广州十八涌东闸桥工程设计和创新

柏宝忠，祝新星，姜 昆

(上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434)

1 工程概况

广州市南沙区已经成为广州“南拓”的前沿，将建设成现代化生态型滨海新区。十八涌位于南沙区万顷沙联圩的南部，十八涌东闸桥工程位于十八涌东涌口。旧闸年久失修，防洪(潮)能力低，存在严重的安全隐患。根据总体规划，需提高防洪排涝标准，提升水景观，发展广州南部湿地旅游业，重建十八涌东闸桥。工程主要功能是挡潮、排涝、纳潮引水、游船通航，并满足旅游、景观和河涌两岸交通需要。工程防洪(潮)标准为200a一遇，排涝标准采用20a一遇24h暴雨24h排干不成灾。

闸桥总长82.4m，宽26.3m，外观采用五孔连拱桥造型，桥面布置风雨廊桥、景观小品等旅游休闲建筑物，整个工程与南侧紧邻的湿地公园融为一体。

2 设计的重点及难点

2.1 建筑景观

闸桥工程紧邻南沙湿地公园，在满足基本功能下，建筑外观、造型需与周围环境协调，满足旅游、景观需要。现状河口宽度为81.0m，工程规模论证闸净宽仅需16.0m，为典型的宽河道布置窄水闸工程。传统的宽河道上建设窄水闸都是在闸桥的两侧填筑连接堤与两岸相接，视觉上明显缩窄了河道，给人以堵塞、压抑的感觉。因此闸桥主体的结构布置、闸门门型选择对整个工程的建筑外观、造型至关重要。

2.2 闸桥与风雨廊结合

考虑到景观和旅游的需要，闸桥桥面需布置1个2层的风雨廊，闸桥主体作为风雨廊的基础。闸桥结构如何适应这一要求需重点研究。

2.3 基础处理和防渗

闸桥地基下分布着厚13～26m的淤泥及淤泥质粉质黏土，土层特性差，需采用桩基处理以提高地基承载力和控制沉降，但由于淤泥层会缓慢沉降而可能产生接触渗透破坏。如何解决建筑物底板下软土地基的渗漏问题，需在设计中认真考虑和研究。

3 工程布置及结构设计

3.1 工程布置

工程经比较后确定在原址拆除重建。闸桥总长82.4m，宽26.3m。桥面中部布置宽17.65m的风雨廊景观建筑，靠河道堤岸两侧设楼梯踏步与风雨廊连接；桥面上下游侧各设4.32m宽消防通道(兼车行道)，消防通道与两侧堤岸相接，满足车辆及行人的通行要求。

综合考虑挡潮排涝、游船通航、景观提升等要求，闸桥主体确定采用五孔闸桥结构。

闸室布置在闸桥中孔(通航孔)，净宽16m，选用上翻弧型钢闸门，液压启闭机操作。闸门开启时平卧在桥下，具有隐蔽性，闸顶桥兼做闸门门库。

图1 闸桥立面

中孔两侧各两边孔布置钢筋混凝土挡板挡水，孔宽由河中心至岸边呈递减趋势，依次为15.0m和14.3m。通过在闸桥上下游侧立面布置圆拱型钢筋混凝土面板，使得整个闸桥造型形成五孔连拱拱桥效果。拱型板立面通过建筑美化、贴面装饰，进一步提升景观效果。

考虑紧邻闸桥南侧的湿地公园的周边环境，风雨廊采用仿古风格，总建筑面积1320m2，高度7.7m，建筑层数2层。闸桥立面、横断面分别如图1—2所示。

图2 闸桥横断面(中孔)

3.2 结构设计

根据200a一遇防潮标准、波浪计算、闸门起闭运行和游船通航净高等要求，按有关规范的规定[1- 2]，确定桥面和闸墩顶高程为8.35m，闸桥两侧边墩及堤防顶高程为4.65m。

闸室为单孔，净宽16.0m，长32.9m，采用开敞式整体结构。闸墩厚为1.5m，闸墩兼做交通桥墩。水闸底板高程-3.30m，闸槛高程-2.80m，底板厚1.5m。为保证闸桥的安全性、整体性，减少和控制不均匀沉降，确保水闸的正常运行和风雨廊的安全，闸桥82.4m×26.8m(长×宽)的底板不设永久缝，采用设置后浇带等措施。

工作闸门选用闸桥结合的弧型门，其特点是藏于桥下，避免了常用的直升门、升卧门需要高大排架的缺点，能最大程度的减少水利工程建设对景观的破坏，做到与环境协调。闸门支撑在闸墩的牛腿上，牛腿上设转动轴，在闸墩上设液压启闭机检修平台。

中部两中墩之间桥面板梁采用现浇，作为上部风雨廊的底层板梁。中墩与边墩之间设置人行楼梯踏步，楼梯踏步两侧设置有绿化带。桥面消防通道采用预制预应力钢筋混凝土空心板梁结构。

闸室两侧分别布置两孔连接桥，净跨分别为15.0m和14.3m。中墩、边墩厚1.2m，承台高程-0.30m。沿闸桥中心线，中孔两侧各两边孔布置混凝土挡板挡水(正反向挡水)，挡水板厚0.8m。闸桥上下游侧立面圆拱型面板厚0.45m，每孔拱圈外沿设置拱肋。除中孔外，各桥孔顺水流方向布置有厚0.15m的拱形面板，面板中每隔3.6m布置一拱肋。上下游侧拱型面板立面、拱底分别采用花岗岩贴面、石漆涂装，以达到自然、美化效果。

风雨廊建筑风格采用岭南风格，共2层。设有展览厅、会议厅、外廊等等。

3.3 地基处理设计

需对闸桥地基下深厚天然软弱地基进行处理，以满足地基承载力、沉降、抗滑等要求。建筑物的淤泥或淤泥质地基，处理方法主要有换填法、水泥搅拌法或高压喷射注浆法复合地基、桩基础等[3]。

城市交通的管控要从系统级别整体考虑，针对城市出行的问题，从动态交通组织、智能信号控制、交通信息诱导、交通方案评价等方面进行体系管控.

结合本工程需严格控制建筑物沉降的要求，经技术经济比较，对闸桥底板下的闸墩、中墩、边墩的基础部位采用灌注桩加浅层水泥搅拌桩硬壳层处理方案，即为避免灌注桩施工时发生偏位、倾斜现象，先采用5m长的水泥搅拌桩对底板范围内淤泥加固，形成硬壳层后再进行灌注桩施工。闸桥底板下的闸墩、中墩、边墩的地基部位需布置共84根直径1.0m、间距3.5m×3.0m、桩长40.5～43.5m的灌注桩，桩底位于流纹斑岩。

采用灌注桩基础后，由于桩端深入持力层，闸桥沉降很小，而地基下淤泥层会缓慢排水固结沉降，底板与地基土之间易形成空隙，成为渗漏通道，故沿闸桥中心线，在底板下布置密排高掺水泥搅拌桩(桩长12m)，形成防渗墙，桩头通过止水结构与闸桥底板相连接。

4 设计特点及创新

(1)先进的水利工程设计理念。本工程主要功能为挡潮、排涝、通航、纳潮引水保证河涌水质和营造水景观等，并满足旅游、景观和河涌两岸交通需要。工程外观和结构设计上，考虑了紧邻的湿地公园的环境要求，提升了景观，满足了休闲、旅游的需要。工程的设计理念和思路突破了传统水利工程，兼顾了水景观、水环境、水生态、交通、旅游等，体现了岭南特色的滨水景观，实现了防洪纳潮、景观提升与土地开发等为一体的目标。

通过闸、桥、风雨廊的有机结合，促进了滨水区功能多样化，营造了高品质、独特、精致的水乡风貌，拓展了湿地旅游，对发展滨海文化休闲旅游、生态旅游和培育游艇等休闲旅游产业具有促进作用。

(2)闸桥主体开创性的采用五孔连拱桥的造型，极大的提升了工程景观效果。五孔闸桥，半径、孔宽由中间的中孔向两端的边孔呈递减趋势，形成造型优美的连续多孔拱桥。外观上通过闸墩在闸桥上下游侧布置圆拱型装饰面板，形成拱桥效果，同时在闸室两侧的桥孔内设有拱形结构。闸桥的主体构成了连续多孔拱桥，受力特点为梁式桥，外观上为拱桥；既有梁式桥受力相对明确，设计和施工简便，对地基要求不高的特点，又具有拱式桥外形美观的优点。

连续多孔拱桥结构可以在其他工程中直接应用，桥孔的数量、大小可以根据每个工程的河道宽度、桥梁的跨度和景观要求灵活调整。

(3)挡水板的设置和连续多孔拱桥造型解决了宽河道布置窄水闸的景观难题。本工程中孔设置钢闸门，两侧桥孔中设置钢筋混凝土挡水板。五孔闸桥一真四假，既满足排涝要求，也解决了宽河道布置窄水闸的难题。五孔拱桥横跨两岸，一气呵成，乍看是桥细看藏闸，视觉上给人以畅快、通透、不堵塞的感觉。

本闸桥的结构形式就是可以根据需要在两侧的边孔上设置挡水板来确定调整水闸总的净宽，河道中间部位的中孔仍设置闸门。根据河道总宽度对拱桥孔数灵活调整，按防洪排涝的规模要求调整闸门、挡水板的数量和位置。

(4)拱形闸桥与风雨廊结合，实现闸、桥、风雨廊的有机统一。工程下部五孔连拱的闸桥，作为上部风雨廊的基础。闸顶中部的桥面板为现浇的钢筋混凝土板梁结构，作为风雨廊的底层板梁，搁置在闸墩上。同时两端设置人行楼梯踏步。风雨廊的上下游侧桥面设置消防通道、车行道等。这样闸、桥、风雨廊有机结合为一整体，各自的功能都可以实现，既可以满足人行交通，也可以满足车行交通。

风雨廊的岭南风格的廊、亭、台、楼、阁，层层叠叠，错落上升，气势磅礴。与工程南侧的湿地公园既相呼应，又融为一体。下部五孔连拱造型，具有古典桥梁元素，建筑风格独特，拱桥立面配以与风雨廊风格相协调的装饰，大面积的仿古砖辅极具古典韵味的花饰，共同构成了古色古香感，集中体现了闸桥周边以“中式”、“古典”为主体的环境，使得整个闸桥工程整体景观独特，成为新的旅游景点。

(5)桥面边跨梁与管线桥、跨河管支架、花槽结合。工程立面为上下游侧布置的钢筋混凝土拱型装饰面板，形成拱桥效果。为了工程整体景观效果，工程中各种管线(如电缆、光缆、液压启闭机的油管等)不得在闸桥立面通过支架架立、外露。设计中对桥面两侧消防通道的边跨梁结构进行创新改造。边跨梁内设有瓶状的空腔，空腔上部设置盖板，空腔中部设置镀锌角钢。边跨梁外侧设有花槽，花槽可以兼作为管沟。工程中所有的管线均通过此边跨梁进行铺设，不外露。这样，闸桥的边跨梁与管线桥、跨河管支架、花槽结合，立面整洁统一，有更好的景观效果。

(6)水泥搅拌桩防渗墙通过导梁、止水铜片与闸桥底板连接，有效解决建筑物底板下接触渗透问题。地基含有深厚淤泥，闸桥上部为风雨廊，为了确保闸桥和风雨廊的安全性、整体性，控制不均匀沉降，闸桥基础处理采用了灌注桩加浅层水泥搅拌桩硬壳层的方案，同时在闸底板下实施了密排的高掺水泥的水泥搅拌桩防渗墙结构。通过水泥搅拌桩防渗墙上部的导梁、止水铜片与闸桥底板的连接，防止了闸桥底板下由于淤泥层缓慢排水固结沉降而产生接触渗透破坏的可能。本防渗结构能有效解决建筑物软土地基的接触渗漏问题，安全可靠、结构简便，具有普遍适用性。

(7)底板后浇带的设置避免了因底板面积大而可能产生的裂缝。闸桥82.4m×26.8m(长×宽)的底板设计中不设永久缝。根据受力分析和结构计算，在底板长度方向距边线23.2m处、顺水流方向各设置一道后浇带，后浇带宽2.0m。后浇带的设置避免了因底板面积大，有可能由于温度和混凝土收缩产生的裂缝，确保工程的安全性和耐久性。由于本工程环境为炎热地区海洋氯化物环境，控制和避免混凝土裂缝对工程的质量和耐久性至关重要。

5 结语

本工程五孔连拱桥造型，桥中藏闸，闸上有风雨廊桥，闸、桥、风雨廊浑然一体，功能和景观、旅游兼顾，巧妙解决了宽河道上建设窄水闸堵塞河道的景观难题，水利工程与周围环境完美结合。整个工程的设计具有多方面的特点和创新，获得了拱桥结构[4]、闸桥结合的拱桥结构[5]、闸桥结合的廊桥结构[6]等多项专利。工程的设计理念和经验对类似水利工程特别是对生态景观要求较高的城市水利项目，具有较高的参考、借鉴作用。