水閘基坑設(shè)計(jì)與施工

陸李密,徐玉雪

(溫州宏源水電建設(shè)有限公司，浙江 溫州 325000)

水利水電工程是為社會(huì)群眾提供更好生活服務(wù)的民生工程，其施工原則必須是在不影響水資源和自然條件的環(huán)境下，對(duì)水文水資源進(jìn)行改造和整頓。隨著時(shí)代的發(fā)展，國(guó)內(nèi)水利水電工程的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展越來(lái)越好，但是其中涉及運(yùn)用到的水利水電施工技術(shù)還需要進(jìn)一步提高，并需要根據(jù)設(shè)計(jì)施工中的要點(diǎn)進(jìn)行分析、改進(jìn)。

1 水閘設(shè)計(jì)

1.1 水閘的選址與地基處理

水閘的選址是水利水電工程施工中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，在進(jìn)行選址時(shí)需盡量選擇地質(zhì)較好的地基，并對(duì)整個(gè)施工場(chǎng)地進(jìn)行全面的調(diào)查，經(jīng)過(guò)全面綜合的考慮后確定最終的水閘選址。一般情況下，在設(shè)置水閘之前需要對(duì)水閘的地質(zhì)和水文進(jìn)行全面分析，選擇相對(duì)完整且新鮮的巖石地基進(jìn)行施工。

1.2 水閘類型的確定

根據(jù)水閘在平原地區(qū)的作用，可分為進(jìn)水閘、導(dǎo)流水閘、節(jié)制閘、排水閘、分洪閘和沖沙水閘。進(jìn)水閘一般建在水庫(kù)、河流、湖泊的岸邊，作用主要是控制引入水的流量，可以滿足發(fā)電、灌溉的需要，故又稱渠首水閘；導(dǎo)流水閘的施工位置與進(jìn)水閘相同，主要用于滿足其他引水灌溉用水要求。如果建在灌溉渠系中，可以將上一渠道的水轉(zhuǎn)移到下一渠道。節(jié)制閘的主要功能是調(diào)節(jié)水位，控制水流?？菟谟靡詳r截河道抬高水位，洪水時(shí)期則開閘泄洪控制下泄流量，節(jié)制水閘可以通過(guò)排水保證水庫(kù)的安全；排水閘需要建設(shè)在江河沿岸的排水渠出口位置，當(dāng)河流水位上漲時(shí)可以關(guān)閉此閘預(yù)防洪水，當(dāng)河流水位退落時(shí)可以打開此閘排水，排除兩岸低注地區(qū)的澇漬；分洪閘通常會(huì)建設(shè)在河道的一側(cè)，如果洪水量超過(guò)安全標(biāo)準(zhǔn)就可以將其分流排到預(yù)設(shè)的湖泊內(nèi)，可以保證下游河道不會(huì)受到洪水的沖擊；沖沙閘一般修建在渠系中沉沙池末端，當(dāng)水閘出現(xiàn)泥沙沉積的時(shí)候可以打開此閘，利用水流將沉積的泥沙沖走[1]。

在選擇水閘時(shí)需要根據(jù)工程過(guò)閘的水流量來(lái)確定水閘的級(jí)別，并根據(jù)施工場(chǎng)地的地形擬定水閘的形式，為下一步水利計(jì)算提供有效依據(jù)。

1.3 水力計(jì)算

確定水閘的具體類型和形式，就需要對(duì)擬安裝水閘河道水力進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算內(nèi)容有防沖槽、波浪壓力、水閘過(guò)流能力、回水池消能、墩頂高程、河流長(zhǎng)度等。工作人員需要提前收集河道中水閘的所有設(shè)計(jì)資料，在水閘施工前準(zhǔn)確計(jì)算出所有的設(shè)計(jì)參數(shù)，要核查設(shè)計(jì)的參數(shù)是否能夠滿足后期水閘建設(shè)的規(guī)模要求。例如，當(dāng)河道發(fā)生洪水時(shí)，需要根據(jù)流域面積和流量曲線，計(jì)算出一個(gè)具體的重現(xiàn)期流量，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果重新對(duì)河道的斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃，保證后期閘門建設(shè)工程和河道整治工程可以順利開展。將所有水力計(jì)算完成后匯總制作成水力計(jì)算成果，并為后期水閘計(jì)算提供依據(jù)[2]。

1.4 水閘結(jié)構(gòu)計(jì)算

(1)地基穩(wěn)定工況分析。按工況分別對(duì)閘室、翼墻以及涵洞的穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)翼墻的計(jì)算工況可適當(dāng)減少閘室和涵洞的工況，一般情況下如果閘室地基穩(wěn)定分析后需要對(duì)完建工況、正常蓄水位工況、設(shè)計(jì)洪水位工況、校核洪水位工況以及地震工況進(jìn)行分析，如果沒(méi)有設(shè)立擋水設(shè)施的涵洞經(jīng)地基穩(wěn)定分析后應(yīng)分析地震工況。

(2)擋土墻突降工況分析。平原地區(qū)的水閘主要功能為蓄水，通常在水閘的正常運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)突然放空蓄水，因此在行洪的過(guò)程中，如果洪水超標(biāo)準(zhǔn)，水閘需要開閘放水，但洪水經(jīng)過(guò)后依舊需要蓄水。所以，平原地區(qū)水閘的上游翼墻處一般不設(shè)置排水設(shè)施，面對(duì)水位突降工況，可將墻前水位視為正常蓄水位，將墻后水位設(shè)為校核洪水位進(jìn)行考慮，如果遇到洪水位超過(guò)正常蓄水位1 m的情況，則不應(yīng)采用洪水位，需要全面考慮滲流滯后的時(shí)效性，此時(shí)應(yīng)將墻后水位設(shè)置高出蓄水位1 m為宜[3]。

(3)防滲排水設(shè)計(jì)。在防滲排水設(shè)計(jì)中，需要考慮水閘最高水位與上下游基礎(chǔ)實(shí)際情況的差異，要確保防滲地板和防滲設(shè)施能夠使整個(gè)水閘上部不滲水，另在確定整個(gè)安全范圍后，需要精準(zhǔn)計(jì)算出坡度下降和滲流的具體數(shù)值，通過(guò)計(jì)算出坡度下降、滲流的抗?jié)B性和滲透壓來(lái)建設(shè)后續(xù)所用到的濾層、排水槽和減壓井，這樣才能保障水閘后續(xù)正常運(yùn)行時(shí)可以將滲流水順利地引到下游處[4]。

2 水閘施工要點(diǎn)

水閘施工最重要的是保證水閘的正常運(yùn)行，能夠令其有效地阻擋上游來(lái)水、向下游排水。水閘的施工項(xiàng)目主要可以分為3個(gè)部分，分別為上游的連接段、閘室以及下游的連接段。

2.1 水閘基礎(chǔ)開挖

基礎(chǔ)開挖工程開展前，需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察測(cè)量，主要是了解施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件以及形狀。然后，監(jiān)理方將對(duì)測(cè)量結(jié)果和勘測(cè)結(jié)果進(jìn)行審查，并在獲得審批結(jié)果后，進(jìn)行正式的土方開挖施工。在基礎(chǔ)開挖的施工過(guò)程中，最重要的是控制好整個(gè)開挖線。施工人員可以通過(guò)測(cè)量放樣和設(shè)置標(biāo)志來(lái)控制開挖線，既可以避免開挖深度的不足，又可以考慮工程的實(shí)際情況和結(jié)構(gòu)，使水閘能夠消除基坑內(nèi)的殘余水[5]。

2.2 施工導(dǎo)流

施工導(dǎo)流是整個(gè)水閘施工中的重要部分，其涉及的導(dǎo)流技術(shù)也是整個(gè)工程的核心技術(shù)，特別適用于基坑排水工程和圍堰施工工程。因此在施工的過(guò)程中除了按照規(guī)定要求進(jìn)行建設(shè)之外，還需要通過(guò)了解工程的運(yùn)輸總量來(lái)設(shè)計(jì)水閘的整體寬度，以免出現(xiàn)水閘和周邊河道以及道路不連通、不順直的情況。

2.3 地基處理

施工前需要對(duì)施工場(chǎng)地的土質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，如果土質(zhì)為軟土則需要將其挖出后填入適合的土質(zhì)。另外需要注意的是，將軟土挖除干凈后需要保護(hù)邊坡，維持邊坡的穩(wěn)定性，對(duì)填入的新土質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢查，分層夯實(shí)，每層的厚度最好控制在30 cm以內(nèi)。

2.4 巖石開挖施工

水閘工程開展之前需要對(duì)施工場(chǎng)地的巖石和土進(jìn)行開挖處理，在開挖工程實(shí)施前，需要全面調(diào)查施工場(chǎng)地的巖層厚度和地質(zhì)狀況，要保障巖石的厚度可以承受水閘工程的總體重量。另外需保證當(dāng)洪水來(lái)臨時(shí)其可以抵擋住較大的沖擊，因此一般在開挖工程開展后需要開展?jié)摽足@工作，針對(duì)開挖難度較大且較厚的巖石進(jìn)行爆破處理，在進(jìn)行爆破工作時(shí)一定要嚴(yán)格按照爆破規(guī)則和流程，充分對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的人員和各項(xiàng)事物進(jìn)行檢查，防止爆破作業(yè)造成人員傷亡。

3 水閘施工

3.1 截水帷幕施工

建設(shè)好基坑后需要在其四周建立起支護(hù)排樁，并在每一根支柱的外側(cè)安裝一個(gè)高壓旋噴樁帷幕，高壓旋噴樁帷幕的深度需要能夠?qū)Σ煌杆畬舆M(jìn)行控制以避免其發(fā)生繞流。通常截水帷幕都需要分為東、西兩個(gè)部分，最深不得超過(guò)24 m，具體深度設(shè)定需要根據(jù)預(yù)先計(jì)算好的施工參數(shù)和施工孔序確定，可以先對(duì)工程進(jìn)行試驗(yàn)施工，再根據(jù)試驗(yàn)中所出現(xiàn)的問(wèn)題對(duì)參數(shù)和施工孔序進(jìn)行調(diào)整，具體見表1。

表1 截水帷幕初始及試驗(yàn)施工參數(shù)

先利用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行引孔，再使用雙管旋噴樁機(jī)來(lái)進(jìn)行噴漿，引孔和噴漿兩項(xiàng)工程在施工過(guò)程中需要邊檢查邊調(diào)整。

3.2 水泥攪拌樁施工

首先需要對(duì)樁機(jī)進(jìn)行定位、對(duì)中以及調(diào)平，放置好攪拌樁樁位之后再將攪拌樁機(jī)搬動(dòng)到指定的樁位上，對(duì)其進(jìn)行對(duì)中和調(diào)平操作。然后需要利用經(jīng)緯儀和吊線錘對(duì)導(dǎo)向架進(jìn)行雙向控制，使其保持垂直度，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求將其垂直度調(diào)至到<1.0%樁長(zhǎng)。然后將水泥和普通硅酸水泥拌制漿液放入集料之中進(jìn)行攪拌，將水灰比控制在0.4～0.5。啟動(dòng)深層攪拌樁機(jī)的轉(zhuǎn)盤，待其攪拌頭的轉(zhuǎn)速達(dá)到正常值后再將鉆桿下沉攪拌。當(dāng)下沉的深度達(dá)到設(shè)計(jì)值后開啟灰漿泵，將漿通過(guò)管路送至出漿口，出漿后拉緊鏈條裝置啟動(dòng)攪拌樁機(jī)，讓出漿與土體充分?jǐn)嚢枞诤?。施工完一根攪拌樁后將樁機(jī)移動(dòng)到下一根樁位上重復(fù)以上操作。

3.3 閘墩施工

閘墩的施工主要可以分為兩個(gè)階段，第一施工階段是安裝閘墩模板，第二施工階段是對(duì)其進(jìn)行混凝土澆筑，因?yàn)殚l墩的高度一般都較高、厚度較薄，因此對(duì)施工的要求較高。首先是閘墩模板的安裝，要求模板具有較高的強(qiáng)度和剛度，才能滿足后續(xù)混凝土澆筑要求。為了能夠一次性澆筑成功，澆筑面能夠平滑平順且沒(méi)有缺陷，需要通過(guò)對(duì)拉螺栓加固的方式建立鋼筋、鋼管模板，此工程需要消耗到的鋼管、鋼筋數(shù)量巨大，需要預(yù)先購(gòu)置大量的材料以免耽誤工期。模板安裝工程完工后先進(jìn)行清倉(cāng)處理，之后是混凝土澆筑，在澆筑過(guò)程中遇到澆筑落差>2 m時(shí)需要另外設(shè)置流管，流管的設(shè)置位置應(yīng)在倉(cāng)內(nèi)2～3 m 處。要確保每一個(gè)區(qū)域的混凝土澆筑都進(jìn)行固定澆筑、人工振搗，并檢查澆筑的混凝土厚度是否在30 cm左右。

4 結(jié) 語(yǔ)

水閘的設(shè)計(jì)和施工對(duì)于整個(gè)水利水電工程至關(guān)重要，因此必須對(duì)水閘工程的設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行全面計(jì)算、分析，并預(yù)先找出施工的要點(diǎn)，通過(guò)對(duì)施工場(chǎng)地的實(shí)際勘測(cè)規(guī)范整個(gè)施工流程，這樣才能保障施工的順利進(jìn)行，保障工程的質(zhì)量。