小型水工建筑設(shè)計和施工特點分析

徐祥東

(江西省樂平市水務(wù)局，江西 樂平333300)

0 引 言

近年來，隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，進一步推動了各行各業(yè)的發(fā)展，作為國家重要基礎(chǔ)設(shè)施之一的水利工程也隨之獲得了長足發(fā)展，大、中、小型的水利工程項目日益增多。水工建筑歸屬于建筑結(jié)構(gòu)的范疇，其不但有著十分悠久的歷史，而且還具有非常重要的作用，常見的水工建筑有水庫、水閘、船閘、碼頭、大壩等等。

想要確保水工建筑的作用能夠得以充分發(fā)揮，除了要保證設(shè)計科學(xué)合理之外，還要保證施工質(zhì)量，這既是前提也是基礎(chǔ)。借此，本文以小型水閘為依托，對其設(shè)計與施工進行論述。

1 水閘的作用

在水工建筑中，水閘屬于一種比較特殊的結(jié)構(gòu)，具體是由上、下游連接段和閘室等幾個部分構(gòu)成，它的主要作用是擋水和泄水，其中上游連接段能夠?qū)⑺苯右氲介l室當(dāng)中，有效防止了水外流對河岸及河床的沖刷;閘室是整個水閘中最為重要的組成部分，其能夠?qū)λ缓退髁科鸬娇刂谱饔?，并且還具有防滲防沖作用;下游連接段主要起著減緩流速的作用，可以避免水流對下游的沖刷。

當(dāng)水閘關(guān)閉閘門擋水時，閘室需要承受來自于上下游水位差產(chǎn)生出來的水平推力，此時很容易造成閘室向下游滑動，所以在閘室進行設(shè)計時，必須確保其具有足夠的抗滑穩(wěn)定性。同時，在上下游水位差的作用下，水會從上游沿著閘基并繞過兩岸連接建筑物向下游滲透，在這一過程中會產(chǎn)生出滲透壓力，對閘基和連接建筑物的穩(wěn)定性會造成一定程度的影響，特別是一些建設(shè)在土基上的水閘，因土體本身的抗?jié)B穩(wěn)定性較差，所以極有可能引起滲透變形，由此一來會給工程安全帶來威脅。鑒于此，在對水閘進行設(shè)計時必須充分考慮各種影響因素。

2 水閘的設(shè)計方法

水閘的設(shè)計是一項較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，其中選址、消能防沖和閘室安全設(shè)計是比較重要的幾個環(huán)節(jié)，下面就此展開詳細論述。

2.1 水閘選址

在水閘設(shè)計過程中，其位置的確定是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，若是選址不當(dāng)，不但有可能引起工程事故，而且還會給后續(xù)施工建設(shè)造成影響。所以，必須水閘予以足夠的重視。在具體選址時，必須遵循安全、穩(wěn)定這一基本原則，借此來確保水閘的使用能夠達到相關(guān)規(guī)定要求。同時，還應(yīng)對水閘的地質(zhì)條件予以充分考慮，除了要保證所選的地基具備足夠的承載力之外，還要具有良好抗?jié)B性，如果無法找到符合地質(zhì)要求的天然地基，則可通過一些技術(shù)措施，使其達到要求［1］。

2.2 消能防沖設(shè)計

這是水閘設(shè)計過程中的重中之重，也是水閘作用得以發(fā)揮的前提和基礎(chǔ)，在具體設(shè)計時，應(yīng)以護坦、海漫及防沖墻的設(shè)計作為重點。

2.2.1 護坦設(shè)計

可以按照以下條件合理確定消力池的形式:水閘實際流量、上下游水位差、河床地質(zhì)等等，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)給出的計算方法，對消力池的長度、深度和底板厚度進行計算。由于消力池在運行時需要承受來自于高速水流的沖擊和脈動壓力，所以要求消力池本身必須具備足夠的穩(wěn)定性、強度及抗沖擊能力，同時還要滿足抗浮的穩(wěn)定性要求。

2.2.2 海漫設(shè)計

消力池雖然能夠?qū)⒔^大部分的水能量抵消，但是由于受各方面因素的影響，使得流出消力池的水流底部流速較大，而且流速分布也很難及時恢復(fù)至正常狀態(tài)，這樣一來便會對產(chǎn)生較強的沖刷，因此，對于護坦以下的河床，均應(yīng)當(dāng)設(shè)置海漫護底，借此來防止沖刷對河床的影響。在對海漫進行設(shè)計的過程中，水流擴散及單寬流量的控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，按照消力池末端單寬流量及河床土質(zhì)情況，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中給出的計算公式，便可對海漫長度進行合理確定。通常情況下，若是下游河床局部沖刷較小，可以考慮考慮采用水平海漫，如果沖刷較大，則應(yīng)當(dāng)采用傾斜海漫，或是前平后傾設(shè)計。

2.2.3 防沖墻設(shè)計

相關(guān)研究結(jié)果表明，流經(jīng)海漫末端的水流仍然具備一定的沖刷能力，這會對海漫結(jié)構(gòu)的安全性帶來威脅。為了解決這一問題，可在海漫末端設(shè)置防沖墻。在沒有特殊要求的前提下，防沖墻可以采用重力式擋土墻，設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)確保強頂與海漫的頂面齊平;防沖墻的深度可按照水閘設(shè)計規(guī)范中給出的公式進行計算。

2.3 閘室安全性計算

由上文分析可知，閘室的安全性和穩(wěn)定性對于整個水閘功能的發(fā)揮具有至關(guān)重要的作用，所以在對水閘進行設(shè)計時，需要對閘室進行相關(guān)計算，以此來確保其安全。通過對大量相關(guān)工程實踐進行分析可知，為了保證閘室的安全性，需要對如下內(nèi)容進行計算:負載組合、抗滑穩(wěn)定性、基底應(yīng)力等。

3 水閘施工技術(shù)要點

水閘施工比較復(fù)雜，由于其中涉及的內(nèi)容較多，一旦某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能會對施工質(zhì)量造成影響，為此，在實際施工過程中，必須了解并掌握水閘的施工技術(shù)要點。

3.1 閘室施工技術(shù)要點

1)對于混凝土水閘而言，其通常都是有溫度縫或是沉降縫將閘室分為若干個結(jié)構(gòu)塊，在施工過程中，應(yīng)當(dāng)對這些永久性接縫分塊加以充分利用，若是分縫的間距過大，或是澆筑能力不足時，則應(yīng)當(dāng)將澆筑塊劃分的小一些，并設(shè)置相應(yīng)的施工縫，澆筑塊實際劃分的大小可以根據(jù)施工條件進行確定。

2)在對施工澆筑塊進行合理劃分之后，便可進行混凝土澆筑，在這一過程中，應(yīng)當(dāng)對澆筑順序進行合理確定，這不但有助于提高澆筑質(zhì)量，而且還能加快施工進度。安排澆筑順序時，應(yīng)當(dāng)遵循以下原則:先深后淺、先重后輕、先主后次、穿插進行。

3.2 閘底板施工技術(shù)要點

3.2.1 整體式底板

當(dāng)水閘基礎(chǔ)處理完畢之后，可先在基礎(chǔ)面層上鋪設(shè)一層素混凝土墊層，其厚度可控制在cm 左右，該墊層的主要作用是保護水閘基礎(chǔ)土體不受擾動;隨后便可對基礎(chǔ)面層進行找平施工，為后續(xù)的立模及鋼筋布設(shè)打好基礎(chǔ)。

3.2.2 反拱底板

為了最大程度地節(jié)省鋼材的使用量，并是混凝土的抗壓性能得到有效發(fā)揮，一些水閘在施工中采用了反拱底板。

這種結(jié)構(gòu)一般都是先澆筑閘墩部分，然后再對反拱底板進行澆筑。在具體施工的過程中，需要先挖好基坑，并做好排水措施，同時還要對基坑土體進行夯實處理，隨后便可按照工程設(shè)計要求進行放樣開挖，當(dāng)反拱土模挖好之后，需要在土模上鋪設(shè)一層厚度1cm 左右的砂漿，上述工作全部完成之后，便可進行混凝土澆筑。

3.3 閘墩施工技術(shù)要點

3.3.1 前期準(zhǔn)備

在進行立模之前，應(yīng)當(dāng)先在已經(jīng)澆筑好的底板上準(zhǔn)確確定出閘孔中心線和閘墩邊線以及與邊線平行的控制線，并沿著閘墩邊線每隔一定的距離對高程進行測定，以此作為立模和檢查校驗的依據(jù);在已經(jīng)完成的模板上，確定出工作門和檢修門槽的位置線，并對閘墩模板進行編號后運至現(xiàn)場備用。

3.3.2 立模

在該環(huán)節(jié)的施工中，應(yīng)當(dāng)確保閘墩兩側(cè)的模板對應(yīng)進行，并先立平直模板、后立圓頭模板，同時要保證底層模板上口水平;可在閘墩兩側(cè)的模板上每間隔1 m左右對稱鉆圓孔，再將預(yù)制混凝土管撐頭放入圓孔當(dāng)中，并穿入對銷螺栓，需要特別注意的是，撐頭的長度應(yīng)當(dāng)與閘墩的厚度相一致，這樣不但能夠?qū)﹂l墩的厚度起到一定的控制作用，而且還能有效防止模板向內(nèi)傾斜現(xiàn)象的發(fā)生。對銷螺栓能夠承載混凝土的側(cè)向壓力，將之與平撐進行連接，還能進一步增強撐木的剛度，當(dāng)混凝土澆筑完畢之后，可將螺栓從管中拉出，以便下次使用。

3.3.3 澆筑混凝土

立模完畢之后，便可開始進行清倉，使用壓力水對模板內(nèi)側(cè)和閘墩底面進行沖洗，污水可從底層模板上預(yù)留的孔中被排出，當(dāng)清倉工作完畢后，應(yīng)當(dāng)將小孔堵塞密封，隨后便可進行混凝土澆筑。在施工過程中，需要對混凝土的上升速度進行控制，防止過大的增加流態(tài)混凝土對底板產(chǎn)生測向壓力。如果是開敞式水閘的閘墩，則可以采用滑膜技術(shù)進行施工。

3.4 止水施工技術(shù)要點

通常情況下，水閘沉陷縫的寬度約為2 ～3 cm左右，為有效避免滲水的情況發(fā)生，應(yīng)當(dāng)在縫間填入填料，并進行止水處理。填料可以使用瀝青杉木板，而止水材料則可以選用鋁片、紫銅片、橡皮、塑料止水片等等。

其中塑料止水片的止水性能較好，并且具備較高的抗拉強度，能夠承受20 m手頭的靜水壓強，同時還具備良好的彈性、韌性及抗腐蝕性，便于保存和運輸，價格低廉，在工程無特殊要求的前提下，可將塑料止水片作為首選止水材料。對于止水要求相對比較嚴(yán)格的工程，可采取止水片與瀝青井結(jié)合的方式，并將止水片安裝在瀝青井處。

3.5 閘室上部結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)要點

在水閘工程中，上部結(jié)構(gòu)通常是指三橋，有些工程中還包含胸墻，其工程量約占閘室混凝土施工的6% ～9%，但由于結(jié)構(gòu)本身比較復(fù)雜，所以對施工技術(shù)的要求相對較高。在具體施工時，可以采用預(yù)制吊裝的施工方法，為便于吊裝。在對上部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，宜采用輕巧薄的形式，如預(yù)應(yīng)力鋼混結(jié)構(gòu)等等。

4 結(jié) 論

綜上所述，水閘作為小型水工建筑的一種，其在水利工程中的應(yīng)用非常廣泛。為了能夠是水閘的功能作用得以充分發(fā)揮，除了要保證設(shè)計科學(xué)、合理之外，還應(yīng)當(dāng)在施工過程中，采取可行的技術(shù)措施確保水閘的施工質(zhì)量。在未來一段時期，應(yīng)當(dāng)重點加大對水閘等小型水工建筑設(shè)計與施工的研究力度，進一步完善設(shè)計方法和施工技術(shù)，這對于促進我國水利事業(yè)的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義。

［1］李唐友. 小型水工建筑設(shè)計與施工特點研究［J］. 科協(xié)論壇:下半月，2013(12):12 －14.