景观水系管涵及水闸结构设计方案要点分析

侯宏伟

摘要：近海区岛屿的景区化开发近年成为基建项目的新热点，多个小岛周围围堰截流，按不同的游乐设施和功能将小岛划分区域，岛间人工开挖疏通形成航道，既方便交通，又可作为水上项目，体验快艇的急速与漂流的休闲逸致，岸边配以围栏，形成观赏娱乐区。由于季节性水位变化和雨季泄洪需求，各河流水面宜相通且满足排水泄洪需求，保证游客的生命安全不受威胁，其受力复杂，需考虑土压力的倾覆滑移，又需考虑水流涡流对闸口冲刷引起地基土流失，受力的计算和合理的造型、构造密不可分。

关键词：水闸；冲刷；季节水位；整体稳定

一、结合道路面及水面规划初步布置

（一）围堰道路与闸门的相对关系

利用道路可作为两侧景观水面的分割，道路为围堰填土石方，底部临近下铺海沙，再由粒径由大到小铺级配碎石、水泥稳定碎石、路面水泥砂浆平铺地砖，道路外边线按1：1.5变坡延伸至河底，表面浆砌块石，防止路基冲刷。考虑地基稳定等安全因素，路上仅允许通行小型电动车辆和行人游览参观，限制荷载小于10KN/M2。水闸位于道路路基两侧，中间用圆形钢筋混凝土无压承插管进行联通，因闸门排水时一般为水位变化较大时，为保证闸门排水的有效性，提高其安全保证率，设置两根混凝土管和侧边圆形闸孔门，并在闸门下方设置安全平台，以备检修和应急，并应设置直爬梯和上下人孔。闸门形式采用电动启闭铸铁闸门，配以滑动轨道，附壁式安装。并高于河底，防止河底泥沙在泄洪时堵塞闸口和内部混凝土管道。

（二）闸体的位置及平面布置原则

作为泄洪的重要安全保障，选择水流量大且排水效率高的路段进行布置，由于两侧路基为后填方，抗侧推能力有限，尽量选择水流与围堰道路平行方向布置，或将围堰道路设置成大弧度弯角，减小水流对水闸的正面冲刷，闸体因为总高度及施工工期要求，采用鋼筋混凝体扶壁式闸体，水平剖面形成工字型，前墙以与其垂直的翼墙和底板作为支座，避免形成悬臂墙，其扶壁墙还可作为底板的支座，布置时尽量多增加结构的约束冗余，保证安全，翼墙取前墙高度1.2倍并至少延伸至路面边缘，附壁墙的间距，控制小于前墙高度，使水冲刷力向翼墙传递，翼墙为平面内受压，充分利用混凝土抗压强度大特点。

（三）闸底板形式的拟定

按体量和周围水文条件，做成平板基础形式，底板取厚度取前墙高度的0.1倍，保证基底刚度，其在海水中长期浸泡，厚度至少取500mm，并按海水腐蚀环境确定钢筋保护层，保证结构耐久性，底板平面尽量向围堰道路内延伸，利用土压力增大整体抗倾覆能力，压力的增大，对抗滑移有利。底板下设置钢筋混凝土竖墙，进一步增加抗滑移能力，同时有效防止水通过基底下的海沙向围堰内渗透，防止基底渗水失稳。

二、结构内力及稳定计算

（一）前墙荷载统计及计算

前墙设计最为重要，要考虑漫水和枯水、双向受力包络设计，枯水时考虑道路土压力，此时按正常挡土墙计算墙体配筋和整体稳定性，并注意应把路面荷载折算成土重进行计算。漫水情况下，由于先施工闸体，后填道路路基，考虑回填压实的不确定性，不考虑前墙背面土的有利左右，按漫水高度计算墙体配筋，并考虑海水反灌的工况，按上面双向受力计算后，再取大值配筋。

（二）底板荷载统计及计算

底板受力荷载包括：前墙和扶壁墙的自重，路堤侧土压力，路面车辆荷载，水流通过管道时的水压力，适当考虑基底的渗透压力，前墙在水压下的水平力和弯矩。路堤侧底板按前墙和扶壁墙围城的三面支撑板计算，邻水侧底板按以前墙为支座的悬臂版计算。原则上底板的受力非常复杂，应采用弹性计算方法，但此类管涵的体量不大，近似简化也是可以满足计算精度的。底板的配筋也应按顺流和逆流双向包络配筋。钢筋间距可取150mm，以降低混凝土裂缝，并应计算倾覆和滑移，满足整体稳定要求。

（三）扶壁侧墙的荷载统计及计算

附壁墙主要充当前墙的支座，受前墙传递的水平压力和弯矩，可以按压弯构件计算，虽然侧向弯矩由下至上逐渐减小，此处弯矩取前墙底弯矩最大值，适当提高其安全度，因侧墙同时也受水流冲刷力。前墙水平钢筋和扶壁墙水平钢筋在弯折节点处互锚La，并保证等强度，保证节点链接，防止裂缝和先与墙体破坏。附壁墙适当形成弧度，保证水流通畅，减小水流冲刷力。

三、地基处理

（一）底板下海沙处理

底板下为液化层，且承载力不足，将液化软弱土挖出，但基础如果落于稳定土层导致前墙高度过大，回填土方也会大大增多，造成不合理，所以用大块石回填铺底，压实，还可起到防止管涌、渗流的作用；同时消除液化沉陷；基底与大块石垫层摩擦力也比软弱层大，提高了抗滑移能力。回填大块石的宽度范围，应至少满足基底应力扩散角要求。

（二）防渗和防冲刷设计

扶壁墙和前墙周围受长期正常水流和泄洪短时大水流冲刷，应设置干砌块石的铺盖层，防止泥土流失导致基底失稳，必要时前墙底设置混凝土护坡，护坡外干砌块石，适当起坡，设置防冲水槽，降低水流速度。

四、结语

水闸设计重点在于受力模型的选取和恰当的去繁从简，同时对水流和现有地质水文条件的综合协调和利用，疏导和抵抗结合运用，注重整体再细化构件，理解整个项目的开发目的和需求，做好水土的维护，同时应简化设备的运行和操作，提高保证率。