水利工程中泵站水閘洪澇排水與止水問題分析

鄒連鑫

(本溪市水務(wù)事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 本溪 117000)

在現(xiàn)代水利工程中，水閘的應(yīng)用范圍十分廣泛。大量數(shù)據(jù)研究表明，我國大部分的水利工程泵站水閘修建在河床上，由于河床本身的壓縮性較大，承載力較低，因此在結(jié)構(gòu)上易出現(xiàn)閘室傾斜或止水破壞等故障。而當泵站水閘面臨洪澇問題時，雖然水流整體的流速不高，但具有較大的沖擊力，導(dǎo)致河床容易被水流沖刷，可能導(dǎo)致水閘沉降、斷裂等問題，對水閘本身和周圍建筑物產(chǎn)生嚴重影響[1]。在水閘工程中，排水設(shè)施和止水設(shè)施不同程度地影響著水閘的實際應(yīng)用效果，因此加強對水閘排水和止水問題的研究，具有非常重要的實際意義。本文深入分析泵站水閘洪澇排水與止水問題，針對泵站水閘排水設(shè)施的結(jié)構(gòu)和易出現(xiàn)的排水問題作出詳細的總結(jié)，分析泵站水閘洪澇止水伸縮縫滲漏問題及產(chǎn)生原因，并提出預(yù)防措施，對于加強泵站水閘的穩(wěn)定性、確保發(fā)揮工程效益具有重要意義。

1 泵站水閘洪澇排水問題

從結(jié)構(gòu)上看，泵站水閘大致分為上游連接段、閘室以及下游連接段等三部。其中上游連接段由鋪蓋、護底、護坡及翼墻等建筑組成，下游連接段由護坦、海漫、防沖槽和翼墻等消力建筑組成，閘室是水閘的核心部分，是泵站水閘調(diào)節(jié)水流和擋水的關(guān)鍵，一般由底板、室墩、室門、胸墻、橋等部分構(gòu)成[2-3]。

大量數(shù)據(jù)分析表明，泵站水閘洪澇排水問題多發(fā)生在防沖槽、閘基防滲面層、消力池底板排水孔和翼墻排水孔等部位，因此本文對此四個部位的結(jié)構(gòu)、功能和常出現(xiàn)的問題和原因進行深入分析。

1.1 防沖槽問題

海漫是防止下游河床被沖刷的設(shè)施。當水流經(jīng)過海漫時，海漫通過物理阻攔消除水流一定的動能，但在海漫的末端，其水流仍具有較強的沖刷能力，易使河床受到破壞，不利于工程的穩(wěn)定，因此常在水漫末端設(shè)置防沖槽加強海漫的抗沖擊能力，其基本原理是通過足夠的石塊填補因水流沖刷造成的河床沖坑的側(cè)表面，保護海漫不被沖刷。根據(jù)防沖槽的結(jié)構(gòu)特征，可以分為拋石型防沖槽和齒墻型防沖槽兩種，其中應(yīng)用最為廣泛的是拋石防沖槽，其設(shè)置方式是在海漫的末端處挖出槽位，并預(yù)留足夠的石塊，當水流沖刷力較大并在河床上留下沖坑時，預(yù)留在防沖槽內(nèi)的拋石沿著水流沖刷方向滾下，最終附著在河床沖坑的上游斜坡上，能夠有效防止沖坑的進一步擴大和向上游發(fā)展，從而保護海漫的安全。但有些單位為減少建設(shè)成本，采用砌石設(shè)計的防沖槽，其在結(jié)構(gòu)上不具備牢固的物理性能，面對較大的水流沖擊時，不能有效保護河床，影響泵站水閘的洪澇排水效果，給工程的施工帶來不便。

1.2 閘基防滲面層排水問題

由于水閘上游和下游水位存在較大落差，上游水從河床滲入泵站水閘，經(jīng)過水閘上游連接段的防滲鋪蓋、護底等設(shè)施，最后由排水孔從下游連接段滲出[4]。為保證水閘對水流的控制效果，通常采用高防底排的地下輪廓線布局原則，即在高水位一側(cè)安置防滲設(shè)施，減小上游水流作用在水閘底板上的滲透壓力，而在低水位一側(cè)設(shè)置排滲設(shè)施，即加快滲水的排出速度[5]。

一般情況下，泵站水閘采用平鋪式排水，即在水閘底板和護坦的下方平鋪滲水性較好的材料，如粗砂、卵石等，形成一定的排水體，通過這些材料聯(lián)通滲流，不僅能夠降低水閘閘底的滲透壓力，還能消除水閘后方建筑物的滲透壓力。但由于有些水閘只在消力池底板處設(shè)置防水體，在水平整流段和陡坡段缺少平鋪式防水體的設(shè)計，增加了水閘閘底的滲水壓力，不利于水閘的穩(wěn)定性。

1.3 消力池底板排水孔問題

消力池能夠削弱水流的沖刷力，對河床和岸坡起到保護作用。消力池的底板需承受較大的水流沖擊力和壓力，因此通常采用密度較大、強度較大且抗沖耐磨的材料。為降低消力池底板受到的水流滲透壓力，常在水平護坦的后側(cè)安排垂直呈梅花形布置的排水孔，并在消力池底板排水孔鋪設(shè)反濾層，以有效降低消力池底板受到的壓力，延長底板的使用壽命，減少意外情況發(fā)生。但是有些水閘設(shè)計不夠?qū)I(yè)，為最大程度地減少消力池底板的滲透壓力，在水平護坦開始位置到尾部位置均設(shè)置排水孔，但由于水流進入陡坡地段時，在重力勢能的作用下，具有較大的動能，使水流的流速加快，在急速水流的壓力下排水孔內(nèi)部的細粒結(jié)構(gòu)可能被吸出，長期運行后，消力池的底板將被徹底破壞，使水閘失去對水流的控制能力，造成嚴重的危害[6]。

1.4 翼墻排水孔問題

泵站水閘投入使用時，除會發(fā)生正常的閘基滲流外，還會發(fā)生一定程度側(cè)向滲流。所謂側(cè)向滲流是指，滲水在力的作用下從上游連接段繞過翼墻等建筑物直接到達下游連接段的滲流方式。這種側(cè)向滲流通常情況下會使水閘底板承受的滲透壓力超過預(yù)想值，導(dǎo)致滲流出口長期承受較大的滲流壓力，發(fā)生嚴重變形。因此為減少側(cè)向滲流造成的危害，常在下游翼墻處設(shè)置多個翼墻排水孔，并且在擋土墻的另一側(cè)孔口處設(shè)反濾層，使?jié)B水正常流入下游，減少側(cè)向滲流的發(fā)生。但某些水閘設(shè)計不夠?qū)I(yè)，只在翼墻進口側(cè)設(shè)置排水孔，不僅徒勞無功，甚至起到反面效果，不但不能解決側(cè)向滲流問題，反而降低翼墻的物理性能，降低翼墻的防滲、抗沖能力，使上游水流直接滲入翼墻后方，減少滲水的滲流路徑，增加滲流壓力，使翼墻發(fā)揮不了作用[7]。

2 泵站水閘洪澇止水問題

在泵站水閘的整體設(shè)計中，其洪澇止水問題能否得到解決顯得尤為重要，因為水閘洪澇止水的情況直接影響著工程的整體安全性與壽命時長，止水更是一座水閘的靈魂，不同的止水設(shè)施及結(jié)構(gòu)關(guān)系到閘室、岸墻的穩(wěn)定，因此能否完美地解決該問題始終是該領(lǐng)域的相關(guān)工作者與專家關(guān)注的焦點之一，本文對泵站水閘洪澇止水伸縮縫滲透問題進行探究，分析具體原因以及相應(yīng)的預(yù)防措施[8-9]。

2.1 泵站水閘洪澇止水伸縮縫滲漏問題及產(chǎn)生原因

我國水利工程大數(shù)據(jù)顯示，泵站水閘洪澇止水問題往往出現(xiàn)在伸縮縫中，一般而言，我國水閘洪澇止水的設(shè)計與應(yīng)用往往都有嚴格的要求與標準規(guī)范，但受到多種因素(如設(shè)計理念、施工環(huán)境與材料等)的影響，少數(shù)水閘洪澇止水的伸縮縫往往會出現(xiàn)不符合標準的情況，這與整體設(shè)計和施工過程中幾種常見的問題有著密切的聯(lián)系，其中與施工過程中出現(xiàn)的問題聯(lián)系更為密切[10]。

為了實現(xiàn)水閘洪澇止水的目的，需要在伸縮縫中設(shè)置止水片。而設(shè)置止水片需要人工作業(yè)，就會出現(xiàn)止水片上的水泥渣、油漬等污染物沒有徹底清理干凈就進行混凝土澆筑的情況，出現(xiàn)這種情況往往會使止水片與混凝土的結(jié)合度不能達到要求標準，使得彼此之間不能很好地融合產(chǎn)生縫隙，進而出現(xiàn)滲漏的情況。此外，由于工藝要求與生產(chǎn)技術(shù)不同，部分止水片也會存在自身不合格的問題，如部分止水片自身就存在砂眼、接縫不可靠等情況，該類止水片的使用只會使洪澇止水伸縮縫問題變得更加嚴重。從上述問題可知，伸縮縫的問題主要出現(xiàn)在混凝土與止水片之間，因此，除上述兩種情況外，止水片處與混凝土澆筑不嚴密，或澆筑雖較為密實，而混凝土泌水收縮，形成微間隙，也會出現(xiàn)滲漏問題。

2.2 泵站水閘洪澇止水伸縮縫滲漏的預(yù)防措施

針對上述止水伸縮縫滲透問題，本文從問題產(chǎn)生的原因出發(fā)，具體設(shè)計以下幾種預(yù)防措施：

a.針對止水片上存在污染物的問題。在泵站水閘洪澇止水施工過程中，模板上的脫模劑可能會產(chǎn)生油漬并依附于止水片上，所以在該過程中板上脫模的流程工序可以安排在模板安裝之前并且保持一定的施工間距，避免在施工過程中板和模板發(fā)生接觸摩擦。

澆筑混凝土的過程中可能會出現(xiàn)混凝土掉落在止水片上產(chǎn)生水泥渣的情況，針對該類情況，需要人工作業(yè)的多次處理，在初次清除的基礎(chǔ)上還需要進行定時的檢查清除，直到混凝土澆筑完畢；此外，除了水泥渣外，如果遇到其他雜物或者污染物，也需要及時地進行處理，保證止水片與混凝土的完美結(jié)合。

b.針對止水片自身不合格問題。止水片在生產(chǎn)時可能存在砂眼、釘孔以及接縫不嚴密等問題，這些細小缺陷都可能造成水閘的重大安全隱患。因此相關(guān)采購部門在采購止水片材料時，對材料的質(zhì)量需要進行嚴格的篩查，不但要對止水片材料的品種、規(guī)格與性能進行分析與比較，還需要對其外觀進行仔細檢查，以防出現(xiàn)砂眼或接縫松散不可靠的情況，若出現(xiàn)材料不合格的情況，需要及時更換。

施工人員對止水片進行安裝時，出于高效或者便捷等目的，可能會用鐵釘將止水片釘在模板上，這樣往往會在止水片上出現(xiàn)釘孔，因此這種方法要避免使用。正確的固定止水片的方法為模板嵌固法，若條件允許，也可采用同材焊固法，為提升焊縫的可靠度，也可以采用鉚接和焊固法結(jié)合的連接方式，在安裝重要位置的止水片時，可以采用熱壓黏結(jié)接頭的連接方法，在止水片安裝完成后，還要對所有焊縫進行一系列檢查和測試，保證焊縫的質(zhì)量，待無異常問題后，才能投入到實際應(yīng)用中。

c.針對止水片處混凝土澆筑不密實的問題。該類問題的解決主要取決于振搗人員的個人態(tài)度與工作修養(yǎng)，振搗人員不但要有較強的責任心，還要有熟練的操作技能，以及豐富的實踐經(jīng)驗，在進行混凝土振搗時不僅要沉穩(wěn)，還要控制振搗的頻率，即不能過快也不能過慢，保證振搗器處于穩(wěn)定速度，且在振搗過程中，振搗器不能接觸到止水片，如此才可完成該項工作并解決該類問題。

d.針對混凝土的泌水收縮問題。主要的預(yù)防措施是對原材料嚴格把關(guān)，選擇合適的水泥和骨料。由于礦渣水泥的保水性較差、收縮性大，易造成混凝土的大程度的泌水收縮，因此應(yīng)避免選擇礦渣水泥，而采用硅鹽酸水泥等保水效果好、泌水性較強的水泥。除此之外，還要降低混凝土的坍落度，坍落度盡量控制在5～7cm，而對于坍落度較大的泵送混凝土應(yīng)避免采用，盡量避免沉降差問題。

3 結(jié) 語

水利工程中泵站水閘洪澇排水與止水處理，關(guān)系到工程安全和周圍人民的生產(chǎn)生活，因此應(yīng)重視泵站水閘的設(shè)計和建設(shè)。在施工過程中，必須確保原材料的質(zhì)量，保證施工質(zhì)量，加強對工作人員的管理，確保泵站水閘建設(shè)質(zhì)量，發(fā)揮應(yīng)有的作用。