水閘基坑設計與施工

陸李密,徐玉雪

(溫州宏源水電建設有限公司，浙江 溫州 325000)

水利水電工程是為社會群眾提供更好生活服務的民生工程，其施工原則必須是在不影響水資源和自然條件的環境下，對水文水資源進行改造和整頓。隨著時代的發展，國內水利水電工程的基礎設施建設發展越來越好，但是其中涉及運用到的水利水電施工技術還需要進一步提高，并需要根據設計施工中的要點進行分析、改進。

1 水閘設計

1.1 水閘的選址與地基處理

水閘的選址是水利水電工程施工中非常關鍵的環節，在進行選址時需盡量選擇地質較好的地基，并對整個施工場地進行全面的調查，經過全面綜合的考慮后確定最終的水閘選址。一般情況下，在設置水閘之前需要對水閘的地質和水文進行全面分析，選擇相對完整且新鮮的巖石地基進行施工。

1.2 水閘類型的確定

根據水閘在平原地區的作用，可分為進水閘、導流水閘、節制閘、排水閘、分洪閘和沖沙水閘。進水閘一般建在水庫、河流、湖泊的岸邊，作用主要是控制引入水的流量，可以滿足發電、灌溉的需要，故又稱渠首水閘；導流水閘的施工位置與進水閘相同，主要用于滿足其他引水灌溉用水要求。如果建在灌溉渠系中，可以將上一渠道的水轉移到下一渠道。節制閘的主要功能是調節水位，控制水流。枯水期用以攔截河道抬高水位，洪水時期則開閘泄洪控制下泄流量，節制水閘可以通過排水保證水庫的安全；排水閘需要建設在江河沿岸的排水渠出口位置，當河流水位上漲時可以關閉此閘預防洪水，當河流水位退落時可以打開此閘排水，排除兩岸低注地區的澇漬；分洪閘通常會建設在河道的一側，如果洪水量超過安全標準就可以將其分流排到預設的湖泊內，可以保證下游河道不會受到洪水的沖擊；沖沙閘一般修建在渠系中沉沙池末端，當水閘出現泥沙沉積的時候可以打開此閘，利用水流將沉積的泥沙沖走[1]。

在選擇水閘時需要根據工程過閘的水流量來確定水閘的級別，并根據施工場地的地形擬定水閘的形式，為下一步水利計算提供有效依據。

1.3 水力計算

確定水閘的具體類型和形式，就需要對擬安裝水閘河道水力進行計算。計算內容有防沖槽、波浪壓力、水閘過流能力、回水池消能、墩頂高程、河流長度等。工作人員需要提前收集河道中水閘的所有設計資料，在水閘施工前準確計算出所有的設計參數，要核查設計的參數是否能夠滿足后期水閘建設的規模要求。例如，當河道發生洪水時，需要根據流域面積和流量曲線，計算出一個具體的重現期流量，再根據計算結果重新對河道的斷面進行設計和規劃，保證后期閘門建設工程和河道整治工程可以順利開展。將所有水力計算完成后匯總制作成水力計算成果，并為后期水閘計算提供依據[2]。

1.4 水閘結構計算

(1)地基穩定工況分析。按工況分別對閘室、翼墻以及涵洞的穩定進行計算，根據翼墻的計算工況可適當減少閘室和涵洞的工況，一般情況下如果閘室地基穩定分析后需要對完建工況、正常蓄水位工況、設計洪水位工況、校核洪水位工況以及地震工況進行分析，如果沒有設立擋水設施的涵洞經地基穩定分析后應分析地震工況。

(2)擋土墻突降工況分析。平原地區的水閘主要功能為蓄水，通常在水閘的正常運行過程中不會突然放空蓄水，因此在行洪的過程中，如果洪水超標準，水閘需要開閘放水，但洪水經過后依舊需要蓄水。所以，平原地區水閘的上游翼墻處一般不設置排水設施，面對水位突降工況，可將墻前水位視為正常蓄水位，將墻后水位設為校核洪水位進行考慮，如果遇到洪水位超過正常蓄水位1 m的情況，則不應采用洪水位，需要全面考慮滲流滯后的時效性，此時應將墻后水位設置高出蓄水位1 m為宜[3]。

(3)防滲排水設計。在防滲排水設計中，需要考慮水閘最高水位與上下游基礎實際情況的差異，要確保防滲地板和防滲設施能夠使整個水閘上部不滲水，另在確定整個安全范圍后，需要精準計算出坡度下降和滲流的具體數值，通過計算出坡度下降、滲流的抗滲性和滲透壓來建設后續所用到的濾層、排水槽和減壓井，這樣才能保障水閘后續正常運行時可以將滲流水順利地引到下游處[4]。

2 水閘施工要點

水閘施工最重要的是保證水閘的正常運行，能夠令其有效地阻擋上游來水、向下游排水。水閘的施工項目主要可以分為3個部分，分別為上游的連接段、閘室以及下游的連接段。

2.1 水閘基礎開挖

基礎開挖工程開展前，需要對施工現場進行勘察測量，主要是了解施工現場的地質條件以及形狀。然后，監理方將對測量結果和勘測結果進行審查，并在獲得審批結果后，進行正式的土方開挖施工。在基礎開挖的施工過程中，最重要的是控制好整個開挖線。施工人員可以通過測量放樣和設置標志來控制開挖線，既可以避免開挖深度的不足，又可以考慮工程的實際情況和結構，使水閘能夠消除基坑內的殘余水[5]。

2.2 施工導流

施工導流是整個水閘施工中的重要部分，其涉及的導流技術也是整個工程的核心技術，特別適用于基坑排水工程和圍堰施工工程。因此在施工的過程中除了按照規定要求進行建設之外，還需要通過了解工程的運輸總量來設計水閘的整體寬度，以免出現水閘和周邊河道以及道路不連通、不順直的情況。

2.3 地基處理

施工前需要對施工場地的土質進行調查，如果土質為軟土則需要將其挖出后填入適合的土質。另外需要注意的是，將軟土挖除干凈后需要保護邊坡，維持邊坡的穩定性，對填入的新土質量進行嚴格檢查，分層夯實，每層的厚度最好控制在30 cm以內。

2.4 巖石開挖施工

水閘工程開展之前需要對施工場地的巖石和土進行開挖處理，在開挖工程實施前，需要全面調查施工場地的巖層厚度和地質狀況，要保障巖石的厚度可以承受水閘工程的總體重量。另外需保證當洪水來臨時其可以抵擋住較大的沖擊，因此一般在開挖工程開展后需要開展潛孔鉆工作，針對開挖難度較大且較厚的巖石進行爆破處理，在進行爆破工作時一定要嚴格按照爆破規則和流程，充分對現場的人員和各項事物進行檢查，防止爆破作業造成人員傷亡。

3 水閘施工

3.1 截水帷幕施工

建設好基坑后需要在其四周建立起支護排樁，并在每一根支柱的外側安裝一個高壓旋噴樁帷幕，高壓旋噴樁帷幕的深度需要能夠對不透水層進行控制以避免其發生繞流。通常截水帷幕都需要分為東、西兩個部分，最深不得超過24 m，具體深度設定需要根據預先計算好的施工參數和施工孔序確定，可以先對工程進行試驗施工，再根據試驗中所出現的問題對參數和施工孔序進行調整，具體見表1。

表1 截水帷幕初始及試驗施工參數

先利用地質鉆機進行引孔，再使用雙管旋噴樁機來進行噴漿，引孔和噴漿兩項工程在施工過程中需要邊檢查邊調整。

3.2 水泥攪拌樁施工

首先需要對樁機進行定位、對中以及調平，放置好攪拌樁樁位之后再將攪拌樁機搬動到指定的樁位上，對其進行對中和調平操作。然后需要利用經緯儀和吊線錘對導向架進行雙向控制，使其保持垂直度，并嚴格按照設計要求將其垂直度調至到<1.0%樁長。然后將水泥和普通硅酸水泥拌制漿液放入集料之中進行攪拌，將水灰比控制在0.4～0.5。啟動深層攪拌樁機的轉盤，待其攪拌頭的轉速達到正常值后再將鉆桿下沉攪拌。當下沉的深度達到設計值后開啟灰漿泵，將漿通過管路送至出漿口，出漿后拉緊鏈條裝置啟動攪拌樁機，讓出漿與土體充分攪拌融合。施工完一根攪拌樁后將樁機移動到下一根樁位上重復以上操作。

3.3 閘墩施工

閘墩的施工主要可以分為兩個階段，第一施工階段是安裝閘墩模板，第二施工階段是對其進行混凝土澆筑，因為閘墩的高度一般都較高、厚度較薄，因此對施工的要求較高。首先是閘墩模板的安裝，要求模板具有較高的強度和剛度，才能滿足后續混凝土澆筑要求。為了能夠一次性澆筑成功，澆筑面能夠平滑平順且沒有缺陷，需要通過對拉螺栓加固的方式建立鋼筋、鋼管模板，此工程需要消耗到的鋼管、鋼筋數量巨大，需要預先購置大量的材料以免耽誤工期。模板安裝工程完工后先進行清倉處理，之后是混凝土澆筑，在澆筑過程中遇到澆筑落差>2 m時需要另外設置流管，流管的設置位置應在倉內2～3 m 處。要確保每一個區域的混凝土澆筑都進行固定澆筑、人工振搗，并檢查澆筑的混凝土厚度是否在30 cm左右。

4 結 語

水閘的設計和施工對于整個水利水電工程至關重要，因此必須對水閘工程的設計和施工進行全面計算、分析，并預先找出施工的要點，通過對施工場地的實際勘測規范整個施工流程，這樣才能保障施工的順利進行，保障工程的質量。