水利工程中水閘施工技術研究

陳宇航

(東莞市麻涌鎮工程建設中心，廣東 東莞 523000)

1 概 述

作為水利工程最常見的建筑物，水閘工程的施工質量直接影響到整個水利工程的施工質量。根據目前的研究結果和施工經驗，影響水閘工程施工質量的因素很多，但因工程實際情況不同，影響因素也不同。對于水利水電工程，水閘工程的施工質量還直接影響到電能的轉換率；對于其他水利工程，也均采用水閘工程來進行蓄水和排水，因此水閘工程的施工質量直接關系到水利工程的正常運轉。只有采用適當的水閘工程施工技術，同時對水閘施工過程進行嚴格的施工質量控制，才能保證整個水利工程建設安全有序地進行，才能提高水利工程的整體穩定性。因此，本文對水閘施工技術進行總結和研究，以期為水閘工程施工提供參考與借鑒。

2 水閘施工流程及特點

水閘施工按照規范可分為3個階段，即施工前準備階段、施工階段和施工后管理階段。施工前準備階段是水閘施工的重要環節，主要包括場地勘察、材料準備、圖紙審核等步驟，為施工階段做好準備。施工前應該嚴格審核施工設計，確保每道施工步驟都能安全有序地進行。施工階段是本文討論的主要階段，這一階段進行所有施工步驟，主要包括圍堰施工、土方施工、混凝土施工和金屬結構施工。具體的施工順序是先進行圍堰的建設，然后開挖基坑，進行消力池的施工，最后對上游蓋等部位進行施工。在施工過程中，應該加強整體管理，防止模具倒塌等事故的發生。此外，在施工過程中必須做好管涌問題的防范，施工過程中一旦出現管涌，容易間接導致水閘工程的整體破壞。施工后期管理主要包括兩部分，即保養和檢查。施工完成后，及時對工程進行質量檢測，排除潛在的問題，保證工程質量。施工單位應聯合質檢部門進行自查，然后與監理部門共同進行復查，最后還要質檢部門進行核查。并且還應該按照規定，按時對閘門進行保養，防止使用階段發生安全事故。

3 水閘施工技術方法

3.1 圍堰施工

圍堰是水閘工程施工中的重要環節，水閘工程中的圍堰施工方法常采用的有多種，主要包括土石圍堰法、膜袋沙圍堰法、鋼管樁圍堰法等，以上3種施工方法最為常用。每種圍堰施工方法都有各自的特點，在選擇圍堰施工方案時，應根據工程實際，結合當地水文情況、地質條件綜合考慮。見圖1。

圖1 鋼板樁圍堰施工圖

1) 土石圍堰法。利用土石來進行圍堰施工，該方法施工成本較低，可就地取材，利用現有的材料進行施工，很大程度上降低了施工成本。土石圍堰的結構簡單，抗沖刷能力強，是一種實用的圍堰施工法。土石圍堰法施工時，要先進行實地考察，綜合考慮水位、風浪大小以及安全因素等方面后，確定圍堰的高度、寬度及坡度。土石圍堰施工時，主要通過進占法進行填充，采用挖掘機，按照工程要求和現場施工的情況進行填筑施工，可以單側進行，也可兩側同時進行[1]。填筑達到水平面之后，需要分層進行填充并且逐層壓實。填充的土石需要進行含水量檢測，并進行壓實處理。

2) 膜袋砂法。利用袋裝砂修建圍堰的施工方法，膜袋砂圍堰施工方法的優點很多，主要包括施工速度快、施工成本低、加固效果好，可以采用大型機械進行施工，可以有效保護河岸，有良好的抗沖刷效果。膜袋砂的材料可以就地取材，利用施工現場的砂土就可施工，降低了施工成本。水閘工程膜袋砂圍堰優先選用粒徑0.1 mm以上的牛皮砂，伸縮率大于32%的腈綸纖維布作為土工膜。先對河床表面的雜物進行清理，然后填充一層牛皮砂，厚度至少為1.5 m。牛皮砂填充完成后，對其沉降進行監測，無明顯沉降后才能進行膜袋砂的填充。膜袋砂填充應嚴格按照以下順序：整頓邊坡、膜袋鋪設、張拉定位、填充膜袋砂、填土加高。膜袋砂填充應分層進行，確保下層無明顯沉降后，再進行上層填充，保證填充的密實度。

3) 鋼板樁法。是目前應用最廣的一種施工方法，是利用預制鋼板樁進行圍堰的施工方法，鋼板樁是一種型鋼，邊緣位置帶有鎖口，鋼板樁有多種截面形式[2]。尺寸多樣，連鎖形式簡單，與其他圍堰施工方式相比，可以多次使用，節約了施工成本。鋼板樁的主要優勢在于施工簡便、效率高、成本低且具有較好的止水效果。但鋼板樁也有明顯的缺點，即鋼板樁的剛度較小，受鋼材種類的影響較明顯，制造工藝也有一定影響，如果制造工藝不滿足要求，容易產生安全問題，具有較大的風險。近年來，隨著我國鋼材制造業的發展，鋼板樁的質量有了明顯的提升，施工技術也有很大的改進，施工速度快，施工成本低，是當前應用范圍最廣的一種圍堰施工方法。

3.2 土方施工

在進行土方開挖施工時，應按照施工圖紙上的具體要求先進行標高和放線，按照設計圖紙做好定位工作。土方開挖時，應做好安全措施，防止出現塌方。土方施工應分層開挖，及時設置排水渠，在此基礎上逐層開挖，同時不斷對底層進行處理。土方施工進行到底部時，改用人工挖掘的方式繼續開挖。開挖的順序必須從上到下，在水閘施工位置水位一般較高，如果掏挖，容易造成塌方，產生安全問題[3]。同時，在開挖過程中，應及時開挖排水斜坡，防止地下水聚集。當施工場地中土質含砂率較大時，應設置臨時平臺，保證施工安全。

基礎施工結束后，要進行回填土的施工，可以通過推土機來進行碾壓，對場地進行整平。對于大型機械不能施工的場地，應以人工方式進行回填，并通過打夯的方式進行場地壓實。回填完成后，及時檢測壓實度，確保滿足設計要求。見圖2。

圖2 水下吸泥施工圖

3.3 混凝土施工

在進行混凝土施工前，首先應進行模板安裝。模板安裝完成后，需要進行鋼筋綁扎和安裝，安裝鋼筋前應進行基礎測量放樣，保證安裝平面的位置準確以及高度無誤。先進桁架立筋的安裝，然后綁扎受力鋼筋，注意控制鋼筋保護層厚度。

混凝土施工時，需要提前做好混凝土的攪拌。攪拌過程中，需要嚴格控制混凝土的坍落度，保證混凝土坍落度符合設計要求，如果發現坍落度不符合要求，需要及時進行調整。水閘工程施工中，混凝土澆筑量通常較大，底板混凝土澆筑范圍較廣，為了避免混凝土因為過快的凝結而出現斷層，應采用分層澆筑的方法，階梯狀安排施工進度，精確計算混凝土澆筑速度，保證澆筑質量和混凝土的連續性。澆筑完成后，及時進行振搗，振搗深度至少深入下層混凝土的10 cm范圍，且距離模板的距離不宜小于20 cm，以防破壞模板。因為混凝土體積較大，因此澆筑完成后，需要嚴格控制內外溫度，通常混凝土內外溫差不大于25℃。

3.4 金屬結構施工

金屬結構施工主要是指閘門安裝、門槽預埋件安裝和水封安裝。金屬閘門通常在工廠內預制，采取整片或分片運輸至現場，然后進行安裝。金屬水閘運送至現場后，要進行質量檢測，防止在運送過程中出現問題，保證水閘的施工質量[4]。

門槽預埋件要安裝在閘墩內的型鋼或鋼軌上。在安裝過程中，必須嚴格按照圖紙要求進行，并且做好施工工藝控制。表面提前進行處理，防止因為制造工藝或鐵銹導致尺寸的偏差，影響工程質量。采用現場焊接工藝進行施工時，一定要做好質量控制，防止因為焊縫問題或焊接變形導致接頭處的施工誤差。

水封是對閘門進行密封的設施，完成閘門安裝和門槽預埋件后，需要進行質量檢測，檢測無誤后開始水封的安裝。水封一般采用橡膠材質，在工廠完成預制，運送至現場后進行裝配，一般采用鉆孔施工的形式。水封的材質和形狀需要根據閘門實際情況進行選擇，嚴格按照設計要求進行施工。

4 水閘施工質量影響因素

4.1 管涌現象的預防和處理

管涌常出現在水閘工程基坑開挖過程中，管涌問題的成因主要是基坑底部的土層中有含水層，導致內外產生水位差，水位差產生的壓力會作用在基坑內的土體，導致土體骨架空隙中的顆粒隨著土體中的水流動，從而形成管涌，隨著時間的增加，最終導致塌方事故。在基礎開挖過程中，要時刻注意地下水水位，時刻檢測地下水位水頭，確定透水層的厚度和基坑底部土體的抗浮托能力[5]。預防管涌的基本方法有兩種，井點降水法和土體加固法。井點降水法是指在基坑周圍設置二級井點的方式，使地下水水位線下降至基坑開挖底部以下，然后再進行開挖，井點的數量和深度要根據工程實際情況確定。土體加固法是在基坑開挖之前，對土體進行提前加固，防止出現滲水現象。土體加固的方法有很多，常用的方法有攪拌樁加固法和壓密注漿加固法，通過土體加固可以使基坑底部的土體有較強的抗滲透能力，從而防止管涌發生。見圖3。

圖3 管涌破壞

管涌出現后，要及時采取處理措施，常用的處理方法有集水井強排水法、深井降水法和深層注漿法[6]。集水井強排水法是在管涌出現之后，立即對涌口進行封堵，將基坑內的水排出，然后對基坑進行搶挖。深井降水法是在管涌現象出現后，停止基坑開挖，并對基坑進行回填處理；然后在基坑周圍打深井進行抽水作業，使地下水水頭降至基坑底部0.5 m以下，深井數量根據基坑開挖大小和地下水高度進行確定。注漿法適用于局部出現管涌的情況，當基坑開挖深度較深時，局部出現管涌現象，應立即停止開挖，并進行局部回填，用土石覆蓋管涌點；然后采用注漿法對土體進行加固，漿體中可以加入早強劑加速凝結；漿體凝結后，需要先確認加固層的厚度，如果加固層滿足要求就可以繼續進行開挖。

4.2 消力池施工質量控制

消力池施工圖見圖4。

圖4 消力池施工圖

消力池是水閘工程施工中的重要消能結構，承擔著將下泄急流轉變為平穩緩流的作用，防止下游水文環境被破壞，是重要的水工結構。對于超深消力池的施工，施工工藝更加復雜，涉及深基坑的開挖和大體積混凝土的施工，同時還要保證消力池的消能效果，這在很大程度上增加了施工難度。消力池的穩定運行對于水利工程有重要的作用，高速下泄的水流會對表層混凝土產生沖擊破壞和空蝕作用，導致消力池發生破壞，因此為了避免上述情況發生，必須嚴格控制消力池的施工工藝[7]。首先要控制材料品質，保證混凝土的施工質量，使消力池表層混凝土和內部混凝土能完全結合在一起。消力池的開挖深度應盡可能深，以保證水流的動能充分被消耗。消力池的長度應根據實際情況進行確定，以保證水流的動能消耗充分。

5 結 語

水閘工程是水利工程的重要組成部分，水閘工程對攔截洪水、調節流量都有重要的作用。鑒于水閘工程的施工相對復雜、施工質量的控制難度較大，本文針對水閘工程施工流程、特點、施工技術方法以及施工質量影響因素進行詳細的研究和論述，同時還要加強水閘施工質量監管，完善水閘工程的施工工藝，確保水閘施工安全有序地進行，為水閘工程的安全運行提供保障。