防渗排水设计在水闸设计中的应用分析

刘培 李志忠 刘广东 孔庆阳

【摘要】水利工程建设中，水闸起到调整水位和控制水量的作用。水闸闸基在渗透水流作用下，容易产生渗透变形，特别是粉细砂地基，在闸后易出现翻砂冒水现象，严重时闸基和两岸会被掏空，在地震时细砂容易液化。上述情况容易引起水闸沉降、倾斜、断裂甚至坍塌。因此做好水闸防渗排水设计对当地经济发展有重要意义。

【关键词】水利水电工程；水闸施工；施工管理

水闸在水利工程与航运中发挥着重要作用，水闸施工质量对水利工程后期使用过程中水流的控制效果与排放效果具有直接影响。所以，在设计水闸过程中，必须注意利用先进的科学方法进行设计，以提高水闸质量。

1、水闸的功能及特点

1.1水闸的功能概述

水闸是一种低水头水工建筑物，它利用闸门挡水和泄水，多建于河道、渠系及水庫、湖泊岸边。关闭闸门，可以拦洪、挡潮、抬高水位以满足灌溉、发电、航运、水产、环保、工业和生活用水等需要，开启闸门，可以分洪、泄洪、排涝、冲沙、灌溉或者根据下游用水需要调节流量。水闸一般由闸室、上游连接段和下游连接段三部分组成。闸室是水闸的主体控制部门，它包括：闸门、闸墩、边墩、翼墙、工作桥、交通桥、启闭机等。

1.2水闸的特点分析

闸址和闸槛高程的选择根据水闸所负担的任务和运用要求，综合考虑地形、地质、水流、泥沙、施工、管理和其他方面等因素，经过技术经济比较选定。闸址一般设于水流平顺、河床及岸坡稳定、地基坚硬密实、抗渗稳定性好、场地开阔的河段。水闸绝大部分都建在土基上，与建在岩基上的沿岸泄洪道相比，平原水闸有如下三个特点：（1）土基承载能力较低、压缩性较强，因此，易产生较大的沉降或沉降差，进而导致闸室倾斜、止水破坏，闸门底板断裂，甚至引起水闸失事等事故发生。（2）当水闸泄洪时，虽然水流流速不高，但仍具有一定剩余能量，此时水流对土基产生冲击作用易导致其被破坏，同时水闸下游水位处于动态变化状态，因此设计工作必须要保障防冲设施在任何条件下都能满足使用要求。（3）土基在渗透水流作用下，易产生渗透变形，严重情况下会导致水闸断裂甚至倒塌。基于以上这些特点，在水闸设计中需要解决好以下问题：1）详细考察实际地质情况，闸址选择要合理、科学。2）根据地基条件设计与之相适应的闸室结构，以确保二者的稳定性。3）做好防渗设计工作，重点关注上游两岸、以及连接建筑物部分。4）做好高质量消能放冲设计，减少危害性冲刷及破坏。

2、有效防止水闸渗漏的方法或措施

2.1科学设计排水孔的位置与尺寸

为减少护坦位置渗透压，要在水平护坦处设计一些垂直的排水孔，并在排水孔下方铺设反滤层。在水平护坦附近，部分水闸消力池下方排水孔一直设置到尾部，这种方法存在一定缺陷。因为水闸里出来的水流，在经过平稳的整流以后

要从陡坡流至消力池底板，并在相交位置产生收缩水深急流。此处位置不仅流速快、动能也非常高，若在该位置布置排水孔，基部压力就会作用于排水孔的细粒结构，一些细粒结构会被孔吸住，长时间下去，底板处极有可能被掏空，因此，设计消力池后部时要设计一些垂直型的排水孔，这样能够使池底板渗压降低。

2.2提升闸基排水性能，做好闸基排水工作

水闸的重要功效是有效控制水流排放，要获得良好的水流排放效果，必须关注消力池下部排水、闸基排水和翼墙排水问题，这就需要提升闸基排水性能。由于上游和下游水存在水位差，上游水会在河床位置深入，进防渗铺盖、反滤层等，自排水孔到达下游，地基接触面积隔水铺盖都会变成地下轮廓线，设计地下轮廓线的原则是高防低排。高防低排是在高水位的位置设计浅齿墙和板桩，扩大底板上游渗透面积，使底板所受压力降低，在低水位侧设计排渗管，使地基渗水尽快排除。土基上水闸通常运用平铺型排水，平铺型排水是运用具有良好透水功能的粗砂、乱石或砾石等保护闸底，上游和下游间通过此处流通，进而减少闸底渗透压。正常情况下，可以不专门设计排水体，只有将滤层中较大粗粒滤除就可以。一些水闸工程建设时，底板后水平整流段没有设计平铺型的排水体或没有反滤层，这种设计方式会增加闸底板和陡坡段渗透压，给水闸安全和稳定带来严重影响。所以，在全面考虑水闸排水功能情况下，均需要将排水体布置在闸室后侧的整流段位置，闸基渗透压在处于排水体初始阶段时应该为零。

2.3合理设计水闸建设位置

规划水闸建设工作过程中，水闸选址工作非常重要。选择水闸建设地址前要认真分析已经建成的水闸工程的失事情况，分析水闸失事的原因，常见的原因主要是建设地址地质条件较差，或是地质条件虽经过处理，但处理效果不是非常好，一些水闸地质是人工地基，致使水闸渗透破坏。选择水闸地质是要满足水闸安全稳定、可以保持稳定的水流，且方便水闸管理。尽量根据水文条件和水闸地质条件选择地质条件较好的天然地基，如果是岩石地基或承载力较大的土质地基最好，若天然地基地质条件较差，必须运用相关技术进行处理。

2.4有效处理水闸地基

处理水闸地基的方法有很多，目前，我国的水利工程在增强水闸地基承载力方面常用的方法有桩基法、垫层法。木桩加固法是桩基法里运用最多的一种，该方法因为木桩设计简单、方便施工，又不容易受外界环境影响而在水利工程中广泛使用。它是把闸底板和木桩的桩头浇注到一起，产生较深的桩基础。垫层法也叫做置换法，它的加固原理简单、施工方便，也能够较好的确保施工质量，但只适用于处理浅层地基。

3、结语

水闸作为水利工程中的重点建筑物，其防渗排水设计应该得到足够的重视。提升水闸防渗防水技术水平，提高施工人员的专业素质是非常有必要的，这样能够有效的提高整个水利工程质量。当然，提升我国水利工程整体水平的任务艰巨而光荣，任重而道远。这需要每一个工程人为之不懈努力，不断提高技术水平，争优创优，争先领先。每一位工程人以鲁班之匠心投入到工程事业中来，造福社会，造福人民，为和谐社会建设增光添彩。

参考文献：

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