防滲排水設(shè)計(jì)在水閘設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

劉培 李志忠 劉廣東 孔慶陽

【摘要】水利工程建設(shè)中，水閘起到調(diào)整水位和控制水量的作用。水閘閘基在滲透水流作用下，容易產(chǎn)生滲透變形，特別是粉細(xì)砂地基，在閘后易出現(xiàn)翻砂冒水現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)閘基和兩岸會(huì)被掏空，在地震時(shí)細(xì)砂容易液化。上述情況容易引起水閘沉降、傾斜、斷裂甚至坍塌。因此做好水閘防滲排水設(shè)計(jì)對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展有重要意義。

【關(guān)鍵詞】水利水電工程；水閘施工；施工管理

水閘在水利工程與航運(yùn)中發(fā)揮著重要作用，水閘施工質(zhì)量對(duì)水利工程后期使用過程中水流的控制效果與排放效果具有直接影響。所以，在設(shè)計(jì)水閘過程中，必須注意利用先進(jìn)的科學(xué)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高水閘質(zhì)量。

1、水閘的功能及特點(diǎn)

1.1水閘的功能概述

水閘是一種低水頭水工建筑物，它利用閘門擋水和泄水，多建于河道、渠系及水庫、湖泊岸邊。關(guān)閉閘門，可以攔洪、擋潮、抬高水位以滿足灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、水產(chǎn)、環(huán)保、工業(yè)和生活用水等需要，開啟閘門，可以分洪、泄洪、排澇、沖沙、灌溉或者根據(jù)下游用水需要調(diào)節(jié)流量。水閘一般由閘室、上游連接段和下游連接段三部分組成。閘室是水閘的主體控制部門，它包括：閘門、閘墩、邊墩、翼墻、工作橋、交通橋、啟閉機(jī)等。

1.2水閘的特點(diǎn)分析

閘址和閘檻高程的選擇根據(jù)水閘所負(fù)擔(dān)的任務(wù)和運(yùn)用要求，綜合考慮地形、地質(zhì)、水流、泥沙、施工、管理和其他方面等因素，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定。閘址一般設(shè)于水流平順、河床及岸坡穩(wěn)定、地基堅(jiān)硬密實(shí)、抗?jié)B穩(wěn)定性好、場(chǎng)地開闊的河段。水閘絕大部分都建在土基上，與建在巖基上的沿岸泄洪道相比，平原水閘有如下三個(gè)特點(diǎn)：（1）土基承載能力較低、壓縮性較強(qiáng)，因此，易產(chǎn)生較大的沉降或沉降差，進(jìn)而導(dǎo)致閘室傾斜、止水破壞，閘門底板斷裂，甚至引起水閘失事等事故發(fā)生。（2）當(dāng)水閘泄洪時(shí)，雖然水流流速不高，但仍具有一定剩余能量，此時(shí)水流對(duì)土基產(chǎn)生沖擊作用易導(dǎo)致其被破壞，同時(shí)水閘下游水位處于動(dòng)態(tài)變化狀態(tài)，因此設(shè)計(jì)工作必須要保障防沖設(shè)施在任何條件下都能滿足使用要求。（3）土基在滲透水流作用下，易產(chǎn)生滲透變形，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致水閘斷裂甚至倒塌?；谝陨线@些特點(diǎn)，在水閘設(shè)計(jì)中需要解決好以下問題：1）詳細(xì)考察實(shí)際地質(zhì)情況，閘址選擇要合理、科學(xué)。2）根據(jù)地基條件設(shè)計(jì)與之相適應(yīng)的閘室結(jié)構(gòu)，以確保二者的穩(wěn)定性。3）做好防滲設(shè)計(jì)工作，重點(diǎn)關(guān)注上游兩岸、以及連接建筑物部分。4）做好高質(zhì)量消能放沖設(shè)計(jì)，減少危害性沖刷及破壞。

2、有效防止水閘滲漏的方法或措施

2.1科學(xué)設(shè)計(jì)排水孔的位置與尺寸

為減少護(hù)坦位置滲透壓，要在水平護(hù)坦處設(shè)計(jì)一些垂直的排水孔，并在排水孔下方鋪設(shè)反濾層。在水平護(hù)坦附近，部分水閘消力池下方排水孔一直設(shè)置到尾部，這種方法存在一定缺陷。因?yàn)樗l里出來的水流，在經(jīng)過平穩(wěn)的整流以后

要從陡坡流至消力池底板，并在相交位置產(chǎn)生收縮水深急流。此處位置不僅流速快、動(dòng)能也非常高，若在該位置布置排水孔，基部壓力就會(huì)作用于排水孔的細(xì)粒結(jié)構(gòu)，一些細(xì)粒結(jié)構(gòu)會(huì)被孔吸住，長(zhǎng)時(shí)間下去，底板處極有可能被掏空，因此，設(shè)計(jì)消力池后部時(shí)要設(shè)計(jì)一些垂直型的排水孔，這樣能夠使池底板滲壓降低。

2.2提升閘基排水性能，做好閘基排水工作

水閘的重要功效是有效控制水流排放，要獲得良好的水流排放效果，必須關(guān)注消力池下部排水、閘基排水和翼墻排水問題，這就需要提升閘基排水性能。由于上游和下游水存在水位差，上游水會(huì)在河床位置深入，進(jìn)防滲鋪蓋、反濾層等，自排水孔到達(dá)下游，地基接觸面積隔水鋪蓋都會(huì)變成地下輪廓線，設(shè)計(jì)地下輪廓線的原則是高防低排。高防低排是在高水位的位置設(shè)計(jì)淺齒墻和板樁，擴(kuò)大底板上游滲透面積，使底板所受壓力降低，在低水位側(cè)設(shè)計(jì)排滲管，使地基滲水盡快排除。土基上水閘通常運(yùn)用平鋪型排水，平鋪型排水是運(yùn)用具有良好透水功能的粗砂、亂石或礫石等保護(hù)閘底，上游和下游間通過此處流通，進(jìn)而減少閘底滲透壓。正常情況下，可以不專門設(shè)計(jì)排水體，只有將濾層中較大粗粒濾除就可以。一些水閘工程建設(shè)時(shí)，底板后水平整流段沒有設(shè)計(jì)平鋪型的排水體或沒有反濾層，這種設(shè)計(jì)方式會(huì)增加閘底板和陡坡段滲透壓，給水閘安全和穩(wěn)定帶來嚴(yán)重影響。所以，在全面考慮水閘排水功能情況下，均需要將排水體布置在閘室后側(cè)的整流段位置，閘基滲透壓在處于排水體初始階段時(shí)應(yīng)該為零。

2.3合理設(shè)計(jì)水閘建設(shè)位置

規(guī)劃水閘建設(shè)工作過程中，水閘選址工作非常重要。選擇水閘建設(shè)地址前要認(rèn)真分析已經(jīng)建成的水閘工程的失事情況，分析水閘失事的原因，常見的原因主要是建設(shè)地址地質(zhì)條件較差，或是地質(zhì)條件雖經(jīng)過處理，但處理效果不是非常好，一些水閘地質(zhì)是人工地基，致使水閘滲透破壞。選擇水閘地質(zhì)是要滿足水閘安全穩(wěn)定、可以保持穩(wěn)定的水流，且方便水閘管理。盡量根據(jù)水文條件和水閘地質(zhì)條件選擇地質(zhì)條件較好的天然地基，如果是巖石地基或承載力較大的土質(zhì)地基最好，若天然地基地質(zhì)條件較差，必須運(yùn)用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行處理。

2.4有效處理水閘地基

處理水閘地基的方法有很多，目前，我國(guó)的水利工程在增強(qiáng)水閘地基承載力方面常用的方法有樁基法、墊層法。木樁加固法是樁基法里運(yùn)用最多的一種，該方法因?yàn)槟緲对O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、方便施工，又不容易受外界環(huán)境影響而在水利工程中廣泛使用。它是把閘底板和木樁的樁頭澆注到一起，產(chǎn)生較深的樁基礎(chǔ)。墊層法也叫做置換法，它的加固原理簡(jiǎn)單、施工方便，也能夠較好的確保施工質(zhì)量，但只適用于處理淺層地基。

3、結(jié)語

水閘作為水利工程中的重點(diǎn)建筑物，其防滲排水設(shè)計(jì)應(yīng)該得到足夠的重視。提升水閘防滲防水技術(shù)水平，提高施工人員的專業(yè)素質(zhì)是非常有必要的，這樣能夠有效的提高整個(gè)水利工程質(zhì)量。當(dāng)然，提升我國(guó)水利工程整體水平的任務(wù)艱巨而光榮，任重而道遠(yuǎn)。這需要每一個(gè)工程人為之不懈努力，不斷提高技術(shù)水平，爭(zhēng)優(yōu)創(chuàng)優(yōu)，爭(zhēng)先領(lǐng)先。每一位工程人以魯班之匠心投入到工程事業(yè)中來，造福社會(huì)，造福人民，為和諧社會(huì)建設(shè)增光添彩。

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