水闸渗透及防渗设施分析

2019-03-15

治淮 2019年2期

关键词：板桩闸室黏性

水闸作为水利工程中的重点建筑物工程，其防渗设施应该得到足够重视。只有科学合理选择防渗设施，提高防渗设施施工质量，才能提升水闸防渗防水技术水平，有效地提高整个水利工程项目的质量。

一、水闸的作用及特点

1.水闸的作用

在水利工程中，水闸主要作为挡水、泄水或取水的建筑物得到广泛应用。水闸利用闸门控制流量和调节水位，闸门开启时，可以实现冲沙、排涝、泄洪，对潮水、洪水进行阻挡及抬高水位的作用。

水闸按闸室的结构形式，可以分为开敞式、胸墙式和涵洞式；根据使用功能的不同，可以分为节制闸、进水闸、冲沙闸、排水闸、挡潮闸、分洪闸等类型，具体内容见表1。

2.水闸的特点

水闸由闸室、上游连接段和下游连接段组成，通常来说水闸大多修建在土基和岩基上的沿岸泄洪道，平原水闸大部分是修建在土基上。由于水闸修建位置的特殊性，水闸必须具有以下几个特点：

（1）要有足够的抗滑稳定性

当水闸关门挡水时，闸室要承受上下游水位差所产生的水平推力，在这种水平推力作用下闸室有可能向下游滑动。因此闸室的设计必须保证有足够的抗滑稳定性。

（2）要有消能防冲措施

当水闸开门泄水时，闸室的总净宽度须保证能通过设计流量。闸的孔径，需按使用要求、闸门形式及工程投资等因素选定。由于过闸水流形态复杂，流速较大，两岸及河床易遭水流冲刷，较大的水流冲击力会形成土基的破坏，要按照一定的使用标准采取有效的消能防冲措施。

（3）要防沉陷

水闸特别是平原水闸的地基多为较松软的土基，具有承载能力小、压缩性大的特点，在水闸自重与外荷载作用下容易产生沉陷或不均匀沉陷现象，从而形成闸室或翼墙的倾斜和下沉、闸门中底板断裂、止水作业破坏，甚至引起结构断裂等问题，严重的还会导致塑性破坏。因此设计时要充分考虑这些问题，避免出现水闸沉陷。

二、水闸渗透

当水闸上、下游存在水位差时，由于水闸地基土壤是透水的，在水头作用下，水流会通过土的孔隙向下游流动，产生渗透。水从上游沿闸基和绕过两岸连接建筑物向下游渗透，产生渗透压力，对闸基和两岸连接建筑物的稳定不利。渗流对土的颗粒也产生动水压力，尤其是对建于土基上的水闸，渗透压力大到一定程度，将发生渗透变形，会危及工程安全。

渗透变形主要是由土的性质、土的几何条件内因及水流的条件外因决定的。内因决定渗透变形出现的形式，外因决定能否产生渗透变形。渗透变形一般可分为流土、管涌、接触冲刷和接触流土等。渗透变形对建筑物的破坏，往往不可预见，而一旦发现，又难以补救，可导致水闸工程的损毁，因此要通过研究水闸的渗透，采取必要措施保护水闸不受破坏。

三、水闸的防渗设施

水闸的防渗设施主要有铺盖、板桩和齿墙。

1.铺盖

铺盖有黏土、混凝土、钢筋混凝土、沥青混凝土，在小型水闸中也有采用浆砌石的。随着土工合成材料的推广应用，亦有采用土工膜防渗的。

（1）黏性土铺盖

为了保证黏性土铺盖碾压施工质量，要严格控制黏性土的含水量，分层压实。每层厚度一般为25～30cm。黏性土铺盖的平面尺寸无论多大，都不分缝，分段施工的交接处应取缓于1∶3的缓坡，以利于结合防渗。表面铺设的干砌石、浆砌块石或混凝土保护层与黏性土铺盖之间，应铺设中粗砂类的过渡层。

（2）沥青混凝土铺盖

沥青混凝土铺盖是用沥青、砂、砾石、矿物粉按一定的配合比例，加热拌和，分层铺筑压实，沥青混凝土铺盖的厚度一般为5～10 cm，通常选用60#石油沥青。沥青混凝土铺盖的柔性虽不如黏性铺盖，但有一定的适应地基变形的能力，也可兼作双向挡水闸的上游护坦之用。沥青混凝土铺盖像黏土铺盖一样，中间不分缝，分层铺筑和压实，各层的铺筑缝须错开。铺盖与闸室或翼墙底板混凝土的连接处，铺盖厚度应适当加厚。

表1 水闸分类表

（3）混凝土及钢筋混凝土铺盖

混凝土铺盖长度一般采用3～5倍的上下游水位差，但不宜超过20cm。因长度超过20cm后，为了减少地基不均匀沉降及温度变化的影响，就要分块并设置永久缝及止水。同理，闸室较宽的情况下，也需设置纵向（顺水流方向）伸缩缝。根据已建工程经验，在地基土质较好时，缝距不宜超过15～20cm，土质中等时，不宜超过10～15cm，土质较差时不宜超过8～12cm。为了减轻翼墙及墙后填土对铺盖不利的影响，靠近翼墙的铺盖，缝距宜采用小值。铺盖边缘与周边建筑物之间接触处亦需设置沉降缝，并设增厚齿墙，缝内设置止水。

2.板桩

板桩的种类按材料不同可分为钢板桩、木板桩、钢筋混凝土板桩等。随着施工技术的提高和新型材料的使用，近年来较常采用施工方便、造价低廉的铅直土工膜的水泥搅拌桩做铅直防渗墙。

目前较多使用钢筋混凝土板桩，它可以打入各种土基。钢筋混凝土板桩一般采用矩形断面，其厚度及宽度主要根据防渗要求和打桩设备条件确定。根据以前的施工经验，最小厚度和宽度均不宜小于20cm，一般采用C20～C25混凝土制作。

为确保板桩的防渗效果，钢筋混凝土板桩拼接面设有凹槽，在板桩就位后，采用水泥砂浆灌入凹槽内。桩尖做成单侧的斜面。板桩的上下段连接处为榫铆，可与板桩一起预制。

3.齿墙

齿墙主要起阻滑作用，同时可增加地下轮廓线的防渗长度。一般用混凝土和钢筋混凝土做成，深度一般为0.50～1.00m，为浅齿墙。如果出现以下两种情况，一般采用深齿墙：①水闸在闸室底板后面紧接斜坡段，并与原河道连接时，在与斜坡连接处的底板下游侧采用深齿墙（墙深大于1.50m），主要是防止斜坡段冲坏后危及闸室安全，保护闸基土不被破坏；②当闸基透水层较浅时，可用深齿墙截断透水层，齿墙底部深入不透水层0.50～1.00m。