涵闸的防渗设计探讨

管超

【摘要】随着水利工程的不断发展，我国大量的水工建筑物陆续得到加固改造。大量水闸运用经验说明，水闸由于闸基和闸两岸连接段渗透破坏而造成失事占有很大的比重。因此，在后期新建或加固改造水闸防渗设计中，防止闸基及两侧渗透变形破坏，是水闸设计中的一项重要内容之一。

【关键词】涵闸；渗透变形；防渗设计

1、涵闸渗透变形的危害

所谓闸基的渗透变形是指地基土在渗流作用下所发生的结构破坏，这种破坏性的渗透变形，主要包括管涌、流土、接触冲刷、接触流土四种。其中前两种是主要的。管涌：管涌是指闸基（对于坝为坝身、坝基）的个别土壤颗粒被渗流带走的现象。通常分为扣机管涌和化学管涌两种在岩基中主要危险是化学管涌，及渗透水可将地基中的盐类溶解带走，在地基内形成孔穴，危机水闸安全。而在土基中，主要是扣機管涌。流土：粘性土和无粘性非管涌土可能产生流土。及渗透水流会把整片的土带走。

2、涵洞防渗布置的任务和要求

涵前或涵上渠水所形成的水头促使水在涵与土的接触缝及涵周围土体孔隙中移动，渗透水流由水头较大的一面向较小的一面流动。

渗透水流将给涵洞周边以压力，作用于底面上的渗透压力将减轻涵洞的有效重量。同时沿涵洞四周或土体中移动的渗流有可能将土颗粒带走或在渗流逸出处造成整块土体的移动，即产生管涌或流土。涵洞防渗布置的任务是要通过调整渗径长度进而调整渗流出逸坡或出逸流速，以防止发生管涌或流土。

有压涵洞内壁承受内水压力或由于真空所产生的负压作用，有可能在涵管接头处内水被压出，或由于真空的抽吸作用使涵洞周围填土被吸进管内，使外部出现淘空现象，导致渗流破坏。因此，有压涵洞的接头要做好止水，它的作用一方面是为保证涵洞有足够的渗径以防止渗透破坏，另一方面也为防止在正压作用下使管节接头遭到破坏。

3、涵洞防渗布置的一般措施

灌排系统中的小型涵洞，一般可采用直线比例法确定所需要的不透水段长度，当涵洞的长度不满足渗径长度要求时，多采用设截水环的办法增加渗径长度。

渠下排涵应考虑涵前水头及涵上渠过水两种情况对渗径长度的要求。在寒冷地区，由于土的冻融作用，使与涵壁接触面土的抗渗性能降低。春季通水时，往往由于上述原因产生渗透破坏。因此，在寒冷地区的渠下排涵设计中，除满足基本渗径长度要求外，还往往设截水环，，以加长渗径长度。根据寒冷地区的经验，通常隔6～8米设置一道截水环。

4、渗透计算

上，下游最大水位差Hmax=48.60-47.30=1.3m；

根据地质勘察报告揭露，地基土壤类别为粗纱；

在有反滤层的情况下， C=5；

地下轮廓线长度：

L=CHmax=5×1.3=6.5m

5、涵闸的防渗设备

防渗设施是指构成地下轮廓的铺盖、板桩及齿墙。设置防渗设备以延长渗径，降低渗透压力，防止土壤的渗透变形，通过防渗设备的布置来调整或减少作用于建筑物下面的渗透压力，以利于建筑物的稳定，所以本工程设计中防渗设备类型采用钢筋混凝土铺盖与边墙连成整体均成U型结构。排水设施则是指铺设在护坦、浆砌石海漫底部或闸底板下游段起导渗作用的沙砾石层。

钢筋混凝土铺盖的厚度采用0.5m，以满足U型结构强度要求。

（1）水闸的防渗措施

设置防渗设备来延长渗径，降低渗透压力，防止土壤的渗透变形。

设置排水设备，将渗透水流妥善引出，提高土壤抵抗渗透变形的能力。

通过防渗设备的布置，来调整或减少作用于建筑物下部的渗透压力，以利建筑物的稳定。

（2）防渗设备的类型

防渗设备对于底部地下轮廓线而言，包括闸前铺盖、闸底板、护坦、齿样或板桩等。

铺盖仅靠底版上游端，它的主要作用是增加闸前渗径，同时兼有防冲作用。有时钢筋混凝土铺盖与闸底板间设有铰性连接，可以起到抗滑作用。

铺盖可分为：粘土及亚粘土铺盖、浆砌石或混凝土铺盖、钢筋混凝土铺盖。

（3）排水设备及反滤层

排水设备系指防渗设备中的导渗部分。设置排水设备，主要是为了将渗透水流妥善引出，降低渗压，排除闸基渗水，提高土壤抵抗渗透变形能力，排水设备布置在闸底版和护坦下，采用直径1～2cm的碎石平铺在地基面上，厚度0.15m。

排水设备分为水平排水和垂直排水两种，水平排水又可分为平铺式排水和水平带状排水两种形式。

为防止排水和地基土壤接触处容易发生渗透破坏，在排水水层和地基土壤间应设反滤层，采用无防布。

反滤层一般是由2～3层不同粒径的砂性土壤构成，反滤层的粒径随着渗流方向而增加。有时也把排水层看作是反滤层的最后一层。反滤层的每层厚度一般为15～25cm。反滤层的透水层必须大于被保护土层的透水性。

钟祥市所建的一些中小型涵闸，无论是砂性土地基还是粘性土地基，一般反滤层多用两层，下层采用中砂与细砂的混合物，上层采用粗砂与砾石的混合物。有些建在砂性土地基上的涵闸反滤层采用三层。

（4）止水设备

为了适应由于各种原因，如不均匀沉降，温度变化以及冻融作用等产生的变形或构造要求，在水闸各构件间均会有接缝，凡根据防渗要求不允许投水的缝，都应设止水设备。

止水缝可分为水平缝和垂直缝，缝中分别设有水平止水和垂直止水。垂直缝主要设在闸墩缝墩之间，闸边墩与翼墙之间，以及翼墙各分段之间。

水平逢主要设在闸前铺盖与闸底板之间，铺盖与两侧翼墙之间，闸底板之间，翼墙底板之间，有时闸后护坦与底板之间和护坦与翼墙之间，也用水平止水缝。

各种接缝，分缝间距和缝宽根据相对沉陷量，温度伸缩和结构要求来拟定，一般分缝间距不超过15～20m，缝宽采用1～3cm。常用止水材料有沥青油毛毡，沥青麻片，金属止水片和塑料止水带等几种。

沥青油毛毡和沥青麻片可用于小型工程，有时也用于重要止水的充填料。

6、结束语

本文通过分析与研究涵闸渗透变形的形成原因以及当前在对涵闸防渗设计加固施工中使用的各种措施，可使涵闸等水工建筑物具备泄洪、输水的基本功能的同时，兼具保持水土、保护水资源及周边群众的安全的使命。文章探讨的涵闸防渗设计具有一定的实用价值，特别是对现阶段常见的水库、涵闸的除险加固工程有一定指导意义，因此值得应用与推广。