水闸闸室与岸墙分离式设计关键技术分析与实践

2013-09-13韩士标

中国水利 2013年18期

关键词：分离式闸室水闸

韩士标

（安徽省水利水电勘测设计院，230088，合肥）

岸墙是水闸的闸室与两岸连接和过渡的建筑物，其主要作用是维持岸坡的稳定，减小边坡荷载对闸室的不利影响，优化闸室结构应力，增加侧向绕渗长度等。岸墙一般为钢筋混凝土空箱式结构，上部设桥头堡，能够依靠自身重量维持稳定。

由于处理不当，岸墙与闸室间沉降差较大使边孔底板开裂或垂直止水拉裂漏水，甚至闸室变形、启闭困难的实例较多。因此，岸墙与闸室的连接形式事关水闸的安全。因此，合理选择其连接形式是设计师所要考虑的重要问题。

一、闸室与岸墙连接形式的变化

1.原结构形式

20世纪80年代以前，由于受国家经济、技术等条件的制约，水闸多采用素混凝土或少筋混凝土底板，闸墩多采用砌石结构，局部为混凝土或少筋混凝土。闸室每孔底板均分缝，采用水平齿缝与小底板相接，岸墙兼作边墩。

2.存在的问题

该种结构的水闸垂直水流向刚度较小，整体性差，抗震能力较差，上部结构出现裂缝是较为普遍的现象。地质条件差时，更易产生各种问题，影响水闸的安全运行。

3.现行结构形式

近年，随着国家经济实力的增强和科技的进步，钢筋混凝土结构在工程建设中广泛应用，结构布置向整体性强、刚度大方向发展。由此，闸室多采用大、小底板或整体式结构，闸室与岸墙的连接多采用分离式布置，闸墩至少与一侧的大底板相连，闸室整体性好、刚度大，安全性大大提高。

二、闸室与岸墙连接形式研究

根据《水闸设计规范》（SL 265—2001）有关规定，水闸的结构布置应以整体性好、刚度大为原则，同时相临分缝间的沉降差满足规范要求，同时止水有效。

由于水闸两岸的填土高度一般不低于闸室的高度，基底压力从两岸向闸室递减，相邻的基础间会产生沉降差。据统计，设置桥头堡的空箱岸墙完建期基底压力一般为闸室的1.8～2.0倍，因此，可能产生大的不均匀沉降，特别是在闸身较高或地基软弱的条件下更为突出。

1.常见的连接形式及存在的问题

水闸岸墙和闸室的基底压力不同而导致相临基础出现沉降差，应控制其沉降差尽可能小，以确保止水有效。因此，闸室与岸墙的连接形式主要是受地质条件控制，也与闸室高度、施工等因素相关。其连接形式主要有岸墙兼作边墩的联合式和闸室与岸墙分离式两类。

联合布置的岸墙作为边墩，边孔设小底板，闸室整体性差，不均匀沉降使边孔底板应力大，甚至出现闸室变形、闸门难以启闭等现象。仅适用于地质条件较好的工程布置。

图1 分离式布置平面图、剖面图

分离式布置的边墩与岸墙分离，闸室为一整体，边墩只起支承闸门及上部结构的作用，而两岸的土压力全部由岸墙承担，可以减少边墩和闸底板的应力，其适用性较强。

由此，分离式布置要优于联合式布置，也是最常用的布置形式。常规的分离式结构布置见图1。

2.受力状态分析

受两岸地质条件及边荷载的影响，不同时期空箱岸墙的受力状态均不同。施工期、完建期及运行早期，由于受两岸土压力的作用，岸墙向前（河道内）倾斜，后期受地基沉降和边荷载的影响，其可能后仰。软土地基沉降量大，易使岸墙后仰。也就是说完建期岸墙的闸室侧沉降量大于墙后侧，以后随着墙后填土固结度的增加会逐步回调，甚至可能倒挂。

根据岸墙与闸室间垂直止水的构造特点，其纵向剪切变形能力弱。岸墙前倾使沉降差变大而易使垂直止水剪切破坏，而后仰易拉裂止水，因此，工程设计应避免岸墙长期处于这两种状况。

3.对策措施

根据资料统计，完建期一般黏性土地基的固结度可达50%，砂性土地基可达80%，施工期可完成总沉降量的大部分。因此，可采取后期设置止水的方式处理止水破坏的问题。主要是施工顺序的调整，即垂直止水的一侧预留二期混凝土，待沉降基本完成一部分后再浇筑二期混凝土；也可采用压板橡皮的方式增设底板水平止水。

采取工程措施减小边荷载对岸墙的不利影响，减小岸墙后水平土压力，使岸墙基底压力相对均匀，以减小沉降差。对于软土地基，需减小岸墙后地基沉降的不利影响，防止岸墙后仰。

4.工程施工

为了减小边墩和空箱边墙间的相互影响，其间设置过渡带，即两者间相隔一定距离（净距1.0m以上，以方便施工）并采用耳墙相连，上、下游侧及中部均设耳墙，其间设置垂直止水，墙间回填黏性土，厚度2.0～3.0m，即使底板内的水平止水破坏也可使地基不产生渗透破坏。

先进行岸墙施工，闸室后施工，闸室侧的耳墙在垂直止水位置设二期混凝土（见图1），待工程接近竣工、地基沉降达到一定程度后再浇筑二期混凝土，使相邻基础间的后期有效沉降差大大减小。

对于软土地基，为了减小边荷载的不利影响，岸墙后也需进行地基处理，如采用换土、复合地基及桩基等，垂直水流向处理1倍的岸墙底板长度。另外，岸墙后可布设土工格栅减小水平土压力，降低岸墙前趾基底压力，以减小与边墩间的沉降差。

三、工程案例

某中型节制闸闸基为中粉质壤土层，压缩模量最小值为5.27 MPa，平均值为6.95 MPa，属中等压缩性土，地基软弱，层厚0.5～5.0 m，左岸薄右岸厚，其下为粉砂层，强度较高。地基承载力推荐值为80.0kPa。闸室高度为9.0 m，闸室与岸墙为分离式布置。闸室地基承载力满足要求，岸墙处不满足要求。

受施工条件限制，经综合分析，采取的工程措施如下：岸墙地基未处理，墙后采用桩基处理和换土，基础上、下游侧和后侧布设水泥搅拌桩围封墙，并配合放缓施工速度和加强沉降观测等综合控制措施。该闸于2012年8月开始蓄水。根据2013年8月观测资料，该闸最大沉降量和沉降差分别为36.3 mm和22.7 mm，均满足规范规定，止水有效，说明工程施工方案和工程措施效果较好。

另外，淮北市侯王闸、宿州市蕲县闸等均采用分离式布置，闸基地质条件好，垂直止水处一次性浇筑，未设置二期混凝土。目前岸墙与闸室间最大沉降差均较小，止水完好，工程运行正常。