利工程，是联围主要的水工建筑物之一。大涌口水闸对保护围内的人民生命财产安全，调节改善围内生活用水及水质，保证当地经济持续稳定发展具有十分重要的意义。

工程为Ⅰ等工程，主要建筑物级别为1级。水闸兴利除害的设计标准为：防潮按100 a一遇最高洪潮水位设计，以历史最高洪潮水位校核；防洪按围内50 a一遇洪水设计，200 a一遇洪水校核；排涝按围内10 a一遇最大24 h暴雨1 d排干设计；供水上，农业供水按90%保证率设计，生活、工业供水按95%保证率设计。

水闸双向引水，正向最大行洪能力为1 774 m3/s，反向最大设计引水流量为1 200 m3/s。

水闸共12孔，每孔净宽14.2 m，闸室总宽度198 m。水闸闸室顺水流方向长20 m。底板高程为-3.5 m。水闸顶部布置有“廊桥型”油泵房及交通桥，油泵房下游侧墙兼作挡水胸墙，油泵房顶部兼作人行道及观景平台。油泵房顶高程4.8 m，交通桥桥面高程4.6 m。闸门为12扇平板定轮钢闸门，闸门尺寸为14.2 m×5 m（宽×高），以液压启闭机启闭。启闭机支墩弧线造型，顶高程9.8 m，支墩顶设置“圆盘式牛腿”支撑启闭机。

闸底板下“满堂红”布置直径为1 m的混凝土灌注桩，每联底板下布置灌注桩63根。闸底板上下游设水泥搅拌桩防渗墙，墙厚度0.5 m，墙深6 m。

水闸双向运用，闸室上下游侧均设有消力池和防冲设施。水闸上、下游消力池尺寸相同：池长20 m，池深1 m。闸室上游消力池前接长36 m干砌石海漫，海漫上游接8 m长、2 m深的干砌石防冲槽。水闸上游消能防冲设施总长度为64 m。闸室下游消力池后的干砌石海漫，长30 m，海漫末端与老闸底板相接。水闸下游消能防冲设施（不包括老闸的底板及消能防冲设施）总长度约为50 m。

控制楼分别布置在两岸空箱上，左岸控制楼内布置有高、低压配电盘柜、电气控制设备以及柴油发电机。

水闸两侧新筑引堤与两岸堤防连接，左、右岸新建引堤长度分别为174.3、199.4 m，堤顶高程为4.6 m。

2 设计难点

本工程所在中珠联围面临海洋，工程所在地属热带季风气候区，该区降雨量大、降雨强度高，且年内分配不均，台风发生频次多、强度大。区域内多年平均年降雨量为2 080 mm，汛期4—9月的多年平均降雨量为1 736 mm；多年平均年最大风速21 m/s，最大风力大于10级的平均2年1次，最大风力大于11级的平均4年1次，最大风力大于12级的平均7年1次。水闸下游河道直通外海，潮汐和风暴潮频繁冲击建筑物。水闸运行条件十分恶劣。

另外，工程区地震动峰值加速度值为0.10 g，场地抗震设防烈度为7度。场地土的类别为软弱场地土，场地类别属Ⅲ类。闸下地基为第四系海陆交互相软土，自上而下依次为淤泥、淤泥质土层。该两种土层呈流塑状，层厚32.60～48.60 m，平均39.55 m，具有厚度大、含水率高、高压缩性、低强度、高灵敏度、易触变、弱渗透性的特点，且具有震陷性。工程地质条件极差。

3 主要技术方案

3.1 深厚淤泥层闸基的综合处理

闸室基础采用了“水下清淤换填”、水泥搅拌桩围封、“满堂红”布设钻孔灌注桩的综合地基处理设计方案，基础处理效果良好。

结合本工程场区地质、水文和气象条件特点，采用挖泥船水上作业清淤、抛填和基础换填2 m厚粗砂，显著提高了地基的承载能力，且为基坑排水后设备直接进场提供了条件。另外，基础换填后，灌注桩桩顶土层的土性得到较大改善，显著提高了灌注桩的水平承载力，从而提高了闸室的抗滑稳定性。

闸底板上下游侧各布置1排0.5 m厚、6 m深的水泥搅拌桩，保证了闸基土体的渗透稳定，同时还有效地防止了闸下流塑性土的流变，可以降低地震时的震陷破坏。

闸底板下“满堂红”布置钻孔灌注桩，每联底板下布置直径为1 m的混凝土灌注圆桩63根，桩长普遍40.2 m，最长达50 m。利用粗、砾砂层或砂质黏土层作为桩端持力层，桩端进入持力层2～5 m。“满堂红”式的灌注桩基础有效地解决了天然地基竖向承载力和水平阻滑力不足及建筑物沉降量超标等问题，保证了闸室整体稳定，使建筑物的沉降量控制在规范允许范围内。同时，还消除了地基土可能发生的地震液化和震陷问题。

3.2 “复合型围堰”设计

初步设计阶段围堰设计方案为土石围堰，施工阶段对围堰进行了优化设计。围堰设计时综合考虑的设计条件为：地质条件极差，地基承载力低，常规设备难以进场作业；工程位于感潮河段，潮汐变化及可能的风暴潮使围堰在自身施工过程中即面临较大承载压力；河道河沙（当地称牛皮砂）丰富；施工单位具有成熟的吹填经验和完善的施工设备。

设计采用了基础抛石挤淤、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渗的“复合型围堰”，围堰设计断面如图1所示。围堰填筑作业全部水上进行。

图1 围堰典型断面

“复合型围堰”设计因地制宜，就地取材，不但有效解决了地基承载力和设备难以进场的难题，而且充分利用了河道中可直接抽取、成本低廉的牛皮砂。不仅如此，该围堰方案还大大加快了施工进度，缩短了工期，保证了工程质量，为类似工程围堰设计的典范。

3.3 “廊桥型油泵房”设计

本工程水闸闸墩宽度较窄，油泵房难以采用分别布置于各个闸墩顶部的方案；另外，本工程位于强台风覆盖区，油泵房若采用常规高耸的“排架+油泵房”型的布置，建筑结构将面临较大抗风压力。综合考虑各种因素，设计采用了整体式“廊桥型油泵房”设计，油泵房采用整体式混凝土结构，两端简支于闸墩上。油泵房上游墙兼作闸门胸墙，顶部兼作人行道和观景平台。

这种“廊桥型油泵房”设计方案，既满足了油泵房功能需要，又显著降低了水闸的整体高度，提高了水闸的抗震和抗台风性能。另外，油泵房还兼具了水闸胸墙、人行道和观景平台的功能，一专多用，经济合理。

3.4 “观察舷窗”设计

油泵房上下游侧壁还设置有“观察舷窗”，在台风肆虐、大雨如注的恶劣天气里，既可现场直观观察闸下风暴潮情况和上游涌内洪水情况，又能为运行管理人员创造舒适的工作环境，体现了“以人为本”的设计理念。

3.5 “圆盘形牛腿”设计

水闸液压启闭机支墩采用弧线造型，支墩顶部从下至上依次为3个逐渐加大的混凝土圆盘，3个圆盘共同组成了支撑液压启闭基础的牛腿。这种支墩和牛腿设计方案在满足结构功能需求的同时，还顺应了力学的基本原理，同时提高了支墩抗台风能力，增强了建筑物的美观性。设计兼具了新颖性、实用性和经济性。

另外，混凝土圆盘牛腿顶部设置了圆形透空的轻钢构件外包铝塑板装饰，使整个建筑物具有轻盈感，改变了闸墩单调沉重的外观，为水闸增添了时代气息和活泼元素。

3.6 基础处理施工组织设计

针对水闸淤泥质基础难以承受施工作业设备进场的特点，采用挖泥船水上作业清淤、清基、抛砂换基，从而保证了基坑排水后钻孔灌注桩施工设备能直接进场作业，加快了施工进度，节省了工期。

由于地基土为深厚的淤泥层，灌注桩钻孔施工时孔壁稳定极差。针对这种情况，设计人员提出了“视土选钻、护筒跟进”的施工方案：淤泥层钻孔采用旋挖钻机、全护筒跟进施工，下部较坚硬土层采用回转钻机钻孔、泥浆固壁的施工工艺。灌注桩施工中，采用这套施工组织设计方案，有效地防止了塌孔和缩径，保证了施工进度和灌注桩的施工质量。

4 结语

不利的气候、水文、地质条件相互叠加，导致本工程存在一系列的工程技术难题，在解决这些难题的过程中，综合性地采用了“水下清淤换填”、水泥搅拌桩围封、“满堂红”布设钻孔灌注桩的基础处理方案；创新性地提出了“廊桥型油泵房”“观察舷窗”、弧线形启闭机支墩、“圆盘形牛腿”等结构设计方案；因地制宜地提出了“复合型围堰”优化设计方案和“水上作业清基、换填”“视土选钻、护筒跟进”的施工组织设计方案。这些设计方案和施工方案适应了本工程的特点，有针对性地解决了本工程面临的诸多难题。工程于2004年11月开工建设，2006年5月建成并投入使用。工程自建成至今，运行安全，发挥了既定的各项功能，产生了巨大的经济和社会效益。

TV66；TV222

：B

：1004-7328（2017）01-0047-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.01.014

2016—11—16

鲁永华（1978—），男，高级工程师，主要从事水利工程勘察设计工作。