樹新水閘工程設(shè)計和施工要點(diǎn)

李保軒

(廣東中灝勘察設(shè)計咨詢有限公司，廣東 肇慶 526000)

0 引言

水利工程能夠?qū)崿F(xiàn)水資源的開發(fā)利用，使得其能夠更好地為社會發(fā)展服務(wù)，在對水利工程進(jìn)行建設(shè)過程中，水閘是一個非常重要的組成部分，其設(shè)計施工質(zhì)量會對水利工程的整體質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，明確水利工程中水閘工程的設(shè)計施工要點(diǎn)，做好相應(yīng)的方案設(shè)計和施工管理，對水閘質(zhì)量的改善非常重要。

1 工程概況

樹新水閘位于普寧市軍埠鎮(zhèn)樹新村,所在河流為練江的二級支流、金溪水的一級支流陳店截流。現(xiàn)狀水閘建于1972年，是一宗以蓄水灌溉為主要功能的中型水閘，擔(dān)負(fù)著普寧市軍埠鎮(zhèn)汕柄村、大隴村、樹腳村、新溪西、湖西村、溝湖村、坷圍村和文光村1.33×103hm2耕地以及3.60萬人口的生活及工農(nóng)業(yè)用水任務(wù)。

樹新水閘工程建成至今已運(yùn)行三十多年，工程總體運(yùn)行情況較好，未出現(xiàn)大的工程事故，也沒有進(jìn)行過維修和加固。由于建設(shè)時期受到技術(shù)設(shè)備、建筑材料、資金等諸多條件的限制，工程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、施工質(zhì)量和設(shè)施配套都難以滿足現(xiàn)有規(guī)程規(guī)范要求，遺留問題較多，存在一定的安全隱患。樹新水閘目前處于不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行狀態(tài)，水閘過流能力不足，在臺風(fēng)、暴雨、山洪的共同作用下極易對水閘自身結(jié)構(gòu)、保護(hù)范圍內(nèi)的農(nóng)田及居民生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。

2 氣象水文分析

水利工程所處流域?qū)倌蟻啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤氣候，多年平均氣溫21.50℃，多年平均降雨量2 091.60 mm，多年平均風(fēng)速為1.90 m/s，多年平均最大風(fēng)速14.30 m/s，夏季多吹偏東風(fēng)，冬季多吹偏北風(fēng)。歷年最大風(fēng)速28.70 m/s，風(fēng)向為NE。多年水面平均蒸發(fā)量為1 473.70 mm，多年平均相對濕度為82%。項目區(qū)內(nèi)沒有水文站，練江流域內(nèi)設(shè)有國家降雨觀測站4個，縣級氣象站2個。練江流域無流量觀測資料，徑流計算采用《廣東省水文圖集》的年徑流深等值線圖成果。

3 水閘工程設(shè)計要點(diǎn)

3.1 做好工程選址

此工程為水閘重建工程，閘址選擇主要考慮原址重建和異地重建兩種方案。通過比選，本次設(shè)計采用原閘址附近重建的方案，新閘址選定在現(xiàn)有閘址上游側(cè)約25 m處。

3.2 重視基礎(chǔ)處理

閘址區(qū)地面以下20 m深度內(nèi)分布的②-3、②-5粗砂在區(qū)域峰值地震動作用下會發(fā)生液化，場地屬于對抗震不利地段。閘室地基的粗砂層為強(qiáng)透水性，存在閘基滲漏問題，應(yīng)進(jìn)行防滲處理。結(jié)合本工程實(shí)際情況，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選確定采用直徑800 mm，有效厚度624 mm的高壓旋噴防滲墻對水閘地基進(jìn)行防滲處理，同時兼顧液化土的圍封。

閘室基層表層土以②-2粉質(zhì)黏土為主，局部分布有②-1淤泥，閘室基底以下分布有較厚粗砂層。因地基土橫向分布不均，粉質(zhì)黏土層為可塑狀態(tài)，閘室縱向基底必然存在一定的沉降不均，為了防止閘室發(fā)生不均勻沉降；同時消除局部分布的淤泥質(zhì)土層帶來的潛在風(fēng)險，本次設(shè)計采用φ600水泥土攪拌樁對地基土進(jìn)行加固處理。

3.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計

從保障水閘穩(wěn)定可靠運(yùn)行的角度，在對其進(jìn)行更新過程中，需要對水閘結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，充分考慮當(dāng)?shù)氐臍庀笏臈l件，確保水閘主體的結(jié)構(gòu)形式能夠很好地滿足區(qū)域地勢結(jié)構(gòu)、水流特征及水利工程的功能性需求，同時也應(yīng)該考慮水閘的負(fù)載情況，保證閘室與翼墻連接的穩(wěn)固性，避免出現(xiàn)相對滑動的問題。在水閘建筑物設(shè)計中，應(yīng)該做好整體結(jié)構(gòu)和部分結(jié)構(gòu)的規(guī)劃與計算，最大限度地保證水閘結(jié)構(gòu)的功能性和安全性。

3.4 防滲排水設(shè)計

在開展防滲排水設(shè)計的過程中，應(yīng)對各方面的影響因素進(jìn)行綜合考慮，如：水利工程上下游的地基狀況、最高水位差等，確保滲漏設(shè)施能夠與非滲透底板中的滲透區(qū)域構(gòu)成密封不透水邊界，在保證安全的情況下，確定好地下輪廓線對應(yīng)的滲流情況，對滲透水壓和抗?jié)B水性進(jìn)行分析計算。同時，需要在滲流及出逸面上，設(shè)置相應(yīng)的反濾層、減壓井和排水溝槽，以此來確保能夠?qū)B水迅速引入下游河道，避免其對水閘基礎(chǔ)穩(wěn)定性的影響。

3.5 強(qiáng)調(diào)水利設(shè)計

在水閘設(shè)計中，還應(yīng)該結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，做好相應(yīng)的水利設(shè)計工作，將水閘本身的運(yùn)行方式及水流過閘狀態(tài)考慮在內(nèi)，合理設(shè)定閘孔凈寬度。應(yīng)該依照閘下水位指標(biāo)及水閘所處區(qū)域的地質(zhì)條件，確定消能方式，保證防沖設(shè)施尺寸的合理性。另外，部分設(shè)計人員在設(shè)計環(huán)節(jié)，可能僅僅只對水閘進(jìn)行預(yù)估，缺乏精確計算，導(dǎo)致最終結(jié)果與實(shí)際情況偏差較大，很容易引發(fā)水閘上下游河床沖淤變化的差異性，造成水位異常的現(xiàn)象。水閘設(shè)計規(guī)模越大，對于數(shù)據(jù)精度的要求越高，模型測試的重要性越強(qiáng)，必須切實(shí)保證設(shè)計計算結(jié)果的準(zhǔn)確性及合理性，這樣才能真正保證水閘設(shè)計施工的效果。

4 水閘工程施工要點(diǎn)

4.1 施工導(dǎo)流

樹新水閘在舊閘上游約25 m處重建，導(dǎo)流建筑物主要包括導(dǎo)流明渠和上下游土石圍堰?？菟谇巴瓿捎野秾?dǎo)流明渠的開挖施工，枯水期(第1年10月至第2年3月)填筑上、下游圍堰圍護(hù)閘址區(qū)域進(jìn)行施工，導(dǎo)流時段內(nèi)的上游來水通過已建好的導(dǎo)流明渠排往下游河道，導(dǎo)流施工期內(nèi)完成舊閘拆除、工程土方開挖、主體結(jié)構(gòu)混凝土澆筑施工、土方回填等主要土建工作。樹新水閘永久性主要水工建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級，臨時建筑物為5級，為保證安全度汛和施工期導(dǎo)流的要求，工程需在一個枯水期內(nèi)完成土建工程，河水通過導(dǎo)流明渠排往下游，圍堰選取當(dāng)年10月至次年3月的5年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

4.2 地基處理

在該工程中，水泥土攪拌樁的施工采用的是深層攪拌法，攪拌樁樁身固化劑采用42.5R水泥，其摻入量為20%(重量比)；添加劑采用2%的石膏和0.20%的木質(zhì)素磺酸鈣。設(shè)備就位后，啟動攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架攪拌下沉，深層攪拌機(jī)鉆進(jìn)到一定深度后，開始制備水泥漿，攪拌機(jī)下沉達(dá)到設(shè)計深度后，提升20 cm，開啟灰漿泵將水泥漿壓入土中，邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)，同時應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計確定的提升速度提升攪拌機(jī)，為使水泥漿與土(沙)體攪拌均勻，可二次將攪拌機(jī)邊旋轉(zhuǎn)沉入土中，直到設(shè)計深度后再將攪拌機(jī)提升出地面，形成一根攪拌樁。壓漿階段不允許出現(xiàn)斷漿現(xiàn)象，嚴(yán)防輸漿管堵塞，攪拌機(jī)下沉速度0.40～0.70 m/min，提升速度為0.30～0.50 m/min。

4.3 土石方施工

4.3.1 土石方開挖

一般土方開挖用2 m3反鏟挖土，裝12～15 t自卸汽車運(yùn)至需要填筑的部位(主要用于圍堰填筑)、棄渣場或臨時堆放(后期用于主體工程土方回填)，74 kW推土機(jī)配合集渣。淤泥質(zhì)土、淤泥開挖使用2m3反鏟挖土，裝12～15 t自卸汽車運(yùn)至棄渣場，74 kW推土機(jī)配合集渣。

4.3.2 土石方拆除

建筑物混凝土和漿砌石采用風(fēng)鎬、大錘拆除，拆除渣料裝12～15 t自卸汽車運(yùn)輸?shù)綏壴鼒?。啟閉機(jī)室內(nèi)老舊設(shè)備使用拆卸設(shè)備拆除，并用12～15 t自卸汽車運(yùn)走。圍堰拆除用2 m3反鏟挖裝12～15 t自卸汽車運(yùn)至需要填筑的部位(主要用于河道疏?；靥?或棄渣場，74 kW推土機(jī)配合集渣。導(dǎo)流明渠拋石護(hù)底采用挖機(jī)拆除，鋼板樁采用振動錘拔樁，拆除的塊石可重新利用。

4.3.3 土石方填筑

部分土料自土料場外購，部分利用開挖土料，用2 m3挖掘機(jī)挖土，裝12～15 t自卸汽車運(yùn)至工作面，74 kW推土機(jī)平土，YJZ16型振動碾壓實(shí)，邊角部位采用人工平土，蛙式打夯機(jī)壓實(shí)。石方施工包括拋石、干砌石和漿砌石施工，施工方法以人工為主。石料選用質(zhì)地堅硬，無裂紋，無風(fēng)化石料，最小邊長≥15 cm。砌筑砂漿配合比應(yīng)通過實(shí)驗確定，強(qiáng)度應(yīng)按M7.5設(shè)計標(biāo)號提高15%。勾縫砂漿宜用中細(xì)砂拌制，灰砂比為1∶2。砌石要求平整、穩(wěn)定、密實(shí)和錯縫，坐漿砌筑，勾平縫。

4.4 混凝土施工

水閘主體工程混凝土澆筑量巨大，考慮周邊環(huán)境因素的影響，無法在現(xiàn)場布置混凝土攪拌站。為了保證施工進(jìn)度，選擇商品混凝土進(jìn)行施工。依照常規(guī)方法進(jìn)行混凝土澆筑作業(yè)，混凝土拌和料入倉以泵送為主，入倉振搗采用B-50、φ63轉(zhuǎn)軸式振搗棒。混凝土的澆筑厚度應(yīng)滿足規(guī)范允許的范圍，并按一定的次序、方向、分層進(jìn)行，閘、泵、鋼筋混凝土底板等重要部位混凝土澆筑時應(yīng)保證一次連續(xù)澆筑完成，避免冷縫的發(fā)生。振搗過程中注意控制好振搗時間及避免構(gòu)筑物邊角處漏振，混凝土澆筑完成后應(yīng)按照規(guī)范要求及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4.5 施工效果

重建后樹新水閘P=10%設(shè)計洪峰流量為150 m3/s，水閘設(shè)計為平底板開敞式水閘，閘底高程取1.00 m，通過水閘寬度計算，確定水閘總凈寬為18 m，共,4孔，單孔凈寬4.50 m。水閘特征水位見表1。

表1 水閘特征水位表

5 結(jié)語

總而言之，水利工程建設(shè)中，水閘發(fā)揮著非常重要的作用，其施工質(zhì)量與水利工程整體質(zhì)量和運(yùn)行安全密切相關(guān)，必須得到足夠的重視。在針對水利工程水閘進(jìn)行設(shè)計和施工的過程中，應(yīng)該充分考慮氣候因素、地質(zhì)條件、水流狀況等因素的影響，保證設(shè)計方案的合理性以及施工作業(yè)的有效性，對設(shè)計施工要點(diǎn)進(jìn)行明確，切實(shí)做好管理工作，促進(jìn)水閘施工質(zhì)量的提高，推動水利工程項目的可持續(xù)健康發(fā)展。