水闸基坑设计与施工

陆李密,徐玉雪

(温州宏源水电建设有限公司，浙江 温州 325000)

水利水电工程是为社会群众提供更好生活服务的民生工程，其施工原则必须是在不影响水资源和自然条件的环境下，对水文水资源进行改造和整顿。随着时代的发展，国内水利水电工程的基础设施建设发展越来越好，但是其中涉及运用到的水利水电施工技术还需要进一步提高，并需要根据设计施工中的要点进行分析、改进。

1 水闸设计

1.1 水闸的选址与地基处理

水闸的选址是水利水电工程施工中非常关键的环节，在进行选址时需尽量选择地质较好的地基，并对整个施工场地进行全面的调查，经过全面综合的考虑后确定最终的水闸选址。一般情况下，在设置水闸之前需要对水闸的地质和水文进行全面分析，选择相对完整且新鲜的岩石地基进行施工。

1.2 水闸类型的确定

根据水闸在平原地区的作用，可分为进水闸、导流水闸、节制闸、排水闸、分洪闸和冲沙水闸。进水闸一般建在水库、河流、湖泊的岸边，作用主要是控制引入水的流量，可以满足发电、灌溉的需要，故又称渠首水闸；导流水闸的施工位置与进水闸相同，主要用于满足其他引水灌溉用水要求。如果建在灌溉渠系中，可以将上一渠道的水转移到下一渠道。节制闸的主要功能是调节水位，控制水流。枯水期用以拦截河道抬高水位，洪水时期则开闸泄洪控制下泄流量，节制水闸可以通过排水保证水库的安全；排水闸需要建设在江河沿岸的排水渠出口位置，当河流水位上涨时可以关闭此闸预防洪水，当河流水位退落时可以打开此闸排水，排除两岸低注地区的涝渍；分洪闸通常会建设在河道的一侧，如果洪水量超过安全标准就可以将其分流排到预设的湖泊内，可以保证下游河道不会受到洪水的冲击；冲沙闸一般修建在渠系中沉沙池末端，当水闸出现泥沙沉积的时候可以打开此闸，利用水流将沉积的泥沙冲走[1]。

在选择水闸时需要根据工程过闸的水流量来确定水闸的级别，并根据施工场地的地形拟定水闸的形式，为下一步水利计算提供有效依据。

1.3 水力计算

确定水闸的具体类型和形式，就需要对拟安装水闸河道水力进行计算。计算内容有防冲槽、波浪压力、水闸过流能力、回水池消能、墩顶高程、河流长度等。工作人员需要提前收集河道中水闸的所有设计资料，在水闸施工前准确计算出所有的设计参数，要核查设计的参数是否能够满足后期水闸建设的规模要求。例如，当河道发生洪水时，需要根据流域面积和流量曲线，计算出一个具体的重现期流量，再根据计算结果重新对河道的断面进行设计和规划，保证后期闸门建设工程和河道整治工程可以顺利开展。将所有水力计算完成后汇总制作成水力计算成果，并为后期水闸计算提供依据[2]。

1.4 水闸结构计算

(1)地基稳定工况分析。按工况分别对闸室、翼墙以及涵洞的稳定进行计算，根据翼墙的计算工况可适当减少闸室和涵洞的工况，一般情况下如果闸室地基稳定分析后需要对完建工况、正常蓄水位工况、设计洪水位工况、校核洪水位工况以及地震工况进行分析，如果没有设立挡水设施的涵洞经地基稳定分析后应分析地震工况。

(2)挡土墙突降工况分析。平原地区的水闸主要功能为蓄水，通常在水闸的正常运行过程中不会突然放空蓄水，因此在行洪的过程中，如果洪水超标准，水闸需要开闸放水，但洪水经过后依旧需要蓄水。所以，平原地区水闸的上游翼墙处一般不设置排水设施，面对水位突降工况，可将墙前水位视为正常蓄水位，将墙后水位设为校核洪水位进行考虑，如果遇到洪水位超过正常蓄水位1 m的情况，则不应采用洪水位，需要全面考虑渗流滞后的时效性，此时应将墙后水位设置高出蓄水位1 m为宜[3]。

(3)防渗排水设计。在防渗排水设计中，需要考虑水闸最高水位与上下游基础实际情况的差异，要确保防渗地板和防渗设施能够使整个水闸上部不渗水，另在确定整个安全范围后，需要精准计算出坡度下降和渗流的具体数值，通过计算出坡度下降、渗流的抗渗性和渗透压来建设后续所用到的滤层、排水槽和减压井，这样才能保障水闸后续正常运行时可以将渗流水顺利地引到下游处[4]。

2 水闸施工要点

水闸施工最重要的是保证水闸的正常运行，能够令其有效地阻挡上游来水、向下游排水。水闸的施工项目主要可以分为3个部分，分别为上游的连接段、闸室以及下游的连接段。

2.1 水闸基础开挖

基础开挖工程开展前，需要对施工现场进行勘察测量，主要是了解施工现场的地质条件以及形状。然后，监理方将对测量结果和勘测结果进行审查，并在获得审批结果后，进行正式的土方开挖施工。在基础开挖的施工过程中，最重要的是控制好整个开挖线。施工人员可以通过测量放样和设置标志来控制开挖线，既可以避免开挖深度的不足，又可以考虑工程的实际情况和结构，使水闸能够消除基坑内的残余水[5]。

2.2 施工导流

施工导流是整个水闸施工中的重要部分，其涉及的导流技术也是整个工程的核心技术，特别适用于基坑排水工程和围堰施工工程。因此在施工的过程中除了按照规定要求进行建设之外，还需要通过了解工程的运输总量来设计水闸的整体宽度，以免出现水闸和周边河道以及道路不连通、不顺直的情况。

2.3 地基处理

施工前需要对施工场地的土质进行调查，如果土质为软土则需要将其挖出后填入适合的土质。另外需要注意的是，将软土挖除干净后需要保护边坡，维持边坡的稳定性，对填入的新土质量进行严格检查，分层夯实，每层的厚度最好控制在30 cm以内。

2.4 岩石开挖施工

水闸工程开展之前需要对施工场地的岩石和土进行开挖处理，在开挖工程实施前，需要全面调查施工场地的岩层厚度和地质状况，要保障岩石的厚度可以承受水闸工程的总体重量。另外需保证当洪水来临时其可以抵挡住较大的冲击，因此一般在开挖工程开展后需要开展潜孔钻工作，针对开挖难度较大且较厚的岩石进行爆破处理，在进行爆破工作时一定要严格按照爆破规则和流程，充分对现场的人员和各项事物进行检查，防止爆破作业造成人员伤亡。

3 水闸施工

3.1 截水帷幕施工

建设好基坑后需要在其四周建立起支护排桩，并在每一根支柱的外侧安装一个高压旋喷桩帷幕，高压旋喷桩帷幕的深度需要能够对不透水层进行控制以避免其发生绕流。通常截水帷幕都需要分为东、西两个部分，最深不得超过24 m，具体深度设定需要根据预先计算好的施工参数和施工孔序确定，可以先对工程进行试验施工，再根据试验中所出现的问题对参数和施工孔序进行调整，具体见表1。

表1 截水帷幕初始及试验施工参数

先利用地质钻机进行引孔，再使用双管旋喷桩机来进行喷浆，引孔和喷浆两项工程在施工过程中需要边检查边调整。

3.2 水泥搅拌桩施工

首先需要对桩机进行定位、对中以及调平，放置好搅拌桩桩位之后再将搅拌桩机搬动到指定的桩位上，对其进行对中和调平操作。然后需要利用经纬仪和吊线锤对导向架进行双向控制，使其保持垂直度，并严格按照设计要求将其垂直度调至到<1.0%桩长。然后将水泥和普通硅酸水泥拌制浆液放入集料之中进行搅拌，将水灰比控制在0.4～0.5。启动深层搅拌桩机的转盘，待其搅拌头的转速达到正常值后再将钻杆下沉搅拌。当下沉的深度达到设计值后开启灰浆泵，将浆通过管路送至出浆口，出浆后拉紧链条装置启动搅拌桩机，让出浆与土体充分搅拌融合。施工完一根搅拌桩后将桩机移动到下一根桩位上重复以上操作。

3.3 闸墩施工

闸墩的施工主要可以分为两个阶段，第一施工阶段是安装闸墩模板，第二施工阶段是对其进行混凝土浇筑，因为闸墩的高度一般都较高、厚度较薄，因此对施工的要求较高。首先是闸墩模板的安装，要求模板具有较高的强度和刚度，才能满足后续混凝土浇筑要求。为了能够一次性浇筑成功，浇筑面能够平滑平顺且没有缺陷，需要通过对拉螺栓加固的方式建立钢筋、钢管模板，此工程需要消耗到的钢管、钢筋数量巨大，需要预先购置大量的材料以免耽误工期。模板安装工程完工后先进行清仓处理，之后是混凝土浇筑，在浇筑过程中遇到浇筑落差>2 m时需要另外设置流管，流管的设置位置应在仓内2～3 m 处。要确保每一个区域的混凝土浇筑都进行固定浇筑、人工振捣，并检查浇筑的混凝土厚度是否在30 cm左右。

4 结 语

水闸的设计和施工对于整个水利水电工程至关重要，因此必须对水闸工程的设计和施工进行全面计算、分析，并预先找出施工的要点，通过对施工场地的实际勘测规范整个施工流程，这样才能保障施工的顺利进行，保障工程的质量。