小型水工建筑設計和施工特點分析

徐祥東

(江西省樂平市水務局，江西 樂平333300)

0 引 言

近年來，隨著我國經濟水平的不斷提高，進一步推動了各行各業的發展，作為國家重要基礎設施之一的水利工程也隨之獲得了長足發展，大、中、小型的水利工程項目日益增多。水工建筑歸屬于建筑結構的范疇，其不但有著十分悠久的歷史，而且還具有非常重要的作用，常見的水工建筑有水庫、水閘、船閘、碼頭、大壩等等。

想要確保水工建筑的作用能夠得以充分發揮，除了要保證設計科學合理之外，還要保證施工質量，這既是前提也是基礎。借此，本文以小型水閘為依托，對其設計與施工進行論述。

1 水閘的作用

在水工建筑中，水閘屬于一種比較特殊的結構，具體是由上、下游連接段和閘室等幾個部分構成，它的主要作用是擋水和泄水，其中上游連接段能夠將水直接引入到閘室當中，有效防止了水外流對河岸及河床的沖刷;閘室是整個水閘中最為重要的組成部分，其能夠對水位和水流量起到控制作用，并且還具有防滲防沖作用;下游連接段主要起著減緩流速的作用，可以避免水流對下游的沖刷。

當水閘關閉閘門擋水時，閘室需要承受來自于上下游水位差產生出來的水平推力，此時很容易造成閘室向下游滑動，所以在閘室進行設計時，必須確保其具有足夠的抗滑穩定性。同時，在上下游水位差的作用下，水會從上游沿著閘基并繞過兩岸連接建筑物向下游滲透，在這一過程中會產生出滲透壓力，對閘基和連接建筑物的穩定性會造成一定程度的影響，特別是一些建設在土基上的水閘，因土體本身的抗滲穩定性較差，所以極有可能引起滲透變形，由此一來會給工程安全帶來威脅。鑒于此，在對水閘進行設計時必須充分考慮各種影響因素。

2 水閘的設計方法

水閘的設計是一項較為復雜且系統的工作，其中選址、消能防沖和閘室安全設計是比較重要的幾個環節，下面就此展開詳細論述。

2.1 水閘選址

在水閘設計過程中，其位置的確定是關鍵環節，若是選址不當，不但有可能引起工程事故，而且還會給后續施工建設造成影響。所以，必須水閘予以足夠的重視。在具體選址時，必須遵循安全、穩定這一基本原則，借此來確保水閘的使用能夠達到相關規定要求。同時，還應對水閘的地質條件予以充分考慮，除了要保證所選的地基具備足夠的承載力之外，還要具有良好抗滲性，如果無法找到符合地質要求的天然地基，則可通過一些技術措施，使其達到要求［1］。

2.2 消能防沖設計

這是水閘設計過程中的重中之重，也是水閘作用得以發揮的前提和基礎，在具體設計時，應以護坦、海漫及防沖墻的設計作為重點。

2.2.1 護坦設計

可以按照以下條件合理確定消力池的形式:水閘實際流量、上下游水位差、河床地質等等，并結合相關規范標準給出的計算方法，對消力池的長度、深度和底板厚度進行計算。由于消力池在運行時需要承受來自于高速水流的沖擊和脈動壓力，所以要求消力池本身必須具備足夠的穩定性、強度及抗沖擊能力，同時還要滿足抗浮的穩定性要求。

2.2.2 海漫設計

消力池雖然能夠將絕大部分的水能量抵消，但是由于受各方面因素的影響，使得流出消力池的水流底部流速較大，而且流速分布也很難及時恢復至正常狀態，這樣一來便會對產生較強的沖刷，因此，對于護坦以下的河床，均應當設置海漫護底，借此來防止沖刷對河床的影響。在對海漫進行設計的過程中，水流擴散及單寬流量的控制是關鍵環節，按照消力池末端單寬流量及河床土質情況，并結合相關規范標準中給出的計算公式，便可對海漫長度進行合理確定。通常情況下，若是下游河床局部沖刷較小，可以考慮考慮采用水平海漫，如果沖刷較大，則應當采用傾斜海漫，或是前平后傾設計。

2.2.3 防沖墻設計

相關研究結果表明，流經海漫末端的水流仍然具備一定的沖刷能力，這會對海漫結構的安全性帶來威脅。為了解決這一問題，可在海漫末端設置防沖墻。在沒有特殊要求的前提下，防沖墻可以采用重力式擋土墻，設計時，應當確保強頂與海漫的頂面齊平;防沖墻的深度可按照水閘設計規范中給出的公式進行計算。

2.3 閘室安全性計算

由上文分析可知，閘室的安全性和穩定性對于整個水閘功能的發揮具有至關重要的作用，所以在對水閘進行設計時，需要對閘室進行相關計算，以此來確保其安全。通過對大量相關工程實踐進行分析可知，為了保證閘室的安全性，需要對如下內容進行計算:負載組合、抗滑穩定性、基底應力等。

3 水閘施工技術要點

水閘施工比較復雜，由于其中涉及的內容較多，一旦某個環節出現問題，都可能會對施工質量造成影響，為此，在實際施工過程中，必須了解并掌握水閘的施工技術要點。

3.1 閘室施工技術要點

1)對于混凝土水閘而言，其通常都是有溫度縫或是沉降縫將閘室分為若干個結構塊，在施工過程中，應當對這些永久性接縫分塊加以充分利用，若是分縫的間距過大，或是澆筑能力不足時，則應當將澆筑塊劃分的小一些，并設置相應的施工縫，澆筑塊實際劃分的大小可以根據施工條件進行確定。

2)在對施工澆筑塊進行合理劃分之后，便可進行混凝土澆筑，在這一過程中，應當對澆筑順序進行合理確定，這不但有助于提高澆筑質量，而且還能加快施工進度。安排澆筑順序時，應當遵循以下原則:先深后淺、先重后輕、先主后次、穿插進行。

3.2 閘底板施工技術要點

3.2.1 整體式底板

當水閘基礎處理完畢之后，可先在基礎面層上鋪設一層素混凝土墊層，其厚度可控制在cm 左右，該墊層的主要作用是保護水閘基礎土體不受擾動;隨后便可對基礎面層進行找平施工，為后續的立模及鋼筋布設打好基礎。

3.2.2 反拱底板

為了最大程度地節省鋼材的使用量，并是混凝土的抗壓性能得到有效發揮，一些水閘在施工中采用了反拱底板。

這種結構一般都是先澆筑閘墩部分，然后再對反拱底板進行澆筑。在具體施工的過程中，需要先挖好基坑，并做好排水措施，同時還要對基坑土體進行夯實處理，隨后便可按照工程設計要求進行放樣開挖，當反拱土模挖好之后，需要在土模上鋪設一層厚度1cm 左右的砂漿，上述工作全部完成之后，便可進行混凝土澆筑。

3.3 閘墩施工技術要點

3.3.1 前期準備

在進行立模之前，應當先在已經澆筑好的底板上準確確定出閘孔中心線和閘墩邊線以及與邊線平行的控制線，并沿著閘墩邊線每隔一定的距離對高程進行測定，以此作為立模和檢查校驗的依據;在已經完成的模板上，確定出工作門和檢修門槽的位置線，并對閘墩模板進行編號后運至現場備用。

3.3.2 立模

在該環節的施工中，應當確保閘墩兩側的模板對應進行，并先立平直模板、后立圓頭模板，同時要保證底層模板上口水平;可在閘墩兩側的模板上每間隔1 m左右對稱鉆圓孔，再將預制混凝土管撐頭放入圓孔當中，并穿入對銷螺栓，需要特別注意的是，撐頭的長度應當與閘墩的厚度相一致，這樣不但能夠對閘墩的厚度起到一定的控制作用，而且還能有效防止模板向內傾斜現象的發生。對銷螺栓能夠承載混凝土的側向壓力，將之與平撐進行連接，還能進一步增強撐木的剛度，當混凝土澆筑完畢之后，可將螺栓從管中拉出，以便下次使用。

3.3.3 澆筑混凝土

立模完畢之后，便可開始進行清倉，使用壓力水對模板內側和閘墩底面進行沖洗，污水可從底層模板上預留的孔中被排出，當清倉工作完畢后，應當將小孔堵塞密封，隨后便可進行混凝土澆筑。在施工過程中，需要對混凝土的上升速度進行控制，防止過大的增加流態混凝土對底板產生測向壓力。如果是開敞式水閘的閘墩，則可以采用滑膜技術進行施工。

3.4 止水施工技術要點

通常情況下，水閘沉陷縫的寬度約為2 ～3 cm左右，為有效避免滲水的情況發生，應當在縫間填入填料，并進行止水處理。填料可以使用瀝青杉木板，而止水材料則可以選用鋁片、紫銅片、橡皮、塑料止水片等等。

其中塑料止水片的止水性能較好，并且具備較高的抗拉強度，能夠承受20 m手頭的靜水壓強，同時還具備良好的彈性、韌性及抗腐蝕性，便于保存和運輸，價格低廉，在工程無特殊要求的前提下，可將塑料止水片作為首選止水材料。對于止水要求相對比較嚴格的工程，可采取止水片與瀝青井結合的方式，并將止水片安裝在瀝青井處。

3.5 閘室上部結構的施工技術要點

在水閘工程中，上部結構通常是指三橋，有些工程中還包含胸墻，其工程量約占閘室混凝土施工的6% ～9%，但由于結構本身比較復雜，所以對施工技術的要求相對較高。在具體施工時，可以采用預制吊裝的施工方法，為便于吊裝。在對上部結構進行設計時，宜采用輕巧薄的形式，如預應力鋼混結構等等。

4 結 論

綜上所述，水閘作為小型水工建筑的一種，其在水利工程中的應用非常廣泛。為了能夠是水閘的功能作用得以充分發揮，除了要保證設計科學、合理之外，還應當在施工過程中，采取可行的技術措施確保水閘的施工質量。在未來一段時期，應當重點加大對水閘等小型水工建筑設計與施工的研究力度，進一步完善設計方法和施工技術，這對于促進我國水利事業的發展具有非常重要的現實意義。

［1］李唐友. 小型水工建筑設計與施工特點研究［J］. 科協論壇:下半月，2013(12):12 －14.