景觀水系管涵及水閘結構設計方案要點分析

侯宏偉

摘要：近海區島嶼的景區化開發近年成為基建項目的新熱點，多個小島周圍圍堰截流，按不同的游樂設施和功能將小島劃分區域，島間人工開挖疏通形成航道，既方便交通，又可作為水上項目，體驗快艇的急速與漂流的休閑逸致，岸邊配以圍欄，形成觀賞娛樂區。由于季節性水位變化和雨季泄洪需求，各河流水面宜相通且滿足排水泄洪需求，保證游客的生命安全不受威脅，其受力復雜，需考慮土壓力的傾覆滑移，又需考慮水流渦流對閘口沖刷引起地基土流失，受力的計算和合理的造型、構造密不可分。

關鍵詞：水閘；沖刷；季節水位；整體穩定

一、結合道路面及水面規劃初步布置

（一）圍堰道路與閘門的相對關系

利用道路可作為兩側景觀水面的分割，道路為圍堰填土石方，底部臨近下鋪海沙，再由粒徑由大到小鋪級配碎石、水泥穩定碎石、路面水泥砂漿平鋪地磚，道路外邊線按1：1.5變坡延伸至河底，表面漿砌塊石，防止路基沖刷。考慮地基穩定等安全因素，路上僅允許通行小型電動車輛和行人游覽參觀，限制荷載小于10KN/M2。水閘位于道路路基兩側，中間用圓形鋼筋混凝土無壓承插管進行聯通，因閘門排水時一般為水位變化較大時，為保證閘門排水的有效性，提高其安全保證率，設置兩根混凝土管和側邊圓形閘孔門，并在閘門下方設置安全平臺，以備檢修和應急，并應設置直爬梯和上下人孔。閘門形式采用電動啟閉鑄鐵閘門，配以滑動軌道，附壁式安裝。并高于河底，防止河底泥沙在泄洪時堵塞閘口和內部混凝土管道。

（二）閘體的位置及平面布置原則

作為泄洪的重要安全保障，選擇水流量大且排水效率高的路段進行布置，由于兩側路基為后填方，抗側推能力有限，盡量選擇水流與圍堰道路平行方向布置，或將圍堰道路設置成大弧度彎角，減小水流對水閘的正面沖刷，閘體因為總高度及施工工期要求，采用鋼筋混凝體扶壁式閘體，水平剖面形成工字型，前墻以與其垂直的翼墻和底板作為支座，避免形成懸臂墻，其扶壁墻還可作為底板的支座，布置時盡量多增加結構的約束冗余，保證安全，翼墻取前墻高度1.2倍并至少延伸至路面邊緣，附壁墻的間距，控制小于前墻高度，使水沖刷力向翼墻傳遞，翼墻為平面內受壓，充分利用混凝土抗壓強度大特點。

（三）閘底板形式的擬定

按體量和周圍水文條件，做成平板基礎形式，底板取厚度取前墻高度的0.1倍，保證基底剛度，其在海水中長期浸泡，厚度至少取500mm，并按海水腐蝕環境確定鋼筋保護層，保證結構耐久性，底板平面盡量向圍堰道路內延伸，利用土壓力增大整體抗傾覆能力，壓力的增大，對抗滑移有利。底板下設置鋼筋混凝土豎墻，進一步增加抗滑移能力，同時有效防止水通過基底下的海沙向圍堰內滲透，防止基底滲水失穩。

二、結構內力及穩定計算

（一）前墻荷載統計及計算

前墻設計最為重要，要考慮漫水和枯水、雙向受力包絡設計，枯水時考慮道路土壓力，此時按正常擋土墻計算墻體配筋和整體穩定性，并注意應把路面荷載折算成土重進行計算。漫水情況下，由于先施工閘體，后填道路路基，考慮回填壓實的不確定性，不考慮前墻背面土的有利左右，按漫水高度計算墻體配筋，并考慮海水反灌的工況，按上面雙向受力計算后，再取大值配筋。

（二）底板荷載統計及計算

底板受力荷載包括：前墻和扶壁墻的自重，路堤側土壓力，路面車輛荷載，水流通過管道時的水壓力，適當考慮基底的滲透壓力，前墻在水壓下的水平力和彎矩。路堤側底板按前墻和扶壁墻圍城的三面支撐板計算，鄰水側底板按以前墻為支座的懸臂版計算。原則上底板的受力非常復雜，應采用彈性計算方法，但此類管涵的體量不大，近似簡化也是可以滿足計算精度的。底板的配筋也應按順流和逆流雙向包絡配筋。鋼筋間距可取150mm，以降低混凝土裂縫，并應計算傾覆和滑移，滿足整體穩定要求。

（三）扶壁側墻的荷載統計及計算

附壁墻主要充當前墻的支座，受前墻傳遞的水平壓力和彎矩，可以按壓彎構件計算，雖然側向彎矩由下至上逐漸減小，此處彎矩取前墻底彎矩最大值，適當提高其安全度，因側墻同時也受水流沖刷力。前墻水平鋼筋和扶壁墻水平鋼筋在彎折節點處互錨La，并保證等強度，保證節點鏈接，防止裂縫和先與墻體破壞。附壁墻適當形成弧度，保證水流通暢，減小水流沖刷力。

三、地基處理

（一）底板下海沙處理

底板下為液化層，且承載力不足，將液化軟弱土挖出，但基礎如果落于穩定土層導致前墻高度過大，回填土方也會大大增多，造成不合理，所以用大塊石回填鋪底，壓實，還可起到防止管涌、滲流的作用；同時消除液化沉陷；基底與大塊石墊層摩擦力也比軟弱層大，提高了抗滑移能力?；靥畲髩K石的寬度范圍，應至少滿足基底應力擴散角要求。

（二）防滲和防沖刷設計

扶壁墻和前墻周圍受長期正常水流和泄洪短時大水流沖刷，應設置干砌塊石的鋪蓋層，防止泥土流失導致基底失穩，必要時前墻底設置混凝土護坡，護坡外干砌塊石，適當起坡，設置防沖水槽，降低水流速度。

四、結語

水閘設計重點在于受力模型的選取和恰當的去繁從簡，同時對水流和現有地質水文條件的綜合協調和利用，疏導和抵抗結合運用，注重整體再細化構件，理解整個項目的開發目的和需求，做好水土的維護，同時應簡化設備的運行和操作，提高保證率。