水閘閘室與岸墻分離式設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析與實(shí)踐

韓士標(biāo)

（安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，230088，合肥）

岸墻是水閘的閘室與兩岸連接和過渡的建筑物，其主要作用是維持岸坡的穩(wěn)定，減小邊坡荷載對(duì)閘室的不利影響，優(yōu)化閘室結(jié)構(gòu)應(yīng)力，增加側(cè)向繞滲長度等。岸墻一般為鋼筋混凝土空箱式結(jié)構(gòu)，上部設(shè)橋頭堡，能夠依靠自身重量維持穩(wěn)定。

由于處理不當(dāng)，岸墻與閘室間沉降差較大使邊孔底板開裂或垂直止水拉裂漏水，甚至閘室變形、啟閉困難的實(shí)例較多。因此，岸墻與閘室的連接形式事關(guān)水閘的安全。因此，合理選擇其連接形式是設(shè)計(jì)師所要考慮的重要問題。

一、閘室與岸墻連接形式的變化

1.原結(jié)構(gòu)形式

20世紀(jì)80年代以前，由于受國家經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等條件的制約，水閘多采用素混凝土或少筋混凝土底板，閘墩多采用砌石結(jié)構(gòu)，局部為混凝土或少筋混凝土。閘室每孔底板均分縫，采用水平齒縫與小底板相接，岸墻兼作邊墩。

2.存在的問題

該種結(jié)構(gòu)的水閘垂直水流向剛度較小，整體性差，抗震能力較差，上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是較為普遍的現(xiàn)象。地質(zhì)條件差時(shí)，更易產(chǎn)生各種問題，影響水閘的安全運(yùn)行。

3.現(xiàn)行結(jié)構(gòu)形式

近年，隨著國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和科技的進(jìn)步，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用，結(jié)構(gòu)布置向整體性強(qiáng)、剛度大方向發(fā)展。由此，閘室多采用大、小底板或整體式結(jié)構(gòu)，閘室與岸墻的連接多采用分離式布置，閘墩至少與一側(cè)的大底板相連，閘室整體性好、剛度大，安全性大大提高。

二、閘室與岸墻連接形式研究

根據(jù) 《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 265—2001）有關(guān)規(guī)定，水閘的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)以整體性好、剛度大為原則，同時(shí)相臨分縫間的沉降差滿足規(guī)范要求，同時(shí)止水有效。

由于水閘兩岸的填土高度一般不低于閘室的高度，基底壓力從兩岸向閘室遞減，相鄰的基礎(chǔ)間會(huì)產(chǎn)生沉降差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)置橋頭堡的空箱岸墻完建期基底壓力一般為閘室的1.8～2.0倍，因此，可能產(chǎn)生大的不均勻沉降，特別是在閘身較高或地基軟弱的條件下更為突出。

1.常見的連接形式及存在的問題

水閘岸墻和閘室的基底壓力不同而導(dǎo)致相臨基礎(chǔ)出現(xiàn)沉降差，應(yīng)控制其沉降差盡可能小，以確保止水有效。因此，閘室與岸墻的連接形式主要是受地質(zhì)條件控制，也與閘室高度、施工等因素相關(guān)。其連接形式主要有岸墻兼作邊墩的聯(lián)合式和閘室與岸墻分離式兩類。

聯(lián)合布置的岸墻作為邊墩，邊孔設(shè)小底板，閘室整體性差，不均勻沉降使邊孔底板應(yīng)力大，甚至出現(xiàn)閘室變形、閘門難以啟閉等現(xiàn)象。僅適用于地質(zhì)條件較好的工程布置。

圖1 分離式布置平面圖、剖面圖

分離式布置的邊墩與岸墻分離，閘室為一整體，邊墩只起支承閘門及上部結(jié)構(gòu)的作用，而兩岸的土壓力全部由岸墻承擔(dān)，可以減少邊墩和閘底板的應(yīng)力，其適用性較強(qiáng)。

由此，分離式布置要優(yōu)于聯(lián)合式布置，也是最常用的布置形式。常規(guī)的分離式結(jié)構(gòu)布置見圖1。

2.受力狀態(tài)分析

受兩岸地質(zhì)條件及邊荷載的影響，不同時(shí)期空箱岸墻的受力狀態(tài)均不同。施工期、完建期及運(yùn)行早期，由于受兩岸土壓力的作用，岸墻向前（河道內(nèi)）傾斜，后期受地基沉降和邊荷載的影響，其可能后仰。軟土地基沉降量大，易使岸墻后仰。也就是說完建期岸墻的閘室側(cè)沉降量大于墻后側(cè)，以后隨著墻后填土固結(jié)度的增加會(huì)逐步回調(diào)，甚至可能倒掛。

根據(jù)岸墻與閘室間垂直止水的構(gòu)造特點(diǎn)，其縱向剪切變形能力弱。岸墻前傾使沉降差變大而易使垂直止水剪切破壞，而后仰易拉裂止水，因此，工程設(shè)計(jì)應(yīng)避免岸墻長期處于這兩種狀況。

3.對(duì)策措施

根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，完建期一般黏性土地基的固結(jié)度可達(dá)50%，砂性土地基可達(dá)80%，施工期可完成總沉降量的大部分。因此，可采取后期設(shè)置止水的方式處理止水破壞的問題。主要是施工順序的調(diào)整，即垂直止水的一側(cè)預(yù)留二期混凝土，待沉降基本完成一部分后再澆筑二期混凝土；也可采用壓板橡皮的方式增設(shè)底板水平止水。

采取工程措施減小邊荷載對(duì)岸墻的不利影響，減小岸墻后水平土壓力，使岸墻基底壓力相對(duì)均勻，以減小沉降差。對(duì)于軟土地基，需減小岸墻后地基沉降的不利影響，防止岸墻后仰。

4.工程施工

為了減小邊墩和空箱邊墻間的相互影響，其間設(shè)置過渡帶，即兩者間相隔一定距離（凈距1.0m以上，以方便施工）并采用耳墻相連，上、下游側(cè)及中部均設(shè)耳墻，其間設(shè)置垂直止水，墻間回填黏性土，厚度2.0～3.0m，即使底板內(nèi)的水平止水破壞也可使地基不產(chǎn)生滲透破壞。

先進(jìn)行岸墻施工，閘室后施工，閘室側(cè)的耳墻在垂直止水位置設(shè)二期混凝土（見圖1），待工程接近竣工、地基沉降達(dá)到一定程度后再澆筑二期混凝土，使相鄰基礎(chǔ)間的后期有效沉降差大大減小。

對(duì)于軟土地基，為了減小邊荷載的不利影響，岸墻后也需進(jìn)行地基處理，如采用換土、復(fù)合地基及樁基等，垂直水流向處理1倍的岸墻底板長度。另外，岸墻后可布設(shè)土工格柵減小水平土壓力，降低岸墻前趾基底壓力，以減小與邊墩間的沉降差。

三、工程案例

某中型節(jié)制閘閘基為中粉質(zhì)壤土層，壓縮模量最小值為5.27 MPa，平均值為6.95 MPa，屬中等壓縮性土，地基軟弱，層厚0.5～5.0 m，左岸薄右岸厚，其下為粉砂層，強(qiáng)度較高。地基承載力推薦值為80.0kPa。閘室高度為9.0 m，閘室與岸墻為分離式布置。閘室地基承載力滿足要求，岸墻處不滿足要求。

受施工條件限制，經(jīng)綜合分析，采取的工程措施如下：岸墻地基未處理，墻后采用樁基處理和換土，基礎(chǔ)上、下游側(cè)和后側(cè)布設(shè)水泥攪拌樁圍封墻，并配合放緩施工速度和加強(qiáng)沉降觀測等綜合控制措施。該閘于2012年8月開始蓄水。根據(jù)2013年8月觀測資料，該閘最大沉降量和沉降差分別為36.3 mm和22.7 mm，均滿足規(guī)范規(guī)定，止水有效，說明工程施工方案和工程措施效果較好。

另外，淮北市侯王閘、宿州市蘄縣閘等均采用分離式布置，閘基地質(zhì)條件好，垂直止水處一次性澆筑，未設(shè)置二期混凝土。目前岸墻與閘室間最大沉降差均較小，止水完好，工程運(yùn)行正常。

四、結(jié) 論

岸墻與閘室分離式布置適用各種地基的大中型水閘，確保止水有效的關(guān)鍵控制措施簡單實(shí)用、效果好。