水利水电工程中水闸施工技术与管理

2021-08-06唐耕耘

新型工业化 2021年4期

唐耕耘

（安徽省水利水电工程建设监理中心，安徽合肥 230000）

0 引言

随着水闸在我国水工建筑的建设过程中被运用的越来越广泛，很多学者对其相关研究也越来越深入，但由于水闸的复杂性，特别是砂土地基上的水闸设计分析等相关问题还有待进行进一步的研究。本文在前人相关研究的基础上，结合实际的工程项目，对砂土地基上的水闸设计进行研究，从而更好地指导工程实践[1]。

1 工程概况

某项目水闸位于漫滩之上，地形较为开阔，地面高程约为23.86m至24.15m。场地地貌单元属风化残丘地貌及三角洲冲积平原地貌，由第四系海陆交互相及冲、残积物组成。根据钻探揭露，场地地层上部覆盖层为第四系（Q）土层，依其成因类型自上而下分为海陆交互层（Q4mc）、冲积层（Q4al）、残积层（Qel），下伏基岩为花岗岩。

表1 土层物理力学参数表

从上表可以看出，地表土层为砾砂层，水闸地基位于砾砂层之上，需对砂性土地基上的水闸进行设计。

2 水闸结构与地基相互作用相关基本理论

水闸建筑结构通常建设在土层地基上，土层地基与水闸结构间的摩擦力直接决定了两者之间的有效应力、弯矩和变形。在现阶段，大部分学者仅仅在进行水闸设计过程中假设水闸结构与地基土之间的接触面为粗糙的，这往往会使得计算结果与实际情况相差很大[2]。基于此，可以采用有限元单位计算方法，在考虑水闸基础与地基接触面粗糙的同时，还可以考虑作用在接触面上非线性的应力-应变关系，这样计算出来的结果与往往与实际情况更为接近。采用有限元法对水闸建筑物结构基础与地基进行分析时，在实际工程过程中，通常会进行两个极端假定：（1）假定接触面为固定支座，水闸结构与地基之间不发生相对变形，仅传递应力和弯矩；（2）假定接触面为滑动的，即水闸建筑结构基础与砂土地基之间无摩擦力的作用，不产生弯矩，不存在水平力，只传递竖向力。通常情况下，水闸建筑结构基础与地基土之间的相互作用位于两种假定之间，通过结合实际接触面的情况，水闸建筑结构的材料，砂土的内摩擦角等，选取两种假定之间的某个特定点进行分析[3]。

3 险情分析

（1）泄流冲刷过程：在进行水闸设计过程中，其中泄流过程中对砂土地基土的冲刷是研究的重点难点，在进行泄水时，由于下游水位较低，上下游之间的水位差相差较大，此时水流产生的动能很大，对砂土地基的冲刷严重，一般情况下，在水闸进行泄流之前，会设置消力池，消力池会卸载大部分水流动能，残余动能对砂土地基土进行冲刷，当冲刷力较强且持续时间较长时，水闸地基砂土被水流携带冲入下游，造成水闸地基板底脱空，水闸失稳，造成工程事故。（2）水力分析：水力的大小主要取决于上下游之间的水位差，当水位差大时，产生的水力大，反之，当水位差较小时，产生的水力较小。在放水条件下，基本情况下均为缓流放水，且通过消力池的消能，产生的水力值基本上在控制范围内。当在恶劣情况下放水，或者在不对称情况下开启水闸闸门时，其产生的水力值往往较大，且其水力值的作用方向往往具有不确定性，从而水力对砂土地基进行冲刷，裹挟砂土冲下下游，造成底板脱空，水闸基础出现不均匀沉降或者下沉，造成工程事故[4]。

4 破坏原因分析及采取的对策措施

通过上述分析，可知在砂土地基上进行水闸设计，其冲刷破坏的主要原因有以下几种：（1）消力池作用有限：消力池对水力的减弱能力较少，使得作用在砂土地基上的水力值较大，水力值过大对砂土地基进行冲刷，造成破坏；（2）水闸设计不合理：水闸设计呈不完全对称结构，导致水闸上面的受力不均衡，在相对薄弱区域，由于水力冲刷，造成底板脱空，使得水闸下侧的砂土流失，造成结构失稳；（3）砂土层性质：当砂土层内摩擦角较少时，更容易出现破坏。针对上述问题，采取的主要应对措施有：①增加消力池的消力效果，将大部分水力值消耗在消力池中，减少水力对水闸下砂土地基的冲刷；②水闸采用对称结构，且保证在开闸过程中对称，使得受力均衡，使冲水压力较为均衡的作用在水闸上；③在水闸施工过程中，应确保施工质量，特别是对于一些搭接缝的处理，采用全封闭措施，防止应水压力过大在水闸部分区域发生渗流，造成水闸破坏；④当砂土层内摩擦角较小，土层性质较差时，在进行水闸施工前，可对砂土地基进行地基处理[5]。