关于水闸设计的分析

蔡文龙

【摘 要】在水利工程建设中，水闸的应用十分广泛，所以在工程设计的全过程中，水闸工程的排水问题与止水问题往往就成了决定建筑物使用寿命的决定因素。

【关键词】水闸；设计；分析

一、水闸排水

水闸排水问题主要集中在消力池的底板排水、闸基防渗排水、翼墙的排水等部位，下面就以下几个方面进行详细的探讨与分析：

1.1 消力池底板排水孔

消力池底板具有承受水流的冲击力、水流脉动压力和底部扬压力的多重作用，具备相当的重量和强度，能够抗击重物冲击、经压耐磨。为了有效减少护板底端的渗透压力，可以在水平护板的后半部分设置部分垂直的排水孔，排水孔的下面可以铺一层反滤层，同时，排水孔呈梅花形布置，能够最大限度的进行排水。有一部分的水闸工程，其中的消力池底板排水孔是从水平护板的首端一直延伸到尾部，其中护板全部布设有排水孔。目前关于此种布置，工程专家尚未有定论，因为，水流在出闸以后，经过平稳的整流排水后，经过陡坡段流向消力池的水平底板处，在陡坡段的末端和水平底板的水平段相交处附近形成有效的收缩水深，所以此处动能的最大，即流速水头也是最大的，产生水中压强则是最小的。

1.2 闸基防渗面层排水

水闸在上游与下游巨大的水位差的强力作用下，上游水从河床慢慢渗透，绕经上游防渗铺盖、板桩以及闸底板，再经过消力池的反滤层由排水孔流至下游，起到有效排水的作用。

防低排是这条地下轮廓线的布置原则，布置手法就是在高水位的一侧大量布置铺盖、板桩、浅齿墙等多个防渗止水的设施，滞渗延长底板上游的渗透路径，使作用在消力池底板上的渗透压力缓缓减小压缩。在低水位一侧设置滤水层进行排水，同时使用排渗管等设施排渗，使地基的渗水得到尽快地排出。

1.3 翼墙排水孔的设计

在水闸建成以后，除了闸基会出现渗流以外，渗水从河水的上游绕过翼墙、岸墙和刺墙后向下游流去，成为侧向渗流。这种渗流很有可能会造成水闸底板渗透压力的增大，并使得渗流出口处发生严重危害性的渗透压力的变形，所以在水利工程建设中应当做好侧方向防渗排水设施。为了排出积蓄的渗水，设置为单向水龙头的水闸可以在下游翼墙和保护坡处设置多个排水孔，并且在挡土墙的另一侧孔口处设置反滤层。但是，有些水利工程建设中的布置与设计，却是在进口翼墙处设置了多个排水孔，这种无效且浪费资源的设计，使得翼墙失去了大部分防渗、抗冲、增加渗透路径的能力，使得上游的水流并不是從垂直方向流向插入河岸的墙后绕渗，而是直接从排水孔渗入翼墙的后面，这将有效减少渗透路径，增加了渗流的作用，同时也将减小翼墙插入河岸的作用。

二、水闸破坏原因分析

水闸被破坏的原因具有复杂性和多样性，而且不同的自然环境对水闸的破坏形式的影响是不一样的，以下总结的是比较常见的一些原因的分析。

2.1 对两个案例分析后我们发现闸室抗滑稳定安全系数不能满足规范要求，追其原因就是原闸的设计标准偏低。

2.2主要承重构件的混凝土裂缝众多，由于时间原因，在长期的复杂的自然环境作用下混凝土表面均有不同程度的碳化，甚至包括例室结构混凝上都有严重的 碳化，严重影响了混凝土的强度。

2.3排水闸下游消能防冲措施不能满足正常运行的要求，闸门及门槽埋件等金属结构长期处于水、盐雾环境下，严重锈蚀，继续使用无安全保障。

2.4在水闸基础部分中存在透水的砂土和透水的岩体，使水闸下部存在较为严重的渗流现象，对水闸的基础造成了严重的破坏。

2.5部分测压管淤堵，无法进行扬压力观侧；水准观测基点被毁，无法进行高程观测。

2.6 在长期的雨水和河水的带电离子的作用和长期的氧化还原反应作用下，金属结构锈蚀严重，或者由于启闭机露天放置，运行环境恶劣；启闭设备磨损、锈蚀严重，部分附件老化失灵，无法使用；由于泥沙淤积等因素，启闭机经常超载运行，导致电气设备老化。

2.7消力池排水管部分失效，增大了闸底板扬压力，对闸基渗流稳定不利。

三、水闸止水伸缩缝渗漏问题

水闸渗漏的问题在水利工程的建设中经常出现，并且基本都集中在止水伸缩缝上的问题。下面从渗漏的原因入手探讨分析，并提出了一些有效的预防措施和准备。

3.1渗漏原因

在水闸工程建设中，止水伸缩缝发生渗漏的原因有很多，其中有设计、施工以及材料本身的原因等等，但是其中的大部分都是由施工不慎所引起的，所以，水利工程建设规定止水伸缩缝施工都必须有严格的施工措施、工艺和施工方法。

在水利工程建设施工过程中，会引起水闸渗漏的原因通常有以下几条：

3.1.1 止水片上的水泥渣、油渍等污物没有对其进行彻底的清除，在浇筑混凝土的过程中混有杂物，使得止水片与混凝土无法很好的结合而导致渗漏；

3.1.2 止水片上有砂眼、钉孔或者接缝不可靠而导致渗漏；

3.1.3 止水片处混凝土浇筑出现问题，在凝结过程中可能有气孔而造成的渗漏；

3.2 止水伸缩缝渗漏的预防措施和准备

3.2.1 止水片上污渍杂物问题。

在水利工程的施工过程中，使用脱模剂对模板进行处理的时候容易使止水片沾上脱模剂的污渍，从而导致在浇筑混凝土时可能出现渗漏，所以模板上使有脱模剂的这道工序，必须要安排在模板安装之前并在仓面外脱模完成。在浇筑过程中不断会有杂物掉到止水片上，故在初次清除的基础上还要强调在混凝土淹埋止水片时再次清除这道工序。

3.2.2 止水片砂眼、钉孔和接缝问题。

在止水片材料的采购中，应当对材料的审核严格把关。不但止水片材料的品种、规格和性能要满足水利工程建设的规范和设计的要求，对他的外观也要进行仔细的检查，对不合格的材料应当及时的更换和清仓。止水片在安装的时候，也必须有施工人员在一旁协助，在以往的施工中，技术人员会将止水片用铁钉钉在模板上，这样就会在止水片上留下钉孔，影响止水的效果。这种方法是可以避免的，方法就是采取模板嵌固来固定止水片。

3.2.3 沉降差对止水结构的影响问题

沉降差很难得到避免，究其原因，其中有设计方面的因素，当然也有施工方面的因素。在施工中因为结构荷载的不同，沉降量通常也不尽相同，大的沉降差通常都会出现在荷载悬殊的结构之间。施工方面可以采取预沉和设置二次浇筑带的施工措施来降低沉降差。

结语：

目前对建筑进行加固已取得大量的施工经验，而对水闸工程，尤其是处于水位变动区的建筑物，其工作环境与普通民用建筑相差很大，直接采用工民建的加固方法尚有待进一步验证。同时，虽然目前不断有新的施工方法出现，但考虑到水闸除险加固时其工作量相对较小，相应的施工工艺、施工质量又要求较高，在设计中需尽可能地在可行、经济合理且能保证质量的情况下选择加固方案。

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