游孟陶，胡添翼，常智慧

[上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092]

0 引言

近年来，随着全球气侯变暖加剧，极端天气日益频发。滨海地区一线挡潮闸在日益频繁的风暴潮及洪水的侵袭下，承担了愈发重要的防洪防潮功能。由于直面风浪袭击，风浪强，潮差高，跨度大，受力条件复杂，一线挡潮闸始终是防潮工程设计中的重要难点。目前应用较多的闸门型式包括直升门、升卧门、弧形门、双扉门、钢坝闸等[1]，但是由于自身的局限，上述门型都存在各自的应用盲区。如何扬长避短，优化创新，寻找更具普适性的闸门型式，是今后挡潮闸研究的重要方向。本文以海南自贸港海花岛1# 桥闸工程设计为例，介绍了一种新型的上下双扉门型闸门，在确保防潮安全的前提下，优化了水闸的受力结构，改善了水闸的景观效果，有效降低了工程投资，值得进一步推广应用。

1 挡潮闸概述

挡潮闸多位于河道入海口，与一线海塘连接，直面海洋风暴袭击，同时承受河道行洪压力，兼具防潮、防洪的重要功能，目前应用较多的闸门型式主要包括直升门、升卧门、弧形门、双扉门、钢坝闸等。

1.1 平面钢直门

直升式平面钢闸门作为一种传统的门型，广泛应用于各种节制闸工程。该门型结构简单、布置容易、运行可靠、便于维护、造价较低，可以满足双向挡水、动水局部开启控制流量的要求。但该门型需要较高的排架和启闭机房，景观效果较差（见图1）。

图1 直升门示意图

1.2 升卧门

升卧门是平面直升门的一种变型，具有结构简单，布置容易，运行可靠、便于维护，造价较低等优点，同时闸门开启后横卧于工作桥下，能适当降低启闭机排架的高度，景观效果优于直升门（见图2）。

图2 升卧门示意图

1.3 上下双扉门

上下双扉门为平面直升门的改进型，将传统的一扇直升门分为上、下两扇门，在保证防潮安全的同时，适当降低了启闭机排架的高度（见图3）。

图3 双扉门示意图

1.4 钢坝闸

钢坝闸是近年较为流行的一种闸门型式，该闸门主要由液压启闭机、传动底轴、门页三部分组成。闸门平时藏于水下，关闸时通过启闭机带动底轴翻转门页关闭。该门型景观效果好，但是运行可靠性略差，适用于安全要求较低的景观水闸（见图4）。

图4 钢坝闸示意图

2 海花岛1#桥闸工程

恒大海花岛位于海南自贸港西部，是我国著名的海岛旅游度假区，其中1# 桥闸工程连接1# 岛与3# 岛，既承担了区域防潮的重要功能，也是区域内重要的景观节点工程（见图5）。

图5 海花岛1# 桥闸工程区位图

海花岛1# 桥闸工程防潮标准为100 a 一遇高潮位+12 级台风，主桥总长度478 m，水闸孔口净宽354 m，引堤长580 m，为国内最大的跨海桥闸工程。为确保满足区域防洪挡潮的重要功能，又有效满足桥闸景观功能，本工程采用了“桥+ 闸+ 桥”的总体布置方案，将水闸隐藏在桥梁中间，有效改善了桥闸景观（见图6）。

图6 海花岛1# 桥闸典型断面

本工程共布置29 孔闸门，其中1 孔为通航孔，单孔净宽18 m，其余28 孔净宽均为12 m，总净口宽354 m，单孔闸高10 m。本次设计在吸收传统升卧门、上下双扉门优缺点的基础上，闸门采用了直升门加升卧门的新型上下双扉门型式（见图7）。下扉门为升卧门，为露顶式平面滚轮支承钢闸门结构，主要承受静水压力和部分波浪压力；上扉门为直升门，为露顶式平面滑块支承钢闸门结构，主要承受波浪压力。

图7 新型双扉挡潮闸门示意

该门型降低了单扇闸门高度，降低了单扇闸门尺寸及重量（尤其和上下等厚的单扇闸门方案相比，双扉门中的上扉门不承受静水压力，尺寸重量容易控制，双扉门方案整体重量相较单扇闸门方案更小），降低了闸门生产、运输及安装的难度，也降低了单台启闭机的起吊重量，有效节省了工程投资；该门型下扉门采用升卧门，启门后平躺于启闭机平台下方，较传统上下扉门进一步降低了启闭机平台高度，可有效改善桥闸景观效果；根据物模受力分析，该门型闸门在挡潮工况下的应力条件明显改善，有效提升了闸门长期运行的安全可靠性；根据物模试验，该门型越浪量很小，可完全满足相关要求，桥闸整体效果图见图8。

图8 海花岛1# 桥闸整体效果

3 闸门特性物理模型试验研究

3.1 试验方法

为了对闸门的工作情况做进一步分析，根据前文布置方案，通过波浪断面物理模型试验的方法，对闸门的波压力、越浪量等内容进行研究。试验分为两组，一组为前文介绍的新型双扉挡潮闸门；另一组为单扇升卧门方案，作为对照组（见图9、图10）。

图9 单扇升卧门模型

图10 双扉门模型

3.2 试验结果及分析

3.2.1 闸门波压力

在100 a 一遇高水位下100 a 一遇波浪作用下，采用单扇升卧门设计方案时：非通航闸门最大正向波压力为194.23 kPa，最大负向波压力为40.78 kPa；通航闸门最大正向波压力为195.36 kPa，最大负向波压力为40.06 kPa；最大正向波压力出现在静水面附近位置，最大负向波压力则出现在靠近闸底部位置处（见表1）。

表1 闸门波压力对比

采用双扉闸门设计方案时：非通航闸门最大正向波压力为169.75 kPa，最大负向波压力为49.88 kPa；通航闸门最大正向波压力为174.73 kPa，最大负向波压力为48.36 kPa；最大正向波压力出现在静水面附近位置，最大负向波压力则出现在靠近闸底部位置处。

试验结果表明，双扉门最大波压力比一体式升卧门方案减小12%左右，闸门所受波压力明显减小，初步推测是由于上下扉闸门的两扇门之间顺水流方向前后错位，相较于传统单扇闸门方案起到一定的消浪效果；由于采用分体式闸门设计，单个闸门的受力更加明确合理，便于分别进行设计。

3.2.2 闸门越浪量分析

在100 a 一遇高水位+100 a 一遇波浪情况下，闸门门顶高程+7.0 m 时，采用单扇闸门设计方案，越浪量为0.27 m3/m/s；采用双扉门设计方案，由于下扉门是升卧门，需要在防浪结构预留吊孔，越浪量稍大，为0.29 m3/m/s，但两种闸门方案的越浪量差别不大。

4 结论

本文以海花岛1# 桥闸工程为例，应用了一种新型双扉挡潮闸门，下扉门为露顶式平面滚轮支承钢闸门，上扉门为露顶式平面滑块支承钢闸门。物理模型试验结果表明，和传统单扇升卧门相比，这种闸门所受浪压力明显小于传统单升卧门方案，结构受力更加合理；与此同时，这种闸门的挡浪效果和传统单扇升卧门相近。综上所述，本文提出的新型双扉挡潮闸门景观效果优秀、经济性良好、受力也十分合理，值得进一步应用和推广。