王浩淼

（广州禺山水务勘测设计股份有限公司，广东 广州 511400）

1 前言

塘西水闸重建工程位于广州市番禺区南村镇，塘西涌与三枝香水道交汇处，属南村排涝片。根据《番禺区水利现代化综合发展规划报告》，拟将塘西水闸移至涌口位置进行重建，项目所在外江堤防防洪标准为200年一遇，内涌塘西涌的防洪排涝标准为20年一遇。工程建筑物包括闸室、泵站、两岸建筑物及上、下游连接段等。闸室段共1 孔，单孔净宽8 m，泵站采用闸站结合布置，位于水闸东侧，泵站内布置2台立式轴流泵，设计排涝流量2.50 m3/s。工程等别为Ⅳ等，工程规模为小（1）型，主要建筑物级别为1级，次要建筑物级别为3级。

南村围后起止范围为塘西水闸至思贤大围水闸，近期通过大规模的联围筑闸，已经形成了以江海堤围为主体，挡洪潮水闸配套的防洪、防潮体系。南村排涝片地面高程较高，绝大部分地面高程均在2.60 m 以上，个别低洼地高程为1.70～2 m，每逢较大暴雨，遇外江洪潮顶托，外江水闸关闭，涌内水位抬高，围内低洼地积水无法排除，使得农田、民居经常受淹，造成经济损失。塘西旧水闸目前运行良好，水闸净宽5 m，底板面高程-1.50 m，但现状水闸距离涌口堤防较远，约850 m，水闸至外江的河涌两岸常遭受潮水倒灌。因此，塘西水闸移址至涌口重建是十分必要和迫切的。

2 水闸设计分析

此工程任务是以城市防洪（潮）为主，结合城市发展、环境美化等多功能要求将水闸移址重建在外江河口，使南村围形成完整的防洪、防潮体系；同时在塘西涌口增设泵站，实现景观换水以及能有效改善风暴潮等极端气候条件下的内涝问题。根据规划南村围排涝标准要求达到20年一遇。

2.1 闸底板顶面高程

闸底板顶面高程主要根据排涝区规划要求、内外滩地高程、水流条件以及闸址处的地形、地质等条件综合确定。闸址处涌底高程-2.30 m，现状上、下游平均河底高程约-2.30 m，若考虑闸底板高程降低，虽然减少了闸室总净宽，但闸底板顶面高程低于现状河底高程会带来泥沙淤积的问题，为以后的管理运行带来不便，且单宽流量加大造成下游消能防冲压力过大。若抬高闸底板高程，会增加了闸室总净宽，增加工程投资。结合南村排涝区塘东～塘西排涝片的排涝规划以及参照拟建塘东泵闸底板顶面高程（-2.20 m），此次设计塘西水闸闸底板顶面高程取-2.50 m，既满足规划要求，又能解决泥沙淤积的问题。综合考虑，此阶段选定闸底板顶面高程为-2.50 m，能与现状上、下游河底平顺衔接。

2.2 闸孔孔径及闸顶高程

根据水力计算及蓄排演算成果确定塘西水闸闸孔总净宽6 m 可以满足排涝要求，据此考虑闸门受力条件及其工程量、启闭机容量和工程管理要求，综合塘西村村委会意见，为满足该村龙舟进出需求，此阶段初步拟定为单孔闸，闸孔净宽8 m。

根据《水闸设计规范》，位于防洪堤上的水闸，其闸顶高程不得低于防洪堤堤顶高程。闸顶高程取外江200 年一遇洪（潮）水位2.95 m加安全超高，同时考虑周边道路及市政配套的地面高程，综合确定闸顶高程为5 m。

2.3 消能防冲设计

水闸建在软土地基上，宜采用底流式水跃消能。消力池结构形式及尺寸很大程度上取决于下游水位情况。此次设计技术路线为，对常遇流量，依据最不利的上下游水位组合，确定消能工的尺寸。对于此工程，以上、下游经常出现的较大水位差作为消能设计控制的水力条件。计算工况1：水闸遭遇较大过闸流量时，闸上水位2.25 m，闸下水位2.15 m，相应流量14.30 m3/s。计算工况2：闸上水位为正常蓄水时遭遇围内下暴雨水闸必须开闸泄水时水位达到0.50 m，遇闸下外江低水位时，相应排洪流量为6.54 m3/s。根据消能计算成果，两种计算工况下的闸下跃后水深均小于闸下游水深，均不需设消力池。消力池底板采用整体板结构，其厚度应满足抗冲要求（0.50 m）和结构受力要求，经计算最终确定底板厚为0.70 m。根据消力池末端单宽流量及河床土质情况，结合番禺区类似工程的设计处理经验，经计算，消力池末端设抛石防冲槽，防冲槽长度6 m，槽深2.50 m时满足冲刷要求。

2.4 防渗设计

水闸闸室顺水流向长18.50 m，底板厚1 m，其底板上、下游端齿墙深度均为1 m，上游混凝土铺盖长4.50 m，厚0.80 m，其上、下游端齿墙深度为0.50 m；下游消力池长10 m，厚0.75 m，上、下游端齿墙深度为1 m。闸基为泥炭质土1层或淤泥2层，厚约5.80～11 m，为弱透水层；下层为粉质黏土层，厚约6.80～9 m，为微透水性。水闸位于地震区，闸室底板下布置φ600 水泥搅拌桩垂直防渗体，形成四周封闭的形式，搅拌桩顶与水闸底板相接，桩底高程约为-11 m，单桩有效桩长8 m。

此工程为移址重建工程，水闸边墙与防洪堤衔接是关键，边墙与墙后的筑堤回填土接触面易发生渗透破坏，危及水闸安全，为防止发生侧向渗透变形，此工程在两侧水闸边墩向外5 m范围内布置φ60 mm灌浆孔，孔深8 m，孔距2 m，梅花形布置。

2.5 渗透压力及渗流稳定计算

根据塘西水闸闸基岩土层为淤泥质土层，渗透压力计算采用改进阻力系数法进行计算。根据《水闸设计规范》，土基上水闸的地基有效深度的确定：

当计算的Te值大于地基深度时，Te值应按地基实际深度采用。

对于塘西水闸通过计算其有效深度Te=6 m，此值小于地基实际深度，故塘西水闸的地基有效深度应该按照计算深度取值。经计算，塘西水闸各种工况的地下轮廓线的分段阻力系数计算结果见表1。由表1可知，闸基渗流稳定满足规范要求。

表1 渗透压力计算结果表

2.6 闸室稳定计算

根据《水闸设计规范》对闸室稳定及应力进行计算。因此闸结构布置及受力情况对称，基底应力按下式计算：

土基上沿闸基底面的抗滑稳定安全系数，应按下式计算：

经计算塘西水闸的闸室抗滑稳定安全系数基本组合时满足大于允许值1.35的规范要求，特殊组合完建工况和地震工况也分别满足大于1.20和1.10的规范要求。塘西水闸地基岩土层为泥炭质土②1层或淤泥②2层，地基允许承载力为40 kPa，水闸各工况的闸室基地应力均大于地基允许承载力，需要做地基处理。

2.7 两岸连接建筑物

塘西水闸上、下游翼墙采用的是扶臂式挡土墙，依据《水闸设计规范》，此次设计计算三种工况：第一：基本组合，墙前常水位，墙后稳定地下水位；第二：完建工况，翼墙前后无水；第三：基本组合遭遇地震荷载。采用“理正挡土墙设计软件”计算，经计算塘西水闸的翼墙抗滑稳定安全系数基本组合时满足大于允许值1.30的规范要求，特殊组合完建工况和地震工况也分别满足大于1.20和1.10的规范要求。塘西水闸地基岩土层为泥炭质土②1层或淤泥②2层，地基允许承载力为40 kPa，塘西水闸各工况的翼墙平均基地应力均大于地基允许承载力，需要做地基处理。

3 结论和建议

防洪工程关系到人民的生命财产安全，根据塘西水闸重建工程面临的实际问题，文章将按照相关规范对水闸进行设计分析，其结果能够满足水闸安全、长期运行的要求。为及时掌握工程各部位的工况和形态变化、防止事故发生、确保工程安全运行，项目管理单位应做好工程观测和维护工作，定期巡查和观测，发现异常情况应及时报告并合理处置。