1 序言
厦门集杏海堤开口改造工程属省重点工程，工程位于厦门西海疆西北部杏林湾湾口的集杏海堤东段，培植规模为新建水闸一座，采取闸涵结合的构造型式，闸孔总净宽264m，紧张是为了提高杏林湾水库的防洪设计标准，达到50年一遇湾内水位掌握在1.40m的防洪哀求，减少洪涝磨难对周边公民的生产和生活安全造成的不利影响。
2 工程功能定位与设计理念
厦门市杏林湾位于集美区和杏林区之间，是后溪的入海口。1959年在杏林至集美之间的海疆上兴建集杏海堤。集杏海堤长2890m,垦区面积1.48万亩，保护耕地3万亩。由于杏林湾库区被开垦及水库淤积，蓄洪库容减少等缘故原由，杏林湾水库防洪标准小于10年一遇，洪涝磨难已严重影响公民的生产和生活。园博园的培植占用了部分陆域和水域，因而进一步减小了杏林湾水库有效库容。其余，集美文教区又对杏林湾暨园博园岸线方案及开拓培植进行了调度。随着杏林湾水库库容的减少，防洪排涝的形势愈加严厉。
与此同时，随着杏林湾水库库容的逐步减少，杏林湾水质条件有逐步变坏的趋势。因此，如何兴建“厦门集杏海堤开口改造工程”以提高杏林湾水库及水库周边地区的防洪排涝标准，达到既能办理库区的防洪安全、园博园度汛安全及库周地区的内涝问题，又能知足地皮合理开拓与利用，形成一个有利和提高城乡居民生产和生活环境，促进经济发展与繁荣，是一个急待办理的问题。
厦门市政府对此给予高度重视，于2007年12月尾调集干系单位和部门进行折衷，明确提出集杏海堤开口改造工程的目的由原来的“防洪排涝”的单一功能转变为“提高防洪排涝能力、增加湾内纳潮量、加大航道冲刷能力、增强湾内外水体交流能力、改进水质环境、担保景不雅观水深”的综合功能。
3 工程紧张设计及打算内容
3.1 紧张设计内容
工程紧张设计内容包括总平面支配、水文、调洪演算、水工建筑物（含水闸建筑物、海堤加固改造、护岸、施工临时围堰等）、金属构造（闸门与启闭机）、路桥（含海堤道路路面、路堤等）、交通组织、市政工程（现有市政举动步伐改建、箱涵等）、电气、掌握（含工程不雅观测）、给排水及消防、通信、土建（生产和赞助生产建、构筑物）等工程设计，以及工程投资估算的体例事情。详细如下：
（1)根据开口位置、最新丈量地形图及新调度纵段、方案海堤清淤后高程图，打算海堤开口需打消海堤及两侧抛石方量、以及清淤土方量；
（2)根据网络到的地形资料，按照铁路改移杏林大桥考虑，只管即便利用海堤现有的宽度，按照城市道路规范制订标准，同时考虑轻轨预留；
（3)渠道、供水、铁路、公路、氮气管、电缆、光缆等市政管线的迁移及设计并与干系单位折衷沟通，同时应考虑部分弱电管线的哀求。
（4)对施工方案进行初步研究，重点是围堰施工、海堤破堤开口、下部构造施工及施工设备的进场和施工能力等。
（5)查找公铁大桥与开口段相对应部分的根本设计资料，打算在海堤开口后，改变了现有流场，需对上述桥梁根本冲刷进行重新评估，以确定根本是否须要进行加固处理，如需加固处理需进行干系设计。
（6)需对开口段桥梁两侧桥台的设计进行特殊研究，确定采取何种加固、防冲方法？
（7）应提出合理的交通组织模式以及两岸互通、匝道接入形式的考虑。
（8）网络与本工程有关的海疆和陆域自然条件及现有市政举动步伐的资料，结合已有设计资料、方案资料以及实际情形，综合论证工程培植的必要性和可行性，根据工程的功能和培植目标哀求，提出技能可靠经济合理的培植方案。
3.2 紧张打算内容
一、总图
1、土方挖方、填方打算；
二、水工建筑物
1、海堤改造工程
（1）波浪爬高、坡顶高程的打算；
（2）护坡面层厚度、重量的打算；
（3）护岸整体稳定、地基应力的打算；
（4）工程量统计。
2、水闸工程
（1）闸室构造打算（含孔口单孔净宽、孔数、中墩、边墩、缝墩厚度、闸底板厚度、顺水流方向长度等参数打算）；
（2）水闸过水能力打算，应与前方桥涵过水能力一并打算，取二者小值为整体工程过水能力值；个中桥涵的过水能力应首先根据水力条件对桥涵尺寸参数进行长洞与短洞的判别、陡坡与缓坡的判别，而采纳相应的公式打算。
（3）根据初步拟定闸室尺寸进行闸基防渗能力复核打算；
（4）闸室稳定和地基应力打算；
（5）闸室地基处理打算；
（6）消能防冲打算；
（7）工程量统计。
3、围堰工程
（1）波浪爬高、坡顶高程的打算；
（2）围堰护坡面层厚度、重量的打算；
（3）围堰整体稳定、地基应力的打算；
（4）围堰渗流稳定打算；
（5）工程量统计。
三、机电、金属构造
1、机电设备选型打算；
2、闸门构造打算；
3、闸门启闭机选型打算。
4、工程量统计。
四、市政道路、管线工程
1、北溪引水渠改造工程水力打算（含改造箱涵过流能力、过流断面尺寸等参数拟定打算，应对引水渠运行工况等基本资料进行调查核实）；
2、海堤开口后架设交通桥构造设计打算、以及水闸检修用交通桥构造设计打算；
3、供水管改造设计打算。
4、电缆、光缆等改造构造打算。
5、工程量统计。
4 工程设计总体思路、重点、难点与关键点
4.1 总体设计思路
本工程的勘察设计及干系研究事情是多项科技含量较高的技能事情的有及机合成，这些技能事情既相互独立，又相互关联，呈现一种互为条件、相互支撑的组合关系，本次勘察设计及干系研究事情的紧张事情思路为：
（1）从对杏林湾历年演化资料的剖析整理出发→剖析杏林湾淤积成因，为设计奠定根本；
（2）根据方案、丈量、勘察以及其他根本资料提出初步设计方案；
（3）利用数模、海疆利用论证、环境影响评价等验证及优化设计方案；
（4）综合经济、技能、环境、社会成分终极确定设计方案。
（5）由于本工程的履行，对全体杏林湾区域的水动力、潮流、海洋生态环境等方面有一定影响，因此要根据类似工程设计履历拟定较为合理的方案，同时利用数值仿照研究进行方案验证，进一步优化确定水闸构造及闸室轴线走向等问题。
4.2 设计重点和难点
水闸作为水利工程的主要组成部分,其在设计之中随意马虎受到施工条件、地质条件和受力条件的影响。这紧张是由于其同其他建筑构造比较较有着分外性。下面紧张从水文打算、闸址选择、消能防冲、海床防护设计等几方面分别阐述本工程设计的重点和难点。
4.2.1 水文打算
对水文设计依据站实测大水过程的峰型、持续韶光、年最大洪峰涌现韶光等进行统计剖析。对河段进行历史大水的调查，网络有关文献资料进行考证，估算历史大水重视期。根据已有及延长的大水系列，加入历史大水进行洪峰频率打算，接面积比推求得防洪工程的设计大水成果，并对大水系列的代表性及成果的合理性进行剖析。选择范例大水过程线，按峰同频率掌握放大，推求得设计大水过程线。天然河道水面线的打算则多采取不计局部水头丢失的能量方程(差分形式)逐段推算,打算中常遇的问题是初始打算断面的选择及其水深的确定。
4.2.2 闸址选择
水闸选址是影响水利工程浸染和效益的关键,在一样平常情形下,水闸在选址的过程中首先要考虑到周围的地质条件和水文条件,并经数模、物模和调洪演算进行剖析论证，终极确定推举方案，是全体工程设计的重点与难点。就本工程而言，对付中轴线的选择，设计曾对现有海湾深槽线、现有海湾深槽线西移50m和西移100m三种方案进行了综合比选。
⑴现有海湾深槽线方案：根据干系规范、资料及工程履历，当水闸中轴线与海湾深槽线基本同等时，进出闸口的潮流较平顺，增加水体动力的效果较好。该方案水闸中轴线位置与海湾深槽线基本同等。
⑵现有海湾深槽线西移50m或100m方案：为周密慎重拟定水闸中轴线位置，经多次现场踏勘、负责研究，结合干系物模、数模实验成果，认为原来方案水闸中轴线位置虽然与海湾深槽线吻合性较好，但离现有厦门大桥集美侧桥头段较近，工程培植和运行期都将对厦门大桥集美侧桥头端交通造成一定的影响，景不雅观效果也受到一定程度的影响。为此，调度方案水闸中轴线较原来方案西移了约50m，该处地形仍较深，且与西海疆清淤整治后的水域深槽基本同等，在只管即便知足水流平顺的同时也考虑了工程区域交通组织的须要。物模研究结果表明，认为闸室西移50m是得当可行的。
4.2.3 围堰设计
集杏海堤位于厦门主干道杏前路，东侧为集美大桥立交，西侧为园博苑，南侧临海,北临杏林湾水库。为担保集杏海堤开口改造工程的顺利履行，须在开口建闸处设置相应的围堰，其临时工程紧张包括为担保基坑内干地施工而设置的内、外围堰。
围堰构造的方案选择紧张从经济合理安全适用便于回收利用的原则进行方案选择，根据初步调查厦门目前缺土石，厦门利用比较成熟的为袋装砂围堰。故选择袋装砂围堰方案。
从钻探资料看，围堰处地基的懦弱土层很厚(最厚达13m)，地基处理也是围堰构造设计方案的难点和重点。地基处理可选用水泥搅拌桩复合地基、换填、塑料排水板堆载预压等处理方案。水泥搅拌桩复合地基投资大，换填工程量大投资也会比较高，塑料排水板堆载预压工期长但地基加固投资较少，故围堰的地基处理采取塑料排水板堆载预压。
围堰施工时的排水范围则紧张考虑到施工作业面大小，根据须要用抽水泵站把围堰内的水抽出。
内围堰垂直铺塑施工现场照片
工程验收会
4.2.3 消能防冲设计
一样平常来说，水闸消能设计和掌握方法常日以闸上游取高水位为基准,对多余的水量进行宣泄和打消,同时对下贱的水位取最低下限值,这种方法的运用是目前水闸工程中最为常见的形式之一,也是确保水闸工程正常事情的核心。此种工况下闸门的初始开启度,每每是消力池深度打算的掌握成分。水闸防冲设计的掌握工况是:水闸泄放最大设计大水流量,相应下贱水位最低。但闸上最高蓄水位是多大?闸下水位下限值又是多少？闸门的初始开启度是多少?对付水闸设计来说须要多工况组合剖析研究，确定合理的水闸运行调度方案。这些都是我们设计过程中须要重点思考的地方。
4.2.4海床防护设计
工程履行后，水流冲刷对建构筑物的影响紧张有两方面。一方面是海床冲刷引起水闸消能举动步伐的毁坏；另一方面是水流对杏林大桥桥墩的局部冲刷，从而影响杏林大桥的安全。
物模和数模研究成果表明，集杏海堤开口后，落潮时杏林大桥根本附近最大流速达2m/s，将对水闸消能方法和杏林大桥桥墩根本产生一定的冲刷，为了减少对海疆的污染，并确保水闸本身和杏林大桥构造安全，结合对桥墩根本的防护须要，设计采取全范围抛石防护方案。
沿海地区水闸泄流的特点是水位差小，但尾水位变革幅度大，闸门开启调度过程中，能形成从急流到缓流或从缓流到急流的多变流态，而且河道宽广闸孔多时，各孔难以齐步开启，随意马虎造成不对称的集中水流和旁侧回流，从而导致水闸下贱海床的冲刷。经打算，海漫末端冲刷坑深度可深达8m以上。
引起桥墩冲刷的紧张缘故原由有二：一是由于桥墩阻水而在墩前形成壅水产生下移螺旋流，在桥墩下贱形成回流区，漩涡的中央形成真空，卷起泥沙带往下贱，从而导致河床下切；二是由于桥墩阻水形成侧向绕流产生马蹄形螺旋流淘刷两侧地形，从而导致桥墩周围床面的冲刷，桥墩周围河床上的泥沙被冲起带向下贱，逐渐形成冲刷坑（见图4-1）。
图4-1 桥墩局部冲刷征象示意图
4.3 紧张对策方法
水闸是一种常见的水利工程，以堤围、各种水闸、电排站为代表的水利工程举动步伐遍布各镇街，守卫公民生命和财产安全。然而，水闸工程构造布局繁芜，施工环节质量掌握难度大，在施工过程中若不严把质量关，会降落工程质量，给往后的管理事情带来一定的影响，其培植工程质量问题必须引起充分重视。
1、底板施工
闸室地基处理后，对付软基应铺素混凝土垫层8～10cm，以保护地基，找平基面。垫层养护7d后即在其上放出底板的样线。首先进行扎筋和立模，距样线隔混凝土保护层厚度放置样筋，在样筋上分别画出分布筋和受力筋的位置并用粉笔标记，然后依次摆上设计哀求的钢筋，检讨无误后用丝扎扎好，末了垫上事先预制好的保护层垫块以掌握保护层厚度。上层钢筋是通过绑扎好的下层钢筋上焊上三角架后固定的，齿墙部位波折钢筋是不才层钢筋绑扎好后焊不才层钢筋上的，在上层钢筋固定好后再焊在上层钢筋上。立模作业可与扎筋同时进行，底板模板一样平常采取组合钢模，模板上口应赶过混凝土面10～20cm，模板固定应稳定可靠。模板立好后标出混凝土面的位置，便于浇筑时掌握浇筑高程。
底板仓面的面积较大，采取平层浇筑法易产生冷缝，一样平常采取斜层浇筑法，这时应掌握混凝土坍落度在4cm以下。为避免进料口的上层钢筋被砸变形，一样平常开始浇筑混凝土时，该处上层钢筋可暂不绑扎，待混凝土浇筑面将要到达上层钢筋位置时，再进行绑扎，以免因校正钢筋变形而耽误浇筑韶光。
为方便施工，一样平常穿插安排底板与消力池的混凝土浇筑。由于闸室部分重量大，沉陷量也大，而相邻的消力池重量较轻，沉陷量也小。如两者同时浇筑，较大的不屈均沉陷会将止水片撕裂，为此一样平常在消力池靠近底板处留一道施工缝，将消力池分成大小两部分。当闸室已有足够沉陷后即浇筑消力池二期混凝土，在浇筑消力池二期混凝土前，施工缝应把稳进行凿毛冲洗等处理。
2、闸墩及底板裂痕的掌握
混凝土表面裂痕是由于混凝土内部与表面散热速率不一致引起较大的表面拉应力,超过了混凝土的极限抗拉强度,从而产生表面裂痕。贯穿温度裂痕多是由于外界约束力而引起的,如闸墩浇筑时温度高及水化热大,使混凝土温度很高。混凝土冷却紧缩时,受到闸底板的约束,混凝土内部涌现较大的拉应力,当超过混凝土的极限强度时而产生裂痕。预防混凝土裂痕的方法可从降落混凝土的水化热及混凝土的入仓温度入手。如选用发热量低的矿渣水泥,优化合营比设计,减少水泥用量,降落水化热,采取双掺技能,掺高效减水剂,使混凝土缓凝推迟水泥热峰值的涌现,加微膨胀剂,以补偿硅的紧缩。混凝土的浇筑要选择在得当的月份,利用较低的环境气温。拌制混凝土时,用深井中的低温水进行骨料冷却也可达到降温的目的。其余,还要尽可能缩短浇筑闸底板与闸墩之间的韶光间隔,使底板与闸墩的紧缩应力基本同步,也可较好地掌握混凝土的贯穿裂痕。
3、翼墙沉陷缝的设置
为了适应地基不屈均沉陷的哀求,翼墙一样平常需设置沉陷缝。沉陷缝的设置应从墙根本开始,缝面应平整垂直。但在实际施工时每每仅在翼墙上部设缝,而根本上却忽略了沉陷缝的设置。有的虽然设置了沉陷缝,但两边缝面并不垂直、平整,起不到应有的浸染,乃至有的砌石翼墙在落成后用砂浆饰一假缝。产生这一问题的缘故原由一是没有严格按设计哀求施工；二是对沉陷缝的意义不太理解。
4、永久缝止水橡皮的设置
设置永久缝止水橡皮是为了防止水体渗漏,减少扬压力,避免对主体工程造成危害。施工过程中常见的毛病有止水橡皮嵌固不牢,施工中常涌现移动,落成后橡皮不在浇筑层或砌体中间,起不到伸缩连接的浸染止水橡皮搭接手法不当,搭接不牢,有的乃至没有搭接水平止水橡皮下的硅振捣不落实。针对以上问题,施工单位在施工中必须按规范哀求精心组织、负责施工。止水橡皮要用模板嵌固,不宜用铁钉固定。橡皮接头用热接法最好,严禁用铁丝或铁钉固定。固定橡皮时,橡皮中间的伸缩圈要居于缝上间。水平止水下的橡皮施工时,要谨慎振捣,使之密实无孔隙。
5、闸门止水问题
闸门漏水紧张表现在以下几种：一是止水橡皮与止水面不在一个平面上,致使止水橡皮与止水滑道之间有缝隙而漏水；二是从止水橡皮螺栓孔漏水；三是从底止水橡皮与侧止水橡皮的接头处或止水橡皮接缝处漏水。办理以上问题的方法：一是在安装止水橡皮时要谨慎操作,使止水橡皮与门叶顺直合贴,闸门吊人后在设计水位差下,橡皮与止水座板或滑道间无偏离,无缝隙。二是门叶预留螺孔与止水压板上的螺孔要对应同等,然后对止水橡皮进行钻孔或冲孔,不宜采取烫孔,橡皮孔径可比螺栓直径略小一点,以担保橡皮对螺栓包裹紧密。如闸门为钢筋混凝土构造,在预制过程中便应担保预留孔的位置、孔径、方向准确无误。三是闸门止水橡皮应只管即便定制“门”型橡皮,减少橡皮接头,如须要接头,应采取生胶热压法胶合,不宜采取氯丁胶粘接,由于闸门在启闭过程中橡皮受力较大,很随意马虎把胶接处撕裂。底止水橡皮与侧止水橡皮的接合处也应挤压紧密,以防漏水。
5 结语
水闸是一种既能挡水,又能够在工程中下泄多余的水量,是一种依赖升降闸门来掌握水位的水工建筑物。在现阶段水利工程中被广泛的运用在防洪、灌溉、排水、航运和发电等多个行业之中。水闸在目前水利工程中紧张可以分为节制闸、进水闸、分水闸,排水闸、冲砂闸等,不同的水闸在水利工程中所发挥的浸染和功能不尽相同,在很多的情形下,由于水利工程须要发挥多种不同的功能,因此在处理的时候可以按照水利工程浸染和效益的需求来进行不同种类的设计和掌握,也可以将多种类型的水闸一起运用于同一水利枢纽中。
该工程为水利工程，同时涉及水利、港口、市政、交通、景不雅观、水文、地质等多领域、多专业交叉知识，全体工程设计综合度高，须要相互合营和折衷是本工程独占的特色；需根据设计委托书、物模、数模及调洪演算等技能论证报告、干系会议纪要见地和培植条件，并按照培植目标，进行周密的方案研究；在知足国家、干系行业颁布的现行标准、规范、规程及规定和地方政府有关部门颁布的干系法规条件下知足城市景不雅观哀求，应对海堤开口段建筑物的顶面高程进行合理设计，只管即便降落建筑物的顶面高程，使海堤开口段的桥面（或路面）与海堤东西段道路平顺连接。
同时根据市政管线现状，结合水闸和交通桥设计方案，提出合理的市政管线改造方案；只管即便采取新工艺、新材料、新方法，使培植方案技能前辈、经济合理、方便管理，确保构造的安全性、适用性和耐久性，只管即便减少工程培植对环境的影响，提高生态环境效益；并应只管即便方便施工。同时该地块附近宽广的海疆；具有得天独厚的自然环境资源。对该地块进行绿化景不雅观方案，可提升该区域的商业代价，带动整体地块经济效益的攀升，从而改进当地的生态环境，增加景不雅观亮点，带动该地区经济的可持续性发展。
总之，水闸工程设计具综合性强、多学科交叉领悟特点，需进行多方踏勘、调研、沟通、折衷、模型研究及周密的设计打算，结合丰富的工程履历，专家聪慧以及培植、设计、勘察、施工、监理、质检等多方参建单位及干系部门的积极合营，群策群力，方可完成优质的工程设计和培植方案。
（作者：薛国强，【水利参阅】"大众号主编，中国水利学会会员，水利高等工程师）
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