水利工程水閘設(shè)計(jì)問題思考

(河海大學(xué)文天學(xué)院 安徽 馬鞍山 243011)

前言

在進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)的時(shí)候，由于其具有復(fù)雜性的特征，并且受到很多因素的影響，所以設(shè)計(jì)人員一定要高度的重視水閘設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和具體的方法，從而才能確保水利工程的順利實(shí)施和進(jìn)行。

一、水閘的選址原則

水閘在進(jìn)行選址的時(shí)候首先要滿足的條件就是要保證水閘的穩(wěn)定和安全同時(shí)還要滿足水閘在使用的時(shí)候所需的要求。水閘在使用的時(shí)候能夠做到水流流態(tài)穩(wěn)定在建設(shè)以后方便管理同時(shí)在進(jìn)行建設(shè)的時(shí)候造價(jià)要經(jīng)濟(jì)。為了更好的滿足以上的要求保證水閘在建設(shè)以后可以很好的使用和管理在進(jìn)行水閘選址的時(shí)候一定要慎重水閘的選址要對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件和水文條件進(jìn)行綜合的分析最好是在完整的宕石地基上進(jìn)行施工或者是在承載能力大抗剪強(qiáng)度高透水性小穩(wěn)定的土質(zhì)地基上進(jìn)行施工。在進(jìn)行水閘施工的區(qū)域如果找不到良好的天然地基就要對(duì)不良的地基進(jìn)出處理這樣可以使地基的情況發(fā)生轉(zhuǎn)變。有些時(shí)候?qū)Φ鼗M(jìn)行技術(shù)處理的花費(fèi)是非常高的這種情況下很多的施工企業(yè)選擇不進(jìn)行地基的處理但是這樣對(duì)水閘的穩(wěn)定性和安全性是影響非常大的為了更好的保證水閘的施工質(zhì)量廠定要對(duì)水閘的選址特別重視同時(shí)要綜合考慮選址這樣才能保證水閘的建設(shè)取得更好的效果。

二、水閘地基處理方法

水閘地基的選址有時(shí)并不是十分理想的在很多的情況下選址的地基地質(zhì)情況是非常不好的為了保證水閘的安全性和穩(wěn)定性要對(duì)地基進(jìn)行必要的處理在進(jìn)行處理的時(shí)候主要是為了保證地基可以在承載力方面得到提高使建設(shè)在上面的建筑物可以更加的穩(wěn)定。對(duì)地基進(jìn)行處理也是為了避免地基出現(xiàn)沉降的情況主要可以避免出現(xiàn)地基危害，同時(shí)對(duì)地基進(jìn)行處理也是為了避免地基出現(xiàn)滲漏的情況，導(dǎo)致地基出現(xiàn)變形的情況。在對(duì)地基進(jìn)行處理的時(shí)候有很多的方法，選用何種處理方法要根據(jù)施工的具體情況來進(jìn)行選擇。

(一)木樁加固法。木樁加固法是對(duì)地基處理的一種非常古老的方法，是一種樁基的處理方法。在進(jìn)行處理的時(shí)候只是對(duì)木樁進(jìn)行簡(jiǎn)單的加固在設(shè)計(jì)方面是非常簡(jiǎn)單的同時(shí)在施工的時(shí)候也是非常方便的。在進(jìn)行施工的時(shí)候不會(huì)受到環(huán)境的影響在施工的時(shí)候使用的材料也是非常常見的。在對(duì)水閘地基進(jìn)行處理的時(shí)候也是沒有更多的方法的這時(shí)木樁加固就是唯一的處理方法這種方法在當(dāng)時(shí)應(yīng)用的是非常廣泛的但是在水利技術(shù)發(fā)展以后這種方法的使用就是非常少的了。在進(jìn)行處理的時(shí)候通常是有兩種處理的方式的廠種是將木樁的樁頭和閘底板澆筑在一起這樣可以形成更加深的基礎(chǔ)廠種是將木樁樁頂設(shè)置在碎石墊層這樣就能達(dá)到一種復(fù)合地基的效果。

(二)換土墊層法。換土墊層法屬于置換法也是一種古老的相當(dāng)成熟的地基處理方法。該方法加固原理比較清楚施工簡(jiǎn)便施工質(zhì)量易于保證是淺層地基處理的首選。為避免工程造價(jià)過高以及增加基坑支護(hù)費(fèi)用廠般換填深度小于3嘰如軟弱土層小于3m下臥層地基承載力較高時(shí)將軟弱土層完全挖除換填后廠般均可滿足水閘對(duì)承載力和變形的要求。如果軟弱土層比較厚僅能換上層軟弱土?xí)r應(yīng)盡量避免采用換土墊層法處理閘基因?yàn)閾Q填后雖然可提高基底持力層的承載力但水閘地基的受力層深度相當(dāng)大不臥軟弱土層在荷載下的長(zhǎng)期變形可能依然很大。實(shí)踐表明采用換土墊層法處理的地基出現(xiàn)問題的相對(duì)比較少故至今仍是水閘淡層地基處理的主要方法之一。

(三)預(yù)壓法。預(yù)壓法是通過預(yù)先加載加速場(chǎng)地土排水固結(jié)以達(dá)到減少沉降和提高地基承載力的目的。該方法特別適用干在持續(xù)荷載作用下體積會(huì)發(fā)生很大壓縮強(qiáng)度會(huì)明顯增長(zhǎng)的土如淤泥質(zhì)土、撇泥和沖填土等飽和粘性土地基等但此方法也有明顯的缺點(diǎn)由于閘基地下水一般與河水連通圍封、降水難度大場(chǎng)地土往往需要比較長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)壓才能完成周結(jié)沉降對(duì)施工工期緊的工程廠般較少使用該方法。

(四)樁基法。樁基法是常用于豎向荷載大而集中或受大面積地面荷載影響的結(jié)構(gòu)以及沉降方面有較高要求的建筑物和精密設(shè)備的基礎(chǔ)。樁基能有效地承受一定的水平荷載和上拔力。樁基按施工方法分可分為預(yù)制樁和灌注樁兩大類。

三、水閘底板混凝土的設(shè)計(jì)分析

(1)目前在對(duì)待混凝土底板結(jié)構(gòu)問題上，一般是允許出現(xiàn)裂縫，而對(duì)其寬度進(jìn)行一定的限制，不同國家和地區(qū)對(duì)不使用環(huán)境和要求下的混凝土建筑物的裂縫寬度有不同的控制標(biāo)準(zhǔn)。我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》允許裂縫寬為0.2～0.3毫米，在對(duì)待裂縫問題上提出限制與允許的兩種方法。變形變化引起的約束應(yīng)力首先要求結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境能給結(jié)構(gòu)以變形的機(jī)會(huì)，即變形得到滿足，則不會(huì)產(chǎn)生約束應(yīng)力。

(2)在全自由狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)可以有任意長(zhǎng)度、任意溫差不產(chǎn)生約束應(yīng)力，因此給結(jié)構(gòu)創(chuàng)造自由變形的條件就是允許原則。在實(shí)際工程中，全自由的理想狀態(tài)不易做到，但是可減少約束，釋放大部分變形，使之出現(xiàn)較低的約束應(yīng)力；結(jié)構(gòu)處于全約束狀態(tài)，要讓任意長(zhǎng)度不設(shè)伸縮縫亦不開裂，則只須所選用的結(jié)構(gòu)材料具有足夠的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸即可。該設(shè)計(jì)原則稱為限制原則。一般說來，對(duì)于限制原則，必須有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備；采取允許原則，必須有充分的變形余地?，F(xiàn)在一般認(rèn)為，混凝土建筑物不出現(xiàn)裂縫是不可能的，或是很困難的。防止裂縫出現(xiàn)，在材料、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)等方面均有一定的研究，但還不夠完善或效果不是十分明顯。

四、水閘施工過程中出現(xiàn)裂縫的原因及預(yù)防措施

(一)水閘施工過程中出現(xiàn)裂縫的原因。首先在水閘施工中，進(jìn)行底板混凝土澆筑之后，水泥發(fā)生了一定的水化反應(yīng)，這樣就釋放出很大的熱量。同時(shí)因?yàn)榈装鍍?nèi)部的溫度基本上都比附近的溫度高，這樣就使得混凝土表面與內(nèi)部出現(xiàn)了很大的溫度差異。再次，在施工過程中，因?yàn)榛炷量估瓘?qiáng)度比較低，并且導(dǎo)熱性能比較差，這樣就使得很多水化熱量堆積在混凝土的內(nèi)部，從而就使得混凝土底板的表面出現(xiàn)了開裂的現(xiàn)象。然后，在對(duì)水閘進(jìn)行施工的時(shí)候，由于底板混凝土的溫度在不斷的降低，這樣就使得混凝土內(nèi)部發(fā)生了一定的溫縮變形。同時(shí)在地基的約束之下，溫縮變形導(dǎo)致底板的中心發(fā)生了拉應(yīng)力，從而就造成了裂縫問題的產(chǎn)生。

(二)水閘施工過程中預(yù)防裂縫出現(xiàn)的措施。首先，要不斷的提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，主要是降低水灰之間的比例，或者在混凝土中添加一些纖維材料，這樣就可以大大的增加抗拉強(qiáng)度。然后，在施工的時(shí)候，如果水灰之間的比例符合的規(guī)定的要求，就可以適量的添加一些減水劑，這樣就能夠很大程度的減少水和水泥的使用含量，從而就能夠有效的降低混凝土的溫度，繼而就能夠防止混凝土出現(xiàn)裂縫的可能。同時(shí)，還可以適當(dāng)?shù)膿饺肱蛎泟?，這樣就可以很大的補(bǔ)償混凝土的體積出現(xiàn)收縮變形的情況，要可以補(bǔ)償混凝土出現(xiàn)溫度變形的情況，也就可以防止混凝土出現(xiàn)裂縫。

最后在對(duì)水閘進(jìn)行施工的過程中，為了降低混凝土在澆筑時(shí)候的溫度，可以適當(dāng)?shù)慕档凸橇系臏囟取s短運(yùn)輸?shù)木嚯x。同時(shí)還可以降低開始施工是，滬寧圖的溫度峰值，也可以減少施工結(jié)束之前的溫度降低幅度，繼而就能夠防止裂縫問題出現(xiàn)在混凝土中。

五、結(jié)語

在水利工程建設(shè)過程中，水閘的設(shè)計(jì)具有非常重要的意義，所以在進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要根據(jù)工程的具體情況，對(duì)附近的環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的分析，并且還要嚴(yán)格的按照規(guī)定的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)于工程施工中可以出現(xiàn)的問題，一定要采取有效的措施進(jìn)行預(yù)防和處理，并且還要將理論與實(shí)踐相結(jié)合，從而才能夠很大程度的提高水閘的設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平。