防滲排水設計在水閘設計中的應用分析

劉培 李志忠 劉廣東 孔慶陽

【摘要】水利工程建設中，水閘起到調整水位和控制水量的作用。水閘閘基在滲透水流作用下，容易產生滲透變形，特別是粉細砂地基，在閘后易出現翻砂冒水現象，嚴重時閘基和兩岸會被掏空，在地震時細砂容易液化。上述情況容易引起水閘沉降、傾斜、斷裂甚至坍塌。因此做好水閘防滲排水設計對當地經濟發展有重要意義。

【關鍵詞】水利水電工程；水閘施工；施工管理

水閘在水利工程與航運中發揮著重要作用，水閘施工質量對水利工程后期使用過程中水流的控制效果與排放效果具有直接影響。所以，在設計水閘過程中，必須注意利用先進的科學方法進行設計，以提高水閘質量。

1、水閘的功能及特點

1.1水閘的功能概述

水閘是一種低水頭水工建筑物，它利用閘門擋水和泄水，多建于河道、渠系及水庫、湖泊岸邊。關閉閘門，可以攔洪、擋潮、抬高水位以滿足灌溉、發電、航運、水產、環保、工業和生活用水等需要，開啟閘門，可以分洪、泄洪、排澇、沖沙、灌溉或者根據下游用水需要調節流量。水閘一般由閘室、上游連接段和下游連接段三部分組成。閘室是水閘的主體控制部門，它包括：閘門、閘墩、邊墩、翼墻、工作橋、交通橋、啟閉機等。

1.2水閘的特點分析

閘址和閘檻高程的選擇根據水閘所負擔的任務和運用要求，綜合考慮地形、地質、水流、泥沙、施工、管理和其他方面等因素，經過技術經濟比較選定。閘址一般設于水流平順、河床及岸坡穩定、地基堅硬密實、抗滲穩定性好、場地開闊的河段。水閘絕大部分都建在土基上，與建在巖基上的沿岸泄洪道相比，平原水閘有如下三個特點：（1）土基承載能力較低、壓縮性較強，因此，易產生較大的沉降或沉降差，進而導致閘室傾斜、止水破壞，閘門底板斷裂，甚至引起水閘失事等事故發生。（2）當水閘泄洪時，雖然水流流速不高，但仍具有一定剩余能量，此時水流對土基產生沖擊作用易導致其被破壞，同時水閘下游水位處于動態變化狀態，因此設計工作必須要保障防沖設施在任何條件下都能滿足使用要求。（3）土基在滲透水流作用下，易產生滲透變形，嚴重情況下會導致水閘斷裂甚至倒塌。基于以上這些特點，在水閘設計中需要解決好以下問題：1）詳細考察實際地質情況，閘址選擇要合理、科學。2）根據地基條件設計與之相適應的閘室結構，以確保二者的穩定性。3）做好防滲設計工作，重點關注上游兩岸、以及連接建筑物部分。4）做好高質量消能放沖設計，減少危害性沖刷及破壞。

2、有效防止水閘滲漏的方法或措施

2.1科學設計排水孔的位置與尺寸

為減少護坦位置滲透壓，要在水平護坦處設計一些垂直的排水孔，并在排水孔下方鋪設反濾層。在水平護坦附近，部分水閘消力池下方排水孔一直設置到尾部，這種方法存在一定缺陷。因為水閘里出來的水流，在經過平穩的整流以后

要從陡坡流至消力池底板，并在相交位置產生收縮水深急流。此處位置不僅流速快、動能也非常高，若在該位置布置排水孔，基部壓力就會作用于排水孔的細粒結構，一些細粒結構會被孔吸住，長時間下去，底板處極有可能被掏空，因此，設計消力池后部時要設計一些垂直型的排水孔，這樣能夠使池底板滲壓降低。

2.2提升閘基排水性能，做好閘基排水工作

水閘的重要功效是有效控制水流排放，要獲得良好的水流排放效果，必須關注消力池下部排水、閘基排水和翼墻排水問題，這就需要提升閘基排水性能。由于上游和下游水存在水位差，上游水會在河床位置深入，進防滲鋪蓋、反濾層等，自排水孔到達下游，地基接觸面積隔水鋪蓋都會變成地下輪廓線，設計地下輪廓線的原則是高防低排。高防低排是在高水位的位置設計淺齒墻和板樁，擴大底板上游滲透面積，使底板所受壓力降低，在低水位側設計排滲管，使地基滲水盡快排除。土基上水閘通常運用平鋪型排水，平鋪型排水是運用具有良好透水功能的粗砂、亂石或礫石等保護閘底，上游和下游間通過此處流通，進而減少閘底滲透壓。正常情況下，可以不專門設計排水體，只有將濾層中較大粗粒濾除就可以。一些水閘工程建設時，底板后水平整流段沒有設計平鋪型的排水體或沒有反濾層，這種設計方式會增加閘底板和陡坡段滲透壓，給水閘安全和穩定帶來嚴重影響。所以，在全面考慮水閘排水功能情況下，均需要將排水體布置在閘室后側的整流段位置，閘基滲透壓在處于排水體初始階段時應該為零。

2.3合理設計水閘建設位置

規劃水閘建設工作過程中，水閘選址工作非常重要。選擇水閘建設地址前要認真分析已經建成的水閘工程的失事情況，分析水閘失事的原因，常見的原因主要是建設地址地質條件較差，或是地質條件雖經過處理，但處理效果不是非常好，一些水閘地質是人工地基，致使水閘滲透破壞。選擇水閘地質是要滿足水閘安全穩定、可以保持穩定的水流，且方便水閘管理。盡量根據水文條件和水閘地質條件選擇地質條件較好的天然地基，如果是巖石地基或承載力較大的土質地基最好，若天然地基地質條件較差，必須運用相關技術進行處理。

2.4有效處理水閘地基

處理水閘地基的方法有很多，目前，我國的水利工程在增強水閘地基承載力方面常用的方法有樁基法、墊層法。木樁加固法是樁基法里運用最多的一種，該方法因為木樁設計簡單、方便施工，又不容易受外界環境影響而在水利工程中廣泛使用。它是把閘底板和木樁的樁頭澆注到一起，產生較深的樁基礎。墊層法也叫做置換法，它的加固原理簡單、施工方便，也能夠較好的確保施工質量，但只適用于處理淺層地基。

3、結語

水閘作為水利工程中的重點建筑物，其防滲排水設計應該得到足夠的重視。提升水閘防滲防水技術水平，提高施工人員的專業素質是非常有必要的，這樣能夠有效的提高整個水利工程質量。當然，提升我國水利工程整體水平的任務艱巨而光榮，任重而道遠。這需要每一個工程人為之不懈努力，不斷提高技術水平，爭優創優，爭先領先。每一位工程人以魯班之匠心投入到工程事業中來，造福社會，造福人民，為和諧社會建設增光添彩。

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