廣州十八涌東閘橋工程設計和創新

柏寶忠，祝新星，姜 昆

(上海勘測設計研究院有限公司，上海 200434)

1 工程概況

廣州市南沙區已經成為廣州“南拓”的前沿，將建設成現代化生態型濱海新區。十八涌位于南沙區萬頃沙聯圩的南部，十八涌東閘橋工程位于十八涌東涌口。舊閘年久失修，防洪(潮)能力低，存在嚴重的安全隱患。根據總體規劃，需提高防洪排澇標準，提升水景觀，發展廣州南部濕地旅游業，重建十八涌東閘橋。工程主要功能是擋潮、排澇、納潮引水、游船通航，并滿足旅游、景觀和河涌兩岸交通需要。工程防洪(潮)標準為200a一遇，排澇標準采用20a一遇24h暴雨24h排干不成災。

閘橋總長82.4m，寬26.3m，外觀采用五孔連拱橋造型，橋面布置風雨廊橋、景觀小品等旅游休閑建筑物，整個工程與南側緊鄰的濕地公園融為一體。

2 設計的重點及難點

2.1 建筑景觀

閘橋工程緊鄰南沙濕地公園，在滿足基本功能下，建筑外觀、造型需與周圍環境協調，滿足旅游、景觀需要。現狀河口寬度為81.0m，工程規模論證閘凈寬僅需16.0m，為典型的寬河道布置窄水閘工程。傳統的寬河道上建設窄水閘都是在閘橋的兩側填筑連接堤與兩岸相接，視覺上明顯縮窄了河道，給人以堵塞、壓抑的感覺。因此閘橋主體的結構布置、閘門門型選擇對整個工程的建筑外觀、造型至關重要。

2.2 閘橋與風雨廊結合

考慮到景觀和旅游的需要，閘橋橋面需布置1個2層的風雨廊，閘橋主體作為風雨廊的基礎。閘橋結構如何適應這一要求需重點研究。

2.3 基礎處理和防滲

閘橋地基下分布著厚13～26m的淤泥及淤泥質粉質黏土，土層特性差，需采用樁基處理以提高地基承載力和控制沉降，但由于淤泥層會緩慢沉降而可能產生接觸滲透破壞。如何解決建筑物底板下軟土地基的滲漏問題，需在設計中認真考慮和研究。

3 工程布置及結構設計

3.1 工程布置

工程經比較后確定在原址拆除重建。閘橋總長82.4m，寬26.3m。橋面中部布置寬17.65m的風雨廊景觀建筑，靠河道堤岸兩側設樓梯踏步與風雨廊連接；橋面上下游側各設4.32m寬消防通道(兼車行道)，消防通道與兩側堤岸相接，滿足車輛及行人的通行要求。

綜合考慮擋潮排澇、游船通航、景觀提升等要求，閘橋主體確定采用五孔閘橋結構。

閘室布置在閘橋中孔(通航孔)，凈寬16m，選用上翻弧型鋼閘門，液壓啟閉機操作。閘門開啟時平臥在橋下，具有隱蔽性，閘頂橋兼做閘門門庫。

圖1 閘橋立面

中孔兩側各兩邊孔布置鋼筋混凝土擋板擋水，孔寬由河中心至岸邊呈遞減趨勢，依次為15.0m和14.3m。通過在閘橋上下游側立面布置圓拱型鋼筋混凝土面板，使得整個閘橋造型形成五孔連拱拱橋效果。拱型板立面通過建筑美化、貼面裝飾，進一步提升景觀效果。

考慮緊鄰閘橋南側的濕地公園的周邊環境，風雨廊采用仿古風格，總建筑面積1320m2，高度7.7m，建筑層數2層。閘橋立面、橫斷面分別如圖1—2所示。

圖2 閘橋橫斷面(中孔)

3.2 結構設計

根據200a一遇防潮標準、波浪計算、閘門起閉運行和游船通航凈高等要求，按有關規范的規定[1- 2]，確定橋面和閘墩頂高程為8.35m，閘橋兩側邊墩及堤防頂高程為4.65m。

閘室為單孔，凈寬16.0m，長32.9m，采用開敞式整體結構。閘墩厚為1.5m，閘墩兼做交通橋墩。水閘底板高程-3.30m，閘檻高程-2.80m，底板厚1.5m。為保證閘橋的安全性、整體性，減少和控制不均勻沉降，確保水閘的正常運行和風雨廊的安全，閘橋82.4m×26.8m(長×寬)的底板不設永久縫，采用設置后澆帶等措施。

工作閘門選用閘橋結合的弧型門，其特點是藏于橋下，避免了常用的直升門、升臥門需要高大排架的缺點，能最大程度的減少水利工程建設對景觀的破壞，做到與環境協調。閘門支撐在閘墩的牛腿上，牛腿上設轉動軸，在閘墩上設液壓啟閉機檢修平臺。

中部兩中墩之間橋面板梁采用現澆，作為上部風雨廊的底層板梁。中墩與邊墩之間設置人行樓梯踏步，樓梯踏步兩側設置有綠化帶。橋面消防通道采用預制預應力鋼筋混凝土空心板梁結構。

閘室兩側分別布置兩孔連接橋，凈跨分別為15.0m和14.3m。中墩、邊墩厚1.2m，承臺高程-0.30m。沿閘橋中心線，中孔兩側各兩邊孔布置混凝土擋板擋水(正反向擋水)，擋水板厚0.8m。閘橋上下游側立面圓拱型面板厚0.45m，每孔拱圈外沿設置拱肋。除中孔外，各橋孔順水流方向布置有厚0.15m的拱形面板，面板中每隔3.6m布置一拱肋。上下游側拱型面板立面、拱底分別采用花崗巖貼面、石漆涂裝，以達到自然、美化效果。

風雨廊建筑風格采用嶺南風格，共2層。設有展覽廳、會議廳、外廊等等。

3.3 地基處理設計

需對閘橋地基下深厚天然軟弱地基進行處理，以滿足地基承載力、沉降、抗滑等要求。建筑物的淤泥或淤泥質地基，處理方法主要有換填法、水泥攪拌法或高壓噴射注漿法復合地基、樁基礎等[3]。

城市交通的管控要從系統級別整體考慮，針對城市出行的問題，從動態交通組織、智能信號控制、交通信息誘導、交通方案評價等方面進行體系管控.

結合本工程需嚴格控制建筑物沉降的要求，經技術經濟比較，對閘橋底板下的閘墩、中墩、邊墩的基礎部位采用灌注樁加淺層水泥攪拌樁硬殼層處理方案，即為避免灌注樁施工時發生偏位、傾斜現象，先采用5m長的水泥攪拌樁對底板范圍內淤泥加固，形成硬殼層后再進行灌注樁施工。閘橋底板下的閘墩、中墩、邊墩的地基部位需布置共84根直徑1.0m、間距3.5m×3.0m、樁長40.5～43.5m的灌注樁，樁底位于流紋斑巖。

采用灌注樁基礎后，由于樁端深入持力層，閘橋沉降很小，而地基下淤泥層會緩慢排水固結沉降，底板與地基土之間易形成空隙，成為滲漏通道，故沿閘橋中心線，在底板下布置密排高摻水泥攪拌樁(樁長12m)，形成防滲墻，樁頭通過止水結構與閘橋底板相連接。

4 設計特點及創新

(1)先進的水利工程設計理念。本工程主要功能為擋潮、排澇、通航、納潮引水保證河涌水質和營造水景觀等，并滿足旅游、景觀和河涌兩岸交通需要。工程外觀和結構設計上，考慮了緊鄰的濕地公園的環境要求，提升了景觀，滿足了休閑、旅游的需要。工程的設計理念和思路突破了傳統水利工程，兼顧了水景觀、水環境、水生態、交通、旅游等，體現了嶺南特色的濱水景觀，實現了防洪納潮、景觀提升與土地開發等為一體的目標。

通過閘、橋、風雨廊的有機結合，促進了濱水區功能多樣化，營造了高品質、獨特、精致的水鄉風貌，拓展了濕地旅游，對發展濱海文化休閑旅游、生態旅游和培育游艇等休閑旅游產業具有促進作用。

(2)閘橋主體開創性的采用五孔連拱橋的造型，極大的提升了工程景觀效果。五孔閘橋，半徑、孔寬由中間的中孔向兩端的邊孔呈遞減趨勢，形成造型優美的連續多孔拱橋。外觀上通過閘墩在閘橋上下游側布置圓拱型裝飾面板，形成拱橋效果，同時在閘室兩側的橋孔內設有拱形結構。閘橋的主體構成了連續多孔拱橋，受力特點為梁式橋，外觀上為拱橋；既有梁式橋受力相對明確，設計和施工簡便，對地基要求不高的特點，又具有拱式橋外形美觀的優點。

連續多孔拱橋結構可以在其他工程中直接應用，橋孔的數量、大小可以根據每個工程的河道寬度、橋梁的跨度和景觀要求靈活調整。

(3)擋水板的設置和連續多孔拱橋造型解決了寬河道布置窄水閘的景觀難題。本工程中孔設置鋼閘門，兩側橋孔中設置鋼筋混凝土擋水板。五孔閘橋一真四假，既滿足排澇要求，也解決了寬河道布置窄水閘的難題。五孔拱橋橫跨兩岸，一氣呵成，乍看是橋細看藏閘，視覺上給人以暢快、通透、不堵塞的感覺。

本閘橋的結構形式就是可以根據需要在兩側的邊孔上設置擋水板來確定調整水閘總的凈寬，河道中間部位的中孔仍設置閘門。根據河道總寬度對拱橋孔數靈活調整，按防洪排澇的規模要求調整閘門、擋水板的數量和位置。

(4)拱形閘橋與風雨廊結合，實現閘、橋、風雨廊的有機統一。工程下部五孔連拱的閘橋，作為上部風雨廊的基礎。閘頂中部的橋面板為現澆的鋼筋混凝土板梁結構，作為風雨廊的底層板梁，擱置在閘墩上。同時兩端設置人行樓梯踏步。風雨廊的上下游側橋面設置消防通道、車行道等。這樣閘、橋、風雨廊有機結合為一整體，各自的功能都可以實現，既可以滿足人行交通，也可以滿足車行交通。

風雨廊的嶺南風格的廊、亭、臺、樓、閣，層層疊疊，錯落上升，氣勢磅礴。與工程南側的濕地公園既相呼應，又融為一體。下部五孔連拱造型，具有古典橋梁元素，建筑風格獨特，拱橋立面配以與風雨廊風格相協調的裝飾，大面積的仿古磚輔極具古典韻味的花飾，共同構成了古色古香感，集中體現了閘橋周邊以“中式”、“古典”為主體的環境，使得整個閘橋工程整體景觀獨特，成為新的旅游景點。

(5)橋面邊跨梁與管線橋、跨河管支架、花槽結合。工程立面為上下游側布置的鋼筋混凝土拱型裝飾面板，形成拱橋效果。為了工程整體景觀效果，工程中各種管線(如電纜、光纜、液壓啟閉機的油管等)不得在閘橋立面通過支架架立、外露。設計中對橋面兩側消防通道的邊跨梁結構進行創新改造。邊跨梁內設有瓶狀的空腔，空腔上部設置蓋板，空腔中部設置鍍鋅角鋼。邊跨梁外側設有花槽，花槽可以兼作為管溝。工程中所有的管線均通過此邊跨梁進行鋪設，不外露。這樣，閘橋的邊跨梁與管線橋、跨河管支架、花槽結合，立面整潔統一，有更好的景觀效果。

(6)水泥攪拌樁防滲墻通過導梁、止水銅片與閘橋底板連接，有效解決建筑物底板下接觸滲透問題。地基含有深厚淤泥，閘橋上部為風雨廊，為了確保閘橋和風雨廊的安全性、整體性，控制不均勻沉降，閘橋基礎處理采用了灌注樁加淺層水泥攪拌樁硬殼層的方案，同時在閘底板下實施了密排的高摻水泥的水泥攪拌樁防滲墻結構。通過水泥攪拌樁防滲墻上部的導梁、止水銅片與閘橋底板的連接，防止了閘橋底板下由于淤泥層緩慢排水固結沉降而產生接觸滲透破壞的可能。本防滲結構能有效解決建筑物軟土地基的接觸滲漏問題，安全可靠、結構簡便，具有普遍適用性。

(7)底板后澆帶的設置避免了因底板面積大而可能產生的裂縫。閘橋82.4m×26.8m(長×寬)的底板設計中不設永久縫。根據受力分析和結構計算，在底板長度方向距邊線23.2m處、順水流方向各設置一道后澆帶，后澆帶寬2.0m。后澆帶的設置避免了因底板面積大，有可能由于溫度和混凝土收縮產生的裂縫，確保工程的安全性和耐久性。由于本工程環境為炎熱地區海洋氯化物環境，控制和避免混凝土裂縫對工程的質量和耐久性至關重要。

5 結語

本工程五孔連拱橋造型，橋中藏閘，閘上有風雨廊橋，閘、橋、風雨廊渾然一體，功能和景觀、旅游兼顧，巧妙解決了寬河道上建設窄水閘堵塞河道的景觀難題，水利工程與周圍環境完美結合。整個工程的設計具有多方面的特點和創新，獲得了拱橋結構[4]、閘橋結合的拱橋結構[5]、閘橋結合的廊橋結構[6]等多項專利。工程的設計理念和經驗對類似水利工程特別是對生態景觀要求較高的城市水利項目，具有較高的參考、借鑒作用。