浦 庆，陶圣叶，於维伟
(盐城市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 盐城 224000)
新洋港新闸工程为新洋港闸下移工程的主体工程，工程地处淮河流域里下河地区，位于江苏省盐城市亭湖区和射阳县交界处，为新洋港入海控制工程。
新洋港老闸位于盐城市亭湖区和射阳县交界处现状一线海堤上，是新洋港入海口挡潮闸，建成于1957年，具有排水、挡潮、御卤、蓄淡等作用，水闸共17孔(其中：排水孔16孔、单孔净宽10.0m，采用弧型钢闸门，卷扬式启闭机启闭；
应急通航孔1孔、通航净宽10.0m，采用上下扉弧型钢闸门，卷扬式启闭机启闭)，闸室总净宽170.0m，底板面高程-3.5m。2018年5月18日，省水利厅以苏水管[2018]37号文印发盐城市新洋港闸安全鉴定报告书，确定新洋港闸为四类水闸。2021年11月江苏省发改委对新洋港闸下移工程进行了初步设计批复，工程建设总工期36个月，工程计划于2022年3月底开工，2024年9月底完成全部工程
新洋港新闸工程等别为Ⅰ等，主要承担防洪、排涝、挡潮、蓄水灌溉任务。新闸设渔船应急通航孔1孔，泄水孔15孔，孔口净宽均为12m，底板面高程为-4.0m，泄水孔为胸墙式结构，胸墙底高程2.5m；
闸室底板两孔一联，每联呈“山”字形结构布置，共8联。根据GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》，新洋港新闸工程位于Ⅱ类场地，Ⅱ类场地条件下基本地震动峰值加速度为0.15g，相应地震基本烈度为7度。
新洋港闸新闸工程主要设计水位：正向设计水位内河侧0.02m，外海侧4.14m；
正向校核水位内河侧0.02m，外海侧4.52m；
反向设计水位内河侧1.54m，外海侧-2.20m；
反向校核水位内河侧1.54m，外海侧-2.66m。本工程最大水头为4.5m，闸门属于低水头闸门。
由于本工程应急通航孔过往渔船较多，闸门启闭较为频繁，而频繁的开启闸门会加快闸门局部构件的磨损，提高闸门出现故障的几率，从而会增加闸门检修维护的次数，影响工程正常运行和过往船只的应急通行。因此，选型设计应重点考虑检修维护对工程运行可靠性带来的影响。
新洋港老闸离出海口大概20km，下移后新闸离海口较近，闸门受到的风浪荷载更大、更频繁，海水的腐蚀性更强，从而要求所选闸门结构应能更好的适应海边的风浪荷载，闸门形式在运行使用方面应具备更高的可靠性。
新洋港新闸工程合理使用年限为100年，闸门合理使用年限为50年，因此本工程对闸门运行使用的可靠性提出更高要求。本次应急通航孔和泄水孔闸门选型重点从闸门运行使用的可靠性角度来进行分析说明。
根据沿海挡潮闸建闸经验，满足通航功能要求的门型通常采用双扉式平面直升钢闸门或升卧式平面钢闸门，2种门型均为工程常用门型，技术上均能满足本工程使用要求。因此，本次设计应急通航孔采用这2种门型进行方案比选。
3.1 方案1：双扉式平面直升钢闸门方案
双扉式平面直升钢闸门是沿海挡潮闸常用的一种结构型式。结合本工程，应急通航孔孔口净宽12m，闸室采用钢筋砼平底板结构，闸室底板面高程-4.0m，底板厚1.8m；
根据上部工作桥、检修便桥、公路桥、闸门型式布置需要，闸室底板顺水流方向长度为19.5m。排架布置于闸身偏外海侧，排架顶高程为16.0m，排架上布置工作桥，总宽6m，桥上建启闭机房。工作桥为钢筋砼梁板结构，梁底高程16.0m，梁高1.8m。在闸墩顶排架内河侧设公路桥，公路桥采用预应力空心板结构，桥面高程8.73m，桥面净宽7m，设计荷载等级为公路Ⅱ级；
在闸墩顶排架外海侧设检修便桥，桥面宽2.8m。
闸门采用上下扉式平面直升钢闸门，上扉门门底高程2.5m，门顶高程7.0m，下扉门门底高程-4.0m，门顶高程2.9m。上下扉门门叶尺寸分别为12.1m×4.5m(宽×高)、12.1m×6.9m(宽×高)，门叶结构均为多主梁等高连接形式，悬臂式主滚轮支承，悬臂式侧滚轮支承，门叶材料Q235B，焊条采用E43型，上扉门采用单向止水，下扉门采用双向止水。上扉门和下扉门采用闭式传动卷扬启闭机启闭，闸室内河侧、外海侧分别设检修门槽1道。
平面直升钢闸门方案闸室布置如图1所示。
图1 应急通航孔平面直升门方案闸室纵剖视示意图
双扉式平面直升钢闸门方案的优点在于实用、结构简单、运行维护简便，缺点是闸门起吊高度相对于升卧门较高，上部排架高度较大，对结构抗震较为不利。
3.2 方案2：升卧式平面钢闸门
升卧式平面钢闸门是满足通航要求常用的一种结构型式。结合本工程，应急通航孔孔口净宽12m，闸室采用钢筋砼平底板结构，闸室底板面高程-4.0m，底板厚1.8m；
根据上部工作桥、检修便桥、公路桥、闸门型式布置需要，闸室底板顺水流方向长度为23.5m。排架布置于闸身偏外海侧，排架顶高程为14m，排架上布置工作桥，总宽6m，桥上建启闭机房。工作桥为钢筋砼梁板结构，梁底高程14m，梁高1.8m。在闸墩顶排架内侧设公路桥，公路桥采用预应力空心板结构，桥面高程8.73m，桥面净宽7m，设计荷载等级为公路Ⅱ级；
在闸墩顶排架外侧设检修便桥，桥面宽2.8m。
升卧门门叶尺寸为11.9m×9.0m(宽×高)，门底高程-4.0m，门顶高程5.0m，门叶结构为多主梁等高连接形式，悬臂式主滚轮支承，悬臂式侧滚轮支承，门叶材料Q235B，焊条采用E43型，采用双向止水。采用闭式传动卷扬启闭机启闭，闸室内河侧、外海侧分别设检修门槽1道。
升卧式平面钢闸门方案闸室布置如图2所示。
图2 应急通航孔升卧式平面钢闸门方案闸室纵剖视示意图
升卧式平面闸门：该门型吊座位于闸门底，闸门向上提升一定高度后沿门槽弧形轨线运动至闸门呈水平状态。该门优点是可适当降低排架高度，提高建筑物的抗震能力，闸门开启的时间较短。缺点是闸门向公路桥侧翻转时所需闸墩较长，会明显增加土建工程量，闸门升起时底缘流态不太好；
向检修桥侧翻转时，可缩短闸墩，但不利于闸门检修；
启闭机吊具长期浸入水中，易于锈蚀，且此门的检修及维护不便；
另外升卧门一般采用弧门启闭机，此启闭机自重大，钢丝绳直径大，若采用升卧门，单扇闸门自重较大，闸门启门力较大，造价高，闸门单个滚轮轮压较大，主滚轮布置困难，并且还会增大埋件结构尺寸。
根据上述比较可知，2种门型均能较好地适用于本闸的水文条件，满足过闸的通航功能。2种闸门门型结构相似，平面直升钢闸门方案实用、运行维护简便，但排架高度较高，对结构抗震不利；
升卧门方案上部结构轻、对抗震有利，但闸室长度较长，增加土建工程量，闸门升起时底缘流态不太好，需采用悬臂式滚轮结构，对锁定装置的可靠性要求较高，并且升卧门检修维护很不方便。
根据相关管理单位升卧门的使用经验得知：升卧门止水橡皮磨损过大，止水橡皮更换频繁，闸门检修维护较为频繁；
升卧门的启闭机吊具长期侵入水中，钢丝绳易于锈蚀，相对于双扉式闸门启闭机钢丝绳更换更为频繁，从而会影响闸门的正常启闭。对于沿海挡潮闸闸门使用较为频繁的工程，对闸门运行的可靠性要求较高，因此，通过综合分析比较，本工程不建议采用升卧门方案。
可优化闸室结构设计来提高双扉式平面直升钢闸门整体抗震能力，同时上部启闭房亦可选用轻质建筑材料来降低上部结构重量，最大限度的降低地震力对闸身的影响。因此，对于闸门开启较为频繁的通航孔，平面直升钢闸门优于升卧式钢闸门。
泄水系统常用的门型有平面钢闸门和弧形钢闸门，本次泄水孔闸门选型以这2种门型进行比选设计
4.1 方案1：平面直升钢闸门
闸门采用潜孔式平面直升钢闸门。平面直升钢闸门是沿海挡潮闸常用的一种结构型式。结合本工程，泄水孔孔口净宽12m，闸室采用钢筋砼平底板结构，闸室底板面高程-4.0m，底板厚1.8m，工作门槽外海侧设胸墙1道，胸墙底高程2.5m；
根据上部工作桥、检修便桥、公路桥、闸门型式布置需要，闸室底板顺水流方向长度为19.5m。排架布置于闸身偏外海侧，排架顶高程为13.1m，排架上布置工作桥，总宽6m，桥式建启闭机房。工作桥为钢筋砼梁板结构，梁底高程13.1m，梁高1.8m。在闸墩顶排架内侧设公路桥，公路桥采用预应力空心板结构，桥面高程8.73m，桥面净宽7m，设计荷载等级为公路Ⅱ级；
在闸墩顶排架外海侧设检修便桥，桥面宽2.8m。
泄水孔闸门采用潜孔式平面直升钢闸门，门底高程-4.0m，门顶高程2.9m。门叶尺寸为12.1m×6.9m(宽×高)，门叶结构为多主梁等高连接形式，悬臂式主滚轮支承，悬臂式侧滚轮支承，门叶材料Q235B，焊条采用E43型，双向止水。闸门采用闭式传动卷扬启闭机启闭，闸室内河侧、外海侧分别设检修门槽1道。
闸室布置及闸门优缺点基本同应急通航孔闸门比选方案1。平面直升钢闸门方案闸室布置如图3所示。
图3 泄水孔平面直升门方案闸室纵剖面示意图
4.2 方案2：弧形钢闸门方案
闸门采用潜孔式弧形钢闸门，开门时闸门通过支臂绕支铰转动至开门位置。根据上部工作桥、检修便桥、公路桥、闸门型式布置需要，闸室底板顺水流方向长度为21m。排架布置于闸身偏外海侧，排架顶高程为13.1m，排架上布置工作桥，总宽6m，桥上建启闭机房。工作桥为钢筋砼梁板结构，梁底高程13.1m，梁高1.8m。在闸墩顶排架内侧设公路桥，公路桥采用预应力空心板结构，桥面高程8.73m，桥面净宽7m，设计荷载等级为公路Ⅱ级；
在闸墩顶排架外侧设检修便桥，桥面宽2.8m。
弧形门门叶尺寸11.96m×7.1m(宽×高)，门顶高程2.6m，门底高程-4.0m，双主梁结构，支臂采用斜支臂π型结构，弧门半径9.2m，双圆柱铰，支铰中心高程2.5m，简支式侧滚轮支承，门叶材料Q235B，焊条采用E43型，双向止水。闸门采用闭式传动卷扬启闭机启闭，闸室外海侧设检修门槽1道。弧形门方案闸室布置如图4所示。
图4 泄水孔弧形门方案闸室纵剖面示意图
平面闸门与弧形闸门方案优缺点具体见表1。考虑到本工程为沿海挡潮闸，且离出海口较近，由于受潮汐的影响，闸门受涌浪或风浪冲击较强，因此闸门会频繁的受到动力荷载。只要荷载频率与弧形钢闸门支臂的自振频率存在某种关系就会发生参数共振，从而会导致支臂动力失稳。根据SL 274—2019《碾压式土石坝设计规范》调查统计，我国约有20座低水头弧形闸门发生程度不同的支臂失稳事故，而弧形钢闸门空间结构因参数共振导致的动力稳定是大型水工弧形发生事故的主要原因；
表1 平面闸门与弧形闸门优缺点对比表
弧形闸门的制作、安装、运行等因素也影响着支臂稳定。所以，弧形闸门支臂是薄弱环节，而支臂的动力稳定性又是问题的关键，目前破坏机理还不十分清楚，现如今只能通过一些构造措施来提高支臂稳定，但不能完全消除支臂失稳的隐患，所以弧形门的安全可靠性不如平面闸门。
另外，低水头宽矮弧形门一般采用双主梁结构，如果闸门工作时在某个主梁发生断裂破坏，双主梁闸门整体门叶破坏速度明显会快于多主梁闸门。从闸门失事后可继续发挥应急挡水功能角度比较，双主梁弧形门的可靠性不如多主梁平面闸门，而平面闸门常用结构有双主梁和多主梁两种形式，因此采用多主梁平面闸门可发挥闸门破坏时应急挡水功能。
根据从统计资料来看，高水头闸门以弧形门居多，主要考虑高水头水力学条件居主要矛盾。由于本工程闸门设计水头较低，闸门的水力学条件不是闸门选型的主要因素。在我国沿海地区，江苏、浙江、福建、广东等省均兴建了若干挡潮闸，经调查，挡潮闸的门型大多为平面闸门，少数为弧形闸门。
根据SL 265—2016《水闸设计规范》4.2.18第3款，沿海挡潮闸宜采用平面闸门，并从闸门使用的安全可靠性角度综合考虑，设计推荐采用方案1，即平面直升钢闸门方案。
本文以新洋港新闸工程为例，通过对应急通航孔和泄水孔闸门选型，得出主要结论如下：
(1)对于开启较为频繁的通航孔闸门，闸门选型应重点考虑闸门后期检修方面的影响，升卧门止水易破损，钢丝绳易锈蚀，检修较为频繁，因此，双扉式钢闸门更适合于通航孔。
(2)沿海地区海浪对弧形闸门支臂的冲击是比较大的安全隐患，从结构角度而言，平面门可靠性高于弧形门，希望今后的科研工作加强在弧形门支臂动力稳定性破坏机理方面的研究。
(3)对于中、高水头的沿海挡潮闸门，本次泄水孔选型方法不完全适用，需要结合工程特点和水力学条件来综合比较。
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