树新水闸工程设计和施工要点

李保轩

(广东中灏勘察设计咨询有限公司，广东 肇庆 526000)

0 引言

水利工程能够实现水资源的开发利用，使得其能够更好地为社会发展服务，在对水利工程进行建设过程中，水闸是一个非常重要的组成部分，其设计施工质量会对水利工程的整体质量产生直接影响，明确水利工程中水闸工程的设计施工要点，做好相应的方案设计和施工管理，对水闸质量的改善非常重要。

1 工程概况

树新水闸位于普宁市军埠镇树新村,所在河流为练江的二级支流、金溪水的一级支流陈店截流。现状水闸建于1972年，是一宗以蓄水灌溉为主要功能的中型水闸，担负着普宁市军埠镇汕柄村、大陇村、树脚村、新溪西、湖西村、沟湖村、坷围村和文光村1.33×103hm2耕地以及3.60万人口的生活及工农业用水任务。

树新水闸工程建成至今已运行三十多年，工程总体运行情况较好，未出现大的工程事故，也没有进行过维修和加固。由于建设时期受到技术设备、建筑材料、资金等诸多条件的限制，工程的设计标准、施工质量和设施配套都难以满足现有规程规范要求，遗留问题较多，存在一定的安全隐患。树新水闸目前处于不达标准运行状态，水闸过流能力不足，在台风、暴雨、山洪的共同作用下极易对水闸自身结构、保护范围内的农田及居民生命财产造成严重威胁。

2 气象水文分析

水利工程所处流域属南亚热带季风性湿润气候，多年平均气温21.50℃，多年平均降雨量2 091.60 mm，多年平均风速为1.90 m/s，多年平均最大风速14.30 m/s，夏季多吹偏东风，冬季多吹偏北风。历年最大风速28.70 m/s，风向为NE。多年水面平均蒸发量为1 473.70 mm，多年平均相对湿度为82%。项目区内没有水文站，练江流域内设有国家降雨观测站4个，县级气象站2个。练江流域无流量观测资料，径流计算采用《广东省水文图集》的年径流深等值线图成果。

3 水闸工程设计要点

3.1 做好工程选址

此工程为水闸重建工程，闸址选择主要考虑原址重建和异地重建两种方案。通过比选，本次设计采用原闸址附近重建的方案，新闸址选定在现有闸址上游侧约25 m处。

3.2 重视基础处理

闸址区地面以下20 m深度内分布的②-3、②-5粗砂在区域峰值地震动作用下会发生液化，场地属于对抗震不利地段。闸室地基的粗砂层为强透水性，存在闸基渗漏问题，应进行防渗处理。结合本工程实际情况，通过技术经济比选确定采用直径800 mm，有效厚度624 mm的高压旋喷防渗墙对水闸地基进行防渗处理，同时兼顾液化土的围封。

闸室基层表层土以②-2粉质黏土为主，局部分布有②-1淤泥，闸室基底以下分布有较厚粗砂层。因地基土横向分布不均，粉质黏土层为可塑状态，闸室纵向基底必然存在一定的沉降不均，为了防止闸室发生不均匀沉降；同时消除局部分布的淤泥质土层带来的潜在风险，本次设计采用φ600水泥土搅拌桩对地基土进行加固处理。

3.3 优化结构设计

从保障水闸稳定可靠运行的角度，在对其进行更新过程中，需要对水闸结构进行优化设计，充分考虑当地的气象水文条件，确保水闸主体的结构形式能够很好地满足区域地势结构、水流特征及水利工程的功能性需求，同时也应该考虑水闸的负载情况，保证闸室与翼墙连接的稳固性，避免出现相对滑动的问题。在水闸建筑物设计中，应该做好整体结构和部分结构的规划与计算，最大限度地保证水闸结构的功能性和安全性。

3.4 防渗排水设计

在开展防渗排水设计的过程中，应对各方面的影响因素进行综合考虑，如：水利工程上下游的地基状况、最高水位差等，确保渗漏设施能够与非渗透底板中的渗透区域构成密封不透水边界，在保证安全的情况下，确定好地下轮廓线对应的渗流情况，对渗透水压和抗渗水性进行分析计算。同时，需要在渗流及出逸面上，设置相应的反滤层、减压井和排水沟槽，以此来确保能够将渗水迅速引入下游河道，避免其对水闸基础稳定性的影响。

3.5 强调水利设计

在水闸设计中，还应该结合相关标准和规范的要求，做好相应的水利设计工作，将水闸本身的运行方式及水流过闸状态考虑在内，合理设定闸孔净宽度。应该依照闸下水位指标及水闸所处区域的地质条件，确定消能方式，保证防冲设施尺寸的合理性。另外，部分设计人员在设计环节，可能仅仅只对水闸进行预估，缺乏精确计算，导致最终结果与实际情况偏差较大，很容易引发水闸上下游河床冲淤变化的差异性，造成水位异常的现象。水闸设计规模越大，对于数据精度的要求越高，模型测试的重要性越强，必须切实保证设计计算结果的准确性及合理性，这样才能真正保证水闸设计施工的效果。

4 水闸工程施工要点

4.1 施工导流

树新水闸在旧闸上游约25 m处重建，导流建筑物主要包括导流明渠和上下游土石围堰。枯水期前完成右岸导流明渠的开挖施工，枯水期(第1年10月至第2年3月)填筑上、下游围堰围护闸址区域进行施工，导流时段内的上游来水通过已建好的导流明渠排往下游河道，导流施工期内完成旧闸拆除、工程土方开挖、主体结构混凝土浇筑施工、土方回填等主要土建工作。树新水闸永久性主要水工建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，临时建筑物为5级，为保证安全度汛和施工期导流的要求，工程需在一个枯水期内完成土建工程，河水通过导流明渠排往下游，围堰选取当年10月至次年3月的5年一遇的洪水标准设计。

4.2 地基处理

在该工程中，水泥土搅拌桩的施工采用的是深层搅拌法，搅拌桩桩身固化剂采用42.5R水泥，其掺入量为20%(重量比)；添加剂采用2%的石膏和0.20%的木质素磺酸钙。设备就位后，启动搅拌机沿导向架搅拌下沉，深层搅拌机钻进到一定深度后，开始制备水泥浆，搅拌机下沉达到设计深度后，提升20 cm，开启灰浆泵将水泥浆压入土中，边喷浆边旋转，同时应严格按设计确定的提升速度提升搅拌机，为使水泥浆与土(沙)体搅拌均匀，可二次将搅拌机边旋转沉入土中，直到设计深度后再将搅拌机提升出地面，形成一根搅拌桩。压浆阶段不允许出现断浆现象，严防输浆管堵塞，搅拌机下沉速度0.40～0.70 m/min，提升速度为0.30～0.50 m/min。

4.3 土石方施工

4.3.1 土石方开挖

一般土方开挖用2 m3反铲挖土，装12～15 t自卸汽车运至需要填筑的部位(主要用于围堰填筑)、弃渣场或临时堆放(后期用于主体工程土方回填)，74 kW推土机配合集渣。淤泥质土、淤泥开挖使用2m3反铲挖土，装12～15 t自卸汽车运至弃渣场，74 kW推土机配合集渣。

4.3.2 土石方拆除

建筑物混凝土和浆砌石采用风镐、大锤拆除，拆除渣料装12～15 t自卸汽车运输到弃渣场。启闭机室内老旧设备使用拆卸设备拆除，并用12～15 t自卸汽车运走。围堰拆除用2 m3反铲挖装12～15 t自卸汽车运至需要填筑的部位(主要用于河道疏浚回填)或弃渣场，74 kW推土机配合集渣。导流明渠抛石护底采用挖机拆除，钢板桩采用振动锤拔桩，拆除的块石可重新利用。

4.3.3 土石方填筑

部分土料自土料场外购，部分利用开挖土料，用2 m3挖掘机挖土，装12～15 t自卸汽车运至工作面，74 kW推土机平土，YJZ16型振动碾压实，边角部位采用人工平土，蛙式打夯机压实。石方施工包括抛石、干砌石和浆砌石施工，施工方法以人工为主。石料选用质地坚硬，无裂纹，无风化石料，最小边长≥15 cm。砌筑砂浆配合比应通过实验确定，强度应按M7.5设计标号提高15%。勾缝砂浆宜用中细砂拌制，灰砂比为1∶2。砌石要求平整、稳定、密实和错缝，坐浆砌筑，勾平缝。

4.4 混凝土施工

水闸主体工程混凝土浇筑量巨大，考虑周边环境因素的影响，无法在现场布置混凝土搅拌站。为了保证施工进度，选择商品混凝土进行施工。依照常规方法进行混凝土浇筑作业，混凝土拌和料入仓以泵送为主，入仓振捣采用B-50、φ63转轴式振捣棒。混凝土的浇筑厚度应满足规范允许的范围，并按一定的次序、方向、分层进行，闸、泵、钢筋混凝土底板等重要部位混凝土浇筑时应保证一次连续浇筑完成，避免冷缝的发生。振捣过程中注意控制好振捣时间及避免构筑物边角处漏振，混凝土浇筑完成后应按照规范要求及时进行养护。

4.5 施工效果

重建后树新水闸P=10%设计洪峰流量为150 m3/s，水闸设计为平底板开敞式水闸，闸底高程取1.00 m，通过水闸宽度计算，确定水闸总净宽为18 m，共,4孔，单孔净宽4.50 m。水闸特征水位见表1。

表1 水闸特征水位表

5 结语

总而言之，水利工程建设中，水闸发挥着非常重要的作用，其施工质量与水利工程整体质量和运行安全密切相关，必须得到足够的重视。在针对水利工程水闸进行设计和施工的过程中，应该充分考虑气候因素、地质条件、水流状况等因素的影响，保证设计方案的合理性以及施工作业的有效性，对设计施工要点进行明确，切实做好管理工作，促进水闸施工质量的提高，推动水利工程项目的可持续健康发展。