一種新型雙扉擋潮閘在海花島1# 橋閘中的應(yīng)用

游孟陶，胡添翼，常智慧

[上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092]

0 引言

近年來，隨著全球氣侯變暖加劇，極端天氣日益頻發(fā)。濱海地區(qū)一線擋潮閘在日益頻繁的風(fēng)暴潮及洪水的侵襲下，承擔(dān)了愈發(fā)重要的防洪防潮功能。由于直面風(fēng)浪襲擊，風(fēng)浪強(qiáng)，潮差高，跨度大，受力條件復(fù)雜，一線擋潮閘始終是防潮工程設(shè)計中的重要難點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的閘門型式包括直升門、升臥門、弧形門、雙扉門、鋼壩閘等[1]，但是由于自身的局限，上述門型都存在各自的應(yīng)用盲區(qū)。如何揚(yáng)長避短，優(yōu)化創(chuàng)新，尋找更具普適性的閘門型式，是今后擋潮閘研究的重要方向。本文以海南自貿(mào)港海花島1# 橋閘工程設(shè)計為例，介紹了一種新型的上下雙扉門型閘門，在確保防潮安全的前提下，優(yōu)化了水閘的受力結(jié)構(gòu)，改善了水閘的景觀效果，有效降低了工程投資，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

1 擋潮閘概述

擋潮閘多位于河道入海口，與一線海塘連接，直面海洋風(fēng)暴襲擊，同時承受河道行洪壓力，兼具防潮、防洪的重要功能，目前應(yīng)用較多的閘門型式主要包括直升門、升臥門、弧形門、雙扉門、鋼壩閘等。

1.1 平面鋼直門

直升式平面鋼閘門作為一種傳統(tǒng)的門型，廣泛應(yīng)用于各種節(jié)制閘工程。該門型結(jié)構(gòu)簡單、布置容易、運(yùn)行可靠、便于維護(hù)、造價較低，可以滿足雙向擋水、動水局部開啟控制流量的要求。但該門型需要較高的排架和啟閉機(jī)房，景觀效果較差（見圖1）。

圖1 直升門示意圖

1.2 升臥門

升臥門是平面直升門的一種變型，具有結(jié)構(gòu)簡單，布置容易，運(yùn)行可靠、便于維護(hù)，造價較低等優(yōu)點(diǎn)，同時閘門開啟后橫臥于工作橋下，能適當(dāng)降低啟閉機(jī)排架的高度，景觀效果優(yōu)于直升門（見圖2）。

圖2 升臥門示意圖

1.3 上下雙扉門

上下雙扉門為平面直升門的改進(jìn)型，將傳統(tǒng)的一扇直升門分為上、下兩扇門，在保證防潮安全的同時，適當(dāng)降低了啟閉機(jī)排架的高度（見圖3）。

圖3 雙扉門示意圖

1.4 鋼壩閘

鋼壩閘是近年較為流行的一種閘門型式，該閘門主要由液壓啟閉機(jī)、傳動底軸、門頁三部分組成。閘門平時藏于水下，關(guān)閘時通過啟閉機(jī)帶動底軸翻轉(zhuǎn)門頁關(guān)閉。該門型景觀效果好，但是運(yùn)行可靠性略差，適用于安全要求較低的景觀水閘（見圖4）。

圖4 鋼壩閘示意圖

2 海花島1#橋閘工程

恒大海花島位于海南自貿(mào)港西部，是我國著名的海島旅游度假區(qū)，其中1# 橋閘工程連接1# 島與3# 島，既承擔(dān)了區(qū)域防潮的重要功能，也是區(qū)域內(nèi)重要的景觀節(jié)點(diǎn)工程（見圖5）。

圖5 海花島1# 橋閘工程區(qū)位圖

海花島1# 橋閘工程防潮標(biāo)準(zhǔn)為100 a 一遇高潮位+12 級臺風(fēng)，主橋總長度478 m，水閘孔口凈寬354 m，引堤長580 m，為國內(nèi)最大的跨海橋閘工程。為確保滿足區(qū)域防洪擋潮的重要功能，又有效滿足橋閘景觀功能，本工程采用了“橋+ 閘+ 橋”的總體布置方案，將水閘隱藏在橋梁中間，有效改善了橋閘景觀（見圖6）。

圖6 海花島1# 橋閘典型斷面

本工程共布置29 孔閘門，其中1 孔為通航孔，單孔凈寬18 m，其余28 孔凈寬均為12 m，總凈口寬354 m，單孔閘高10 m。本次設(shè)計在吸收傳統(tǒng)升臥門、上下雙扉門優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，閘門采用了直升門加升臥門的新型上下雙扉門型式（見圖7）。下扉門為升臥門，為露頂式平面滾輪支承鋼閘門結(jié)構(gòu)，主要承受靜水壓力和部分波浪壓力；上扉門為直升門，為露頂式平面滑塊支承鋼閘門結(jié)構(gòu)，主要承受波浪壓力。

圖7 新型雙扉擋潮閘門示意

該門型降低了單扇閘門高度，降低了單扇閘門尺寸及重量（尤其和上下等厚的單扇閘門方案相比，雙扉門中的上扉門不承受靜水壓力，尺寸重量容易控制，雙扉門方案整體重量相較單扇閘門方案更小），降低了閘門生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝的難度，也降低了單臺啟閉機(jī)的起吊重量，有效節(jié)省了工程投資；該門型下扉門采用升臥門，啟門后平躺于啟閉機(jī)平臺下方，較傳統(tǒng)上下扉門進(jìn)一步降低了啟閉機(jī)平臺高度，可有效改善橋閘景觀效果；根據(jù)物模受力分析，該門型閘門在擋潮工況下的應(yīng)力條件明顯改善，有效提升了閘門長期運(yùn)行的安全可靠性；根據(jù)物模試驗，該門型越浪量很小，可完全滿足相關(guān)要求，橋閘整體效果圖見圖8。

圖8 海花島1# 橋閘整體效果

3 閘門特性物理模型試驗研究

3.1 試驗方法

為了對閘門的工作情況做進(jìn)一步分析，根據(jù)前文布置方案，通過波浪斷面物理模型試驗的方法，對閘門的波壓力、越浪量等內(nèi)容進(jìn)行研究。試驗分為兩組，一組為前文介紹的新型雙扉擋潮閘門；另一組為單扇升臥門方案，作為對照組（見圖9、圖10）。

圖9 單扇升臥門模型

圖10 雙扉門模型

3.2 試驗結(jié)果及分析

3.2.1 閘門波壓力

在100 a 一遇高水位下100 a 一遇波浪作用下，采用單扇升臥門設(shè)計方案時：非通航閘門最大正向波壓力為194.23 kPa，最大負(fù)向波壓力為40.78 kPa；通航閘門最大正向波壓力為195.36 kPa，最大負(fù)向波壓力為40.06 kPa；最大正向波壓力出現(xiàn)在靜水面附近位置，最大負(fù)向波壓力則出現(xiàn)在靠近閘底部位置處（見表1）。

表1 閘門波壓力對比

采用雙扉閘門設(shè)計方案時：非通航閘門最大正向波壓力為169.75 kPa，最大負(fù)向波壓力為49.88 kPa；通航閘門最大正向波壓力為174.73 kPa，最大負(fù)向波壓力為48.36 kPa；最大正向波壓力出現(xiàn)在靜水面附近位置，最大負(fù)向波壓力則出現(xiàn)在靠近閘底部位置處。

試驗結(jié)果表明，雙扉門最大波壓力比一體式升臥門方案減小12%左右，閘門所受波壓力明顯減小，初步推測是由于上下扉閘門的兩扇門之間順?biāo)鞣较蚯昂箦e位，相較于傳統(tǒng)單扇閘門方案起到一定的消浪效果；由于采用分體式閘門設(shè)計，單個閘門的受力更加明確合理，便于分別進(jìn)行設(shè)計。

3.2.2 閘門越浪量分析

在100 a 一遇高水位+100 a 一遇波浪情況下，閘門門頂高程+7.0 m 時，采用單扇閘門設(shè)計方案，越浪量為0.27 m3/m/s；采用雙扉門設(shè)計方案，由于下扉門是升臥門，需要在防浪結(jié)構(gòu)預(yù)留吊孔，越浪量稍大，為0.29 m3/m/s，但兩種閘門方案的越浪量差別不大。

4 結(jié)論

本文以海花島1# 橋閘工程為例，應(yīng)用了一種新型雙扉擋潮閘門，下扉門為露頂式平面滾輪支承鋼閘門，上扉門為露頂式平面滑塊支承鋼閘門。物理模型試驗結(jié)果表明，和傳統(tǒng)單扇升臥門相比，這種閘門所受浪壓力明顯小于傳統(tǒng)單升臥門方案，結(jié)構(gòu)受力更加合理；與此同時，這種閘門的擋浪效果和傳統(tǒng)單扇升臥門相近。綜上所述，本文提出的新型雙扉擋潮閘門景觀效果優(yōu)秀、經(jīng)濟(jì)性良好、受力也十分合理，值得進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。