小型水工建筑设计和施工特点分析

徐祥东

(江西省乐平市水务局，江西 乐平333300)

0 引 言

近年来，随着我国经济水平的不断提高，进一步推动了各行各业的发展，作为国家重要基础设施之一的水利工程也随之获得了长足发展，大、中、小型的水利工程项目日益增多。水工建筑归属于建筑结构的范畴，其不但有着十分悠久的历史，而且还具有非常重要的作用，常见的水工建筑有水库、水闸、船闸、码头、大坝等等。

想要确保水工建筑的作用能够得以充分发挥，除了要保证设计科学合理之外，还要保证施工质量，这既是前提也是基础。借此，本文以小型水闸为依托，对其设计与施工进行论述。

1 水闸的作用

在水工建筑中，水闸属于一种比较特殊的结构，具体是由上、下游连接段和闸室等几个部分构成，它的主要作用是挡水和泄水，其中上游连接段能够将水直接引入到闸室当中，有效防止了水外流对河岸及河床的冲刷;闸室是整个水闸中最为重要的组成部分，其能够对水位和水流量起到控制作用，并且还具有防渗防冲作用;下游连接段主要起着减缓流速的作用，可以避免水流对下游的冲刷。

当水闸关闭闸门挡水时，闸室需要承受来自于上下游水位差产生出来的水平推力，此时很容易造成闸室向下游滑动，所以在闸室进行设计时，必须确保其具有足够的抗滑稳定性。同时，在上下游水位差的作用下，水会从上游沿着闸基并绕过两岸连接建筑物向下游渗透，在这一过程中会产生出渗透压力，对闸基和连接建筑物的稳定性会造成一定程度的影响，特别是一些建设在土基上的水闸，因土体本身的抗渗稳定性较差，所以极有可能引起渗透变形，由此一来会给工程安全带来威胁。鉴于此，在对水闸进行设计时必须充分考虑各种影响因素。

2 水闸的设计方法

水闸的设计是一项较为复杂且系统的工作，其中选址、消能防冲和闸室安全设计是比较重要的几个环节，下面就此展开详细论述。

2.1 水闸选址

在水闸设计过程中，其位置的确定是关键环节，若是选址不当，不但有可能引起工程事故，而且还会给后续施工建设造成影响。所以，必须水闸予以足够的重视。在具体选址时，必须遵循安全、稳定这一基本原则，借此来确保水闸的使用能够达到相关规定要求。同时，还应对水闸的地质条件予以充分考虑，除了要保证所选的地基具备足够的承载力之外，还要具有良好抗渗性，如果无法找到符合地质要求的天然地基，则可通过一些技术措施，使其达到要求［1］。

2.2 消能防冲设计

这是水闸设计过程中的重中之重，也是水闸作用得以发挥的前提和基础，在具体设计时，应以护坦、海漫及防冲墙的设计作为重点。

2.2.1 护坦设计

可以按照以下条件合理确定消力池的形式:水闸实际流量、上下游水位差、河床地质等等，并结合相关规范标准给出的计算方法，对消力池的长度、深度和底板厚度进行计算。由于消力池在运行时需要承受来自于高速水流的冲击和脉动压力，所以要求消力池本身必须具备足够的稳定性、强度及抗冲击能力，同时还要满足抗浮的稳定性要求。

2.2.2 海漫设计

消力池虽然能够将绝大部分的水能量抵消，但是由于受各方面因素的影响，使得流出消力池的水流底部流速较大，而且流速分布也很难及时恢复至正常状态，这样一来便会对产生较强的冲刷，因此，对于护坦以下的河床，均应当设置海漫护底，借此来防止冲刷对河床的影响。在对海漫进行设计的过程中，水流扩散及单宽流量的控制是关键环节，按照消力池末端单宽流量及河床土质情况，并结合相关规范标准中给出的计算公式，便可对海漫长度进行合理确定。通常情况下，若是下游河床局部冲刷较小，可以考虑考虑采用水平海漫，如果冲刷较大，则应当采用倾斜海漫，或是前平后倾设计。

2.2.3 防冲墙设计

相关研究结果表明，流经海漫末端的水流仍然具备一定的冲刷能力，这会对海漫结构的安全性带来威胁。为了解决这一问题，可在海漫末端设置防冲墙。在没有特殊要求的前提下，防冲墙可以采用重力式挡土墙，设计时，应当确保强顶与海漫的顶面齐平;防冲墙的深度可按照水闸设计规范中给出的公式进行计算。

2.3 闸室安全性计算

由上文分析可知，闸室的安全性和稳定性对于整个水闸功能的发挥具有至关重要的作用，所以在对水闸进行设计时，需要对闸室进行相关计算，以此来确保其安全。通过对大量相关工程实践进行分析可知，为了保证闸室的安全性，需要对如下内容进行计算:负载组合、抗滑稳定性、基底应力等。

3 水闸施工技术要点

水闸施工比较复杂，由于其中涉及的内容较多，一旦某个环节出现问题，都可能会对施工质量造成影响，为此，在实际施工过程中，必须了解并掌握水闸的施工技术要点。

3.1 闸室施工技术要点

1)对于混凝土水闸而言，其通常都是有温度缝或是沉降缝将闸室分为若干个结构块，在施工过程中，应当对这些永久性接缝分块加以充分利用，若是分缝的间距过大，或是浇筑能力不足时，则应当将浇筑块划分的小一些，并设置相应的施工缝，浇筑块实际划分的大小可以根据施工条件进行确定。

2)在对施工浇筑块进行合理划分之后，便可进行混凝土浇筑，在这一过程中，应当对浇筑顺序进行合理确定，这不但有助于提高浇筑质量，而且还能加快施工进度。安排浇筑顺序时，应当遵循以下原则:先深后浅、先重后轻、先主后次、穿插进行。

3.2 闸底板施工技术要点

3.2.1 整体式底板

当水闸基础处理完毕之后，可先在基础面层上铺设一层素混凝土垫层，其厚度可控制在cm 左右，该垫层的主要作用是保护水闸基础土体不受扰动;随后便可对基础面层进行找平施工，为后续的立模及钢筋布设打好基础。

3.2.2 反拱底板

为了最大程度地节省钢材的使用量，并是混凝土的抗压性能得到有效发挥，一些水闸在施工中采用了反拱底板。

这种结构一般都是先浇筑闸墩部分，然后再对反拱底板进行浇筑。在具体施工的过程中，需要先挖好基坑，并做好排水措施，同时还要对基坑土体进行夯实处理，随后便可按照工程设计要求进行放样开挖，当反拱土模挖好之后，需要在土模上铺设一层厚度1cm 左右的砂浆，上述工作全部完成之后，便可进行混凝土浇筑。

3.3 闸墩施工技术要点

3.3.1 前期准备

在进行立模之前，应当先在已经浇筑好的底板上准确确定出闸孔中心线和闸墩边线以及与边线平行的控制线，并沿着闸墩边线每隔一定的距离对高程进行测定，以此作为立模和检查校验的依据;在已经完成的模板上，确定出工作门和检修门槽的位置线，并对闸墩模板进行编号后运至现场备用。

3.3.2 立模

在该环节的施工中，应当确保闸墩两侧的模板对应进行，并先立平直模板、后立圆头模板，同时要保证底层模板上口水平;可在闸墩两侧的模板上每间隔1 m左右对称钻圆孔，再将预制混凝土管撑头放入圆孔当中，并穿入对销螺栓，需要特别注意的是，撑头的长度应当与闸墩的厚度相一致，这样不但能够对闸墩的厚度起到一定的控制作用，而且还能有效防止模板向内倾斜现象的发生。对销螺栓能够承载混凝土的侧向压力，将之与平撑进行连接，还能进一步增强撑木的刚度，当混凝土浇筑完毕之后，可将螺栓从管中拉出，以便下次使用。

3.3.3 浇筑混凝土

立模完毕之后，便可开始进行清仓，使用压力水对模板内侧和闸墩底面进行冲洗，污水可从底层模板上预留的孔中被排出，当清仓工作完毕后，应当将小孔堵塞密封，随后便可进行混凝土浇筑。在施工过程中，需要对混凝土的上升速度进行控制，防止过大的增加流态混凝土对底板产生测向压力。如果是开敞式水闸的闸墩，则可以采用滑膜技术进行施工。

3.4 止水施工技术要点

通常情况下，水闸沉陷缝的宽度约为2 ～3 cm左右，为有效避免渗水的情况发生，应当在缝间填入填料，并进行止水处理。填料可以使用沥青杉木板，而止水材料则可以选用铝片、紫铜片、橡皮、塑料止水片等等。

其中塑料止水片的止水性能较好，并且具备较高的抗拉强度，能够承受20 m手头的静水压强，同时还具备良好的弹性、韧性及抗腐蚀性，便于保存和运输，价格低廉，在工程无特殊要求的前提下，可将塑料止水片作为首选止水材料。对于止水要求相对比较严格的工程，可采取止水片与沥青井结合的方式，并将止水片安装在沥青井处。

3.5 闸室上部结构的施工技术要点

在水闸工程中，上部结构通常是指三桥，有些工程中还包含胸墙，其工程量约占闸室混凝土施工的6% ～9%，但由于结构本身比较复杂，所以对施工技术的要求相对较高。在具体施工时，可以采用预制吊装的施工方法，为便于吊装。在对上部结构进行设计时，宜采用轻巧薄的形式，如预应力钢混结构等等。

4 结 论

综上所述，水闸作为小型水工建筑的一种，其在水利工程中的应用非常广泛。为了能够是水闸的功能作用得以充分发挥，除了要保证设计科学、合理之外，还应当在施工过程中，采取可行的技术措施确保水闸的施工质量。在未来一段时期，应当重点加大对水闸等小型水工建筑设计与施工的研究力度，进一步完善设计方法和施工技术，这对于促进我国水利事业的发展具有非常重要的现实意义。

［1］李唐友. 小型水工建筑设计与施工特点研究［J］. 科协论坛:下半月，2013(12):12 －14.