水闸排水与止水问题研究

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摘要：水闸工程设计中,排水与止水问题是相当重要,本文针对水闸设计中的一些问题,如消力池排水孔、闸基防渗面层排水、翼墙排水孔和止水伸缩缝等问题进行分析。

关键词：水闸；消力池; 排水孔; 防冲槽

中图分类号：TV66文献标识码： A 文章编号：

引言：

1、水闸设计中的排水问题

1.1消力池底板排水孔

消力池底板承受水流的冲击力、水流脉动压力和底部扬压力等作用,应有足够的重量、强度和抗冲耐磨的能力。为了降低护坦底部的渗透压力,可在水平护坦的后半部设置垂直排水孔,孔下铺反滤层。排水孔呈梅花形布置。有一些水闸消力池底板排水孔是从水平护坦的首部一直到尾部全部布设有排水孔。此种布置有待商榷。因为,水流出闸后,经平稳整流后,经陡坡段流向消力池水平底板,在陡坡段末端和底板水平段相交处附近形成收缩水深,为急流,此处动能最大,即流速水头最大,其压强水头最小。如果在此处也设垂直排水孔,在高流速、低压强的作用下,垂直排水孔下的细粒结构,在底部大压力的作用下,有可能被从孔中吸出,久而久之底板将被掏空。故应在消力池底板的后半部设垂直排水孔。以使从底板渗下的水量从消力池的垂直排水孔排出,从而达到减小消力池底板渗透压力的作用。

1.2闸基防渗面层排水

水闸在上下游水位差的作用下,上游水从河床入渗,绕经上游防渗铺盖、板桩及闸底板,经反滤层由排水孔至下游。不透水的铺盖、板桩及闸底板等与地基的接触面成为地下轮廓线。地下轮廓线的布置原则是高防低排,即在高水位一侧布置铺盖、板桩、浅齿墙等防渗设施,滞渗延长底板上游的渗径,使作用在底板上的渗透压力减小。在低水位一侧设置面层排水、排渗管等设施排渗,使地基渗水尽快地排出。土基上的水闸多采用平铺式排水,即用透水性较强的粗砂、砾石或卵石平铺在闸底板、护坦等下面。渗流由此与下游连通,降低排水体起点前面闸底上的渗透压力,消除排水体起点后建筑物底面上的渗透压力。排水体一般无须专门设置,而是将滤层中粗粒粒径最大的一层厚度加大,构成排水体。然而,有一些在建水闸工程,其水闸底板后的水平整流段和陡坡段,却没有设平铺式排水体,有的连反滤层都没有,仅在消力池底板处设了排水体。这种设计,将加大闸底板,陡坡段的渗透压力,对水闸安全稳定也极为不利。一般水闸的防渗设计,都应在闸室后水平整流段处开始设排水体,闸基渗透压力在排水体开始处为零。

1.3翼墙排水孔

水闸建成后,除闸基渗流外,渗水经从上游绕过翼墙、岸墙和刺墙等流向下游,成为侧向渗流。该渗流有可能造成底板渗透压力的增大,并使渗流出口处发生危害性渗透变形,故应做好侧向防渗排水设施。为了排出渗水,单向水头的水闸可在下游翼墙和护坡设置排水孔,并在挡土墙一侧孔口处设置反滤层。然而,有些设计,却在进口翼墙处也设置了排水孔。此种设计,使翼墙失去了防渗、抗冲、增加渗径的作用,使上游水流不是从垂直流向插入河岸的墙后绕渗,而是直接从孔中渗入墙后,这将减少了渗径,增加了渗流的作用,将减小翼墙插入河岸的作用。

1.4防冲槽

水流经过海漫后,能量虽然得到进一步消除,但海漫末端水流仍具有一定的冲刷能力,河床仍难免遭受冲刷。故需在海漫末端采取加固措施,即设置防冲槽。常见的防冲槽有抛石防冲槽和齿墙或板桩式防冲槽。在海漫末端处挖槽抛石予留足够的石块,当水流冲刷河床形成冲坑时,预留在槽内的石块沿冲刷的斜坡陡段滚下,铺盖在冲坑的上游斜坡上。防止冲刷坑向上游扩展,保护海漫安全。有些防冲槽采用的是干砌石设计,且设计的非常结实,此种设计不甚合理。因为防冲槽的作用,是有足够量的块石,以随时填补可能造成的冲坑的上游侧表面,护住海漫不被淘刷。因此建议使用抛石防冲为好。

2、水闸的止水伸缩缝渗漏问题

2.1渗漏原因

水闸工程中,止水伸缩缝发生渗漏的原因很多,有设计、施工及材料本身的原因等,但绝大多数是由施工引起的。止水伸缩缝施工有严格的施工措施、工艺和施工方法,施工过程中引起渗漏的原因一般有以下几条:（1）止水片上的水泥渣、油渍等污物没有清除干净就浇筑混凝土。使得止水片与混凝土结合不好而渗漏;（2）止水片有砂眼、钉孔或接缝不可靠而渗漏;（3）止水片处混凝土浇筑不密实造成渗漏;（4）止水片下混凝土浇筑得较密实,但因混凝土的泌水收缩,形成微间隙而渗漏;½相邻结构由于出现较大沉降差造成止水片撕裂或止水片锚固松脱引起渗漏;¾垂直止水预留沥青孔沥青灌填不密实引起渗漏或预制混凝土凹形槽外周与周围现浇混凝土结合不好产生侧向绕流渗水。

2.2止水伸缩缝渗漏的预防措施

(1)止水片上污渍杂物问题。施工过程中,模板上脱模剂时易使止水片沾上脱模剂污渍,所以模板上脱模剂这道工序要安排在模板安装之前并在仓面外完成。浇筑过程中不断会有杂物掉在止水片上,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。另外,浇筑底层混凝土时就会有混凝土散落在止水片上,在混凝土淹埋止水片时先期落上的混凝土因时间过长而初凝,这样的混凝土会留下渗漏隐患应及时清除。

(2)止水片砂眼、钉孔和接缝问题。在止水片材料采购时,应严格把关。不但止水片材料的品种、规格和性能要满足规范和设计要求,对其外观也要仔细检查,不合格材料应及时更换。止水片安装时有的施工人员为了固定止水片采用铁钉把止水片钉在模板上,这样会在止水片上留下钉孔,这种方法应避免,而应采取模板嵌固的方法来固定止水片。止水片接缝也是常出现渗漏的地方,金属片接缝一定要采用与母材相同的材料焊接牢固。为了保证焊缝质量和焊接牢固,可以使用铆接加双面焊接的方法,焊缝均采用平焊,并且搭接长度≥20mm。重要部位止水片接头应热压粘接,接缝均要做压水检查验收合格后才能使用。

(3)止水片处混凝土浇筑不密实问题。止水处混凝土振捣要细致谨慎,选派的振捣工既要有较强的责任心又要有熟练的操作技能。振捣要掌握“火候”,既不能欠振,也不能烂振,振捣时振捣器一定不能触及止水片。混凝土要有良好的和易性,易于振捣密实。

(4)止水处混凝土的泌水收缩问题。选用合适的水泥和级配合理的骨料能有效减小混凝土的泌水收缩。矿渣水泥的保水性较差,泌水性较大,收缩性也大,因此止水处混凝土最好不要用矿渣水泥而宜用普通硅酸盐水泥配制。另外混凝土坍落度不能太大,流动性大的混凝土收缩性也大,一般选5~7cm坍落度为佳。泵送混凝土由于坍落度大不宜采用。

(5)沉降差对止水结构的影响问题。沉降差很难避免,有设计方面的原因,也有施工方面的原因。结构荷载不同,沉降量一般也不同,大的沉降差一般出现在荷载悬殊的结构之间。水闸建筑中,防渗铺盖与闸首、翼墙间荷载较悬殊,会有较大的沉降差。小的沉降差一般不会对止水结构产生危害,因为止水结构本身有一定的变形适应能力。施工方面可采取预沉和设置二次浇筑带的施工措施和方法来减小沉降差:施工计划安排时先安排荷载大的闸首、翼墙施工,让它们先沉降,待施工到相当荷载阶段,沉降较稳定后再施工相邻的防渗铺盖,或在沉降悬殊的结构间预留二次浇筑带,等到两结构沉降较稳定后再浇筑二次混凝土浇筑带。

(6)垂直止水缝沥青灌注密实问题及混凝土预制凹槽与现浇混凝土结合问题。通常预留沥青孔一侧采用每节1m长左右的预制混凝土凹形槽,逐节安装于已浇筑止水片的混凝土墙面上,缝槽用砂浆密封固定,热沥青分节从顶端灌注。需要注意的是在安装预制槽时要格外小心,沥青孔中不能掉进杂物和垃圾。因为沥青孔断面较小,一旦掉进去很难清除干净,必将留下渗漏隐患,所以安装好的预制槽顶端要及时封盖,避免掉进杂物和垃圾。

结束语：

综上所述, 水闸的应用较为广泛，在设计过程中，水闸工程的排水问题与止水问题关系到建筑物的使用性能。这要求设计和施工人员要有高度的责任感和良好的职业道德。尤其要求施工人员有熟练的技能，注重施工中的每道工序。

参考文献 ：

[1] GB 50017- 2002, 混凝土结构设计规范[S]1

[2] 沈长松. 水工建筑物[M]1 北京: 中国水利水电出版社, 20081

[3] 李炜.水力计算手册: 第二版[K]1 北京: 中国水利水电出版社, 20061