林瀟

（上海勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434）

廈門石潯水閘改建工程建設(shè)方案比選

林瀟

（上海勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434）

文中針對石潯水閘改建工程的設(shè)計(jì)，簡述了建設(shè)方案的比較、論證過程。方案比較過程中采用由整體到細(xì)部逐層比較的方式，將比較因素設(shè)為變量、其他條件相對設(shè)為常量的方法，使比較結(jié)果簡單明確，易于判斷。在比選過程中除所列的比較條件外，也納入了一些如使用壽命、環(huán)境景觀、維修養(yǎng)護(hù)等難以定量的因素，使比較結(jié)論更加合理。

水閘改建;平板鋼閘門;卷揚(yáng)啟閉機(jī);石潯水閘

1 基本情況

廈門石潯水閘坐落在同安區(qū)東西溪下游東支石洵河上，具有排洪擋潮、農(nóng)業(yè)灌溉、交通及城市景觀等綜合作用。原閘于1972年12月開工建設(shè)，1985年4月完建投入使用。原設(shè)計(jì)工程等別為Ⅲ等，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，設(shè)計(jì)最大泄洪能力為870 m3/s，設(shè)計(jì)灌溉面積613 hm2。自投入運(yùn)行30多年來，實(shí)現(xiàn)了排洪擋潮的作用，有效灌溉農(nóng)田173 hm2，并與浦聲河上的瑤江橡膠壩聯(lián)合運(yùn)行，壅高水位，在同安城區(qū)以下形成人工湖，改善了城市面貌。但經(jīng)過多年運(yùn)行，歷經(jīng)東西溪數(shù)次洪水，工程局部多處破損且修補(bǔ)頻繁，特別是下游河道嚴(yán)重下切，消能防沖設(shè)施遭到破壞，已經(jīng)危及水閘的整體安全，經(jīng)安全鑒定綜合評價(jià)后確定為四類閘，須降低標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行或拆除重建。

2 工程任務(wù)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)東西溪流域綜合規(guī)劃，石洵水閘的工程任務(wù)仍是排洪擋潮、農(nóng)業(yè)灌溉、交通及城市景觀等。防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)有所提高，環(huán)東海域堤防防潮標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，石洵支流防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，規(guī)劃設(shè)計(jì)泄洪能力為1 100 m3/s。另外，根據(jù)綜合規(guī)劃，要求石洵水閘抬高運(yùn)行水位至4.6 m，以獲得更佳的景觀效果。現(xiàn)狀石洵水閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)僅為20年一遇，設(shè)計(jì)運(yùn)行水位為4.2 m，最大泄洪能力只有870 m3/s，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行水位和泄洪能力均不能滿足要求，需要進(jìn)行改、擴(kuò)建后才能符合綜合規(guī)劃的技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)現(xiàn)行要求，石洵水閘改擴(kuò)建標(biāo)準(zhǔn)為：設(shè)計(jì)洪水50年一遇，相應(yīng)流量為1 100 m3/s，校核洪水200年一遇，洪水流量為2 030 m3/s，閘下消能防沖標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。工程等別為Ⅱ等，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級，臨時(shí)建筑物為4級。

3 建設(shè)方案的比選研究

3.1 改擴(kuò)建方案分析比較

原石洵水閘布置為25孔，單孔凈寬4 m，總過流寬度為100 m，閘室總長度為128.8 m。根據(jù)水閘各項(xiàng)安全等級評價(jià)成果，水閘過流能力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、消能防沖、閘門啟閉等無法達(dá)到當(dāng)前設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。由于水閘的閘室頂高程不足，最大泄洪能力只有870 m3/s，過流能力不能夠滿足排洪要求。在地震工況下，閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求；下游消力池、海漫等消能防沖設(shè)施經(jīng)常水毀，經(jīng)消能防沖計(jì)算分析表明，現(xiàn)有的消能防沖設(shè)施尺寸、結(jié)構(gòu)不能滿足工程安全運(yùn)行的設(shè)計(jì)要求；現(xiàn)狀閘門結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，靠上游側(cè)總體外觀尚好，但下游側(cè)閘門大多存在不同程度的順筋裂縫，出現(xiàn)保護(hù)層剝落和鋼筋嚴(yán)重銹蝕現(xiàn)象，復(fù)核計(jì)算成果也表明閘門混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和面板裂縫寬度不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。所有閘門頂部兩端用于啟閉閘門的鋼構(gòu)懸臂梁均嚴(yán)重腐蝕，部分懸臂梁局部銹蝕穿孔；在實(shí)際運(yùn)行工況下，啟閉設(shè)備啟閉力不能滿足安全運(yùn)行的要求，且啟閉機(jī)存在油壓系統(tǒng)漏油、輸油壓管路布設(shè)不合理等問題。針對原水閘存在的問題，需要將閘室抬高、擴(kuò)孔以提高過流能力，需重建消能設(shè)施、更換閘門及啟閉設(shè)備等，幾乎相當(dāng)于全部拆除重建。因此，為使改造后的石洵水閘徹底解決存在的問題，采取合適的閘門結(jié)構(gòu)型式、滿足運(yùn)行要求及能夠與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)，決定采取另行重建方案。

3.2 閘址選擇

項(xiàng)目閘址選擇主要遵循以下原則：

1）工程選址應(yīng)符合規(guī)劃布局和綜合開發(fā)治理要求、滿足景觀蓄水需求，閘址宜在原址或原址附近。

2）閘址選擇應(yīng)方便交通運(yùn)輸、供水供電、運(yùn)行管理、檢修等條件，并應(yīng)滿足工程總體布置要求。

3）閘址選擇應(yīng)考慮施工導(dǎo)流、放空泄流和泄洪對下游建筑物的影響。

根據(jù)上述原則，可供選擇的位置有限，擬定3個(gè)位置方案進(jìn)行比較，分別為原址重建、距現(xiàn)閘址上、下游150 m左右新建。經(jīng)比較，原址重建拆除工程量最大，上、下游新建方案僅需拆除原閘底板以上的阻水部分；原址重建方案上、下游均需修筑圍堰，兩岸交通中斷，需要架設(shè)施工交通橋，且施工期間無法擋潮；下游新建方案的圍堰高度需要按擋潮要求填筑，下游消力池出口距高鐵高架橋僅150 m左右，水流對橋梁有一定影響；上游新建方案的圍堰高度僅施工期洪水標(biāo)準(zhǔn)填筑，可利用原閘擋潮。綜上，上游新建方案工程費(fèi)用最低，施工期對交通沒有影響，運(yùn)行期對下游高鐵橋影響最小，選擇上游新建方案最為合理。

3.3 水閘型式比選

水閘運(yùn)行需要實(shí)現(xiàn)：無洪水時(shí)期，攔蓄河水成湖，美化城市，攔截下游海潮；洪水來時(shí)可迅速開閘，行洪通暢，確保兩岸防洪安全。根據(jù)上述要求，擬定3個(gè)方案，啟閉設(shè)備控制攔河閘、自動翻板閘及橡膠壩方案進(jìn)行比較。 3個(gè)方案均可實(shí)現(xiàn)壅水、泄洪的要求，但啟閉設(shè)備控制攔河閘運(yùn)用最為靈活、可靠，雙向擋水，以及調(diào)控上游水位的要求。橡膠壩方案建設(shè)投資最少，但由于項(xiàng)目有擋海潮的要求，橡膠材質(zhì)易老化，使用壽命縮短，維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用增加，且壩袋更換麻煩，無洪水時(shí)不能根據(jù)來水調(diào)節(jié)壩袋高度以穩(wěn)定上游水位。自動翻板閘具有調(diào)節(jié)能力，建設(shè)投資小于啟閉設(shè)備控制攔河閘，但該閘位于山區(qū)河流的下游段，經(jīng)過城區(qū)，河道夾帶泥沙、漂浮物等較多，容易堵塞翻板閘使其無法翻轉(zhuǎn)，泄洪斷面變小，影響上游防洪安全，同時(shí)要求翻板閘雙向擋水，設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制難度很大。水閘最終選定為啟閉設(shè)備控制攔河閘。

3.4 水閘門體結(jié)構(gòu)型式比較及選擇

為充分滿足運(yùn)用方便、與城市美化協(xié)調(diào)的要求，初選4種門體結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行比較。

1）平板鋼閘門最為常見，可雙向擋水，操作方便、靈活，經(jīng)久耐用，運(yùn)行穩(wěn)定。

2）弧形鋼閘門也是常見的門型，啟閉靈活、方便，運(yùn)行穩(wěn)定，但工程需要攔擋下游的潮水，該門型不適用。

3）大跨度圓拱鋼閘門為半圓拱門，結(jié)構(gòu)新穎，外形美觀，適用于跨度大、但高度不大的工程，與項(xiàng)目比較匹配，但不適宜局部開啟、頻繁調(diào)節(jié)。另外該門型的結(jié)構(gòu)計(jì)算、支鉸設(shè)計(jì)及操作系統(tǒng)尚未有相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范要求，選用的風(fēng)險(xiǎn)偏大，且制造費(fèi)用較高。

4）鋼筋混凝土閘門比較適于雙向擋水、下游擋海水的條件，使用壽命長、運(yùn)行穩(wěn)定，原閘門即為這種結(jié)構(gòu)，具有一定的使用經(jīng)驗(yàn)，但外形笨重，局部易于破損，維修麻煩，與景觀不協(xié)調(diào)。

綜上，門體結(jié)構(gòu)選擇為，平板鋼閘門。

3.5 閘門啟閉設(shè)備比選

由于水閘需要根據(jù)來水情況經(jīng)常調(diào)節(jié)開度，以確保防洪度汛及上游景觀對水位的要求，為實(shí)現(xiàn)這一目的，按一門一機(jī)配備。比較適用的啟閉設(shè)備為固定式液壓啟閉機(jī)及固定式卷揚(yáng)啟閉機(jī)，卷揚(yáng)式啟閉機(jī)又可細(xì)分為直升式和升臥式。

1）液壓啟閉機(jī)近些年使用較多，特點(diǎn)是控制靈活，閘門開度易于控制，適用于需要經(jīng)常調(diào)節(jié)、控制精度要求較高的工程。但其設(shè)備投資較高，液壓油系統(tǒng)管路設(shè)備、電動機(jī)及控制設(shè)備、儀器儀表指示設(shè)備較多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都將影響閘門的迅速啟閉。

2）直升式啟閉機(jī)是傳統(tǒng)、廣泛應(yīng)用的啟閉方式，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，閘室短，設(shè)備投資也比較少；但要求啟閉機(jī)架設(shè)在一定高度以上，以確保閘門可以全程提升，滿足泄洪開度及閘門的維護(hù)保養(yǎng)高度要求。

3）升臥式啟閉機(jī)是直升式啟閉的一種改進(jìn)，升臥式閘門擋水時(shí)直立，開始提升時(shí)先直升一段距離，然后閘門的頂部向下游或上游轉(zhuǎn)動，全開時(shí)閘門成水平狀仰臥。優(yōu)點(diǎn)是啟閉設(shè)備簡單，啟閉高度大大降低，設(shè)備投資略高于直升式，但相差很小。由于啟閉過程近似于弧門的運(yùn)行軌道，閘室加長，閘門的吊點(diǎn)位于門的下部，長期浸泡在水中。

綜合上述優(yōu)缺點(diǎn)及維修養(yǎng)護(hù)條件等因素，選用了最為傳統(tǒng)、簡單可靠、相對經(jīng)濟(jì)的直升式卷揚(yáng)啟閉方式。

4 結(jié) 語

建設(shè)方案基本上滿足了技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的要求。在方案比選中采用比較因素為變量、其他條件設(shè)為常量的方法，使比較結(jié)果簡單明確，易于判斷，得到確定的結(jié)論。在比選過程中除所列的比較條件外，也納入了一些如使用壽命、環(huán)境景觀、維修養(yǎng)護(hù)等難以定量的因素，使結(jié)論更加合理。

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2016-08-11