樹新水閘工程設計和施工要點

李保軒

(廣東中灝勘察設計咨詢有限公司，廣東 肇慶 526000)

0 引言

水利工程能夠實現水資源的開發利用，使得其能夠更好地為社會發展服務，在對水利工程進行建設過程中，水閘是一個非常重要的組成部分，其設計施工質量會對水利工程的整體質量產生直接影響，明確水利工程中水閘工程的設計施工要點，做好相應的方案設計和施工管理，對水閘質量的改善非常重要。

1 工程概況

樹新水閘位于普寧市軍埠鎮樹新村,所在河流為練江的二級支流、金溪水的一級支流陳店截流。現狀水閘建于1972年，是一宗以蓄水灌溉為主要功能的中型水閘，擔負著普寧市軍埠鎮汕柄村、大隴村、樹腳村、新溪西、湖西村、溝湖村、坷圍村和文光村1.33×103hm2耕地以及3.60萬人口的生活及工農業用水任務。

樹新水閘工程建成至今已運行三十多年，工程總體運行情況較好，未出現大的工程事故，也沒有進行過維修和加固。由于建設時期受到技術設備、建筑材料、資金等諸多條件的限制，工程的設計標準、施工質量和設施配套都難以滿足現有規程規范要求，遺留問題較多，存在一定的安全隱患。樹新水閘目前處于不達標準運行狀態，水閘過流能力不足，在臺風、暴雨、山洪的共同作用下極易對水閘自身結構、保護范圍內的農田及居民生命財產造成嚴重威脅。

2 氣象水文分析

水利工程所處流域屬南亞熱帶季風性濕潤氣候，多年平均氣溫21.50℃，多年平均降雨量2 091.60 mm，多年平均風速為1.90 m/s，多年平均最大風速14.30 m/s，夏季多吹偏東風，冬季多吹偏北風。歷年最大風速28.70 m/s，風向為NE。多年水面平均蒸發量為1 473.70 mm，多年平均相對濕度為82%。項目區內沒有水文站，練江流域內設有國家降雨觀測站4個，縣級氣象站2個。練江流域無流量觀測資料，徑流計算采用《廣東省水文圖集》的年徑流深等值線圖成果。

3 水閘工程設計要點

3.1 做好工程選址

此工程為水閘重建工程，閘址選擇主要考慮原址重建和異地重建兩種方案。通過比選，本次設計采用原閘址附近重建的方案，新閘址選定在現有閘址上游側約25 m處。

3.2 重視基礎處理

閘址區地面以下20 m深度內分布的②-3、②-5粗砂在區域峰值地震動作用下會發生液化，場地屬于對抗震不利地段。閘室地基的粗砂層為強透水性，存在閘基滲漏問題，應進行防滲處理。結合本工程實際情況，通過技術經濟比選確定采用直徑800 mm，有效厚度624 mm的高壓旋噴防滲墻對水閘地基進行防滲處理，同時兼顧液化土的圍封。

閘室基層表層土以②-2粉質黏土為主，局部分布有②-1淤泥，閘室基底以下分布有較厚粗砂層。因地基土橫向分布不均，粉質黏土層為可塑狀態，閘室縱向基底必然存在一定的沉降不均，為了防止閘室發生不均勻沉降；同時消除局部分布的淤泥質土層帶來的潛在風險，本次設計采用φ600水泥土攪拌樁對地基土進行加固處理。

3.3 優化結構設計

從保障水閘穩定可靠運行的角度，在對其進行更新過程中，需要對水閘結構進行優化設計，充分考慮當地的氣象水文條件，確保水閘主體的結構形式能夠很好地滿足區域地勢結構、水流特征及水利工程的功能性需求，同時也應該考慮水閘的負載情況，保證閘室與翼墻連接的穩固性，避免出現相對滑動的問題。在水閘建筑物設計中，應該做好整體結構和部分結構的規劃與計算，最大限度地保證水閘結構的功能性和安全性。

3.4 防滲排水設計

在開展防滲排水設計的過程中，應對各方面的影響因素進行綜合考慮，如：水利工程上下游的地基狀況、最高水位差等，確保滲漏設施能夠與非滲透底板中的滲透區域構成密封不透水邊界，在保證安全的情況下，確定好地下輪廓線對應的滲流情況，對滲透水壓和抗滲水性進行分析計算。同時，需要在滲流及出逸面上，設置相應的反濾層、減壓井和排水溝槽，以此來確保能夠將滲水迅速引入下游河道，避免其對水閘基礎穩定性的影響。

3.5 強調水利設計

在水閘設計中，還應該結合相關標準和規范的要求，做好相應的水利設計工作，將水閘本身的運行方式及水流過閘狀態考慮在內，合理設定閘孔凈寬度。應該依照閘下水位指標及水閘所處區域的地質條件，確定消能方式，保證防沖設施尺寸的合理性。另外，部分設計人員在設計環節，可能僅僅只對水閘進行預估，缺乏精確計算，導致最終結果與實際情況偏差較大，很容易引發水閘上下游河床沖淤變化的差異性，造成水位異常的現象。水閘設計規模越大，對于數據精度的要求越高，模型測試的重要性越強，必須切實保證設計計算結果的準確性及合理性，這樣才能真正保證水閘設計施工的效果。

4 水閘工程施工要點

4.1 施工導流

樹新水閘在舊閘上游約25 m處重建，導流建筑物主要包括導流明渠和上下游土石圍堰。枯水期前完成右岸導流明渠的開挖施工，枯水期(第1年10月至第2年3月)填筑上、下游圍堰圍護閘址區域進行施工，導流時段內的上游來水通過已建好的導流明渠排往下游河道，導流施工期內完成舊閘拆除、工程土方開挖、主體結構混凝土澆筑施工、土方回填等主要土建工作。樹新水閘永久性主要水工建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級，臨時建筑物為5級，為保證安全度汛和施工期導流的要求，工程需在一個枯水期內完成土建工程，河水通過導流明渠排往下游，圍堰選取當年10月至次年3月的5年一遇的洪水標準設計。

4.2 地基處理

在該工程中，水泥土攪拌樁的施工采用的是深層攪拌法，攪拌樁樁身固化劑采用42.5R水泥，其摻入量為20%(重量比)；添加劑采用2%的石膏和0.20%的木質素磺酸鈣。設備就位后，啟動攪拌機沿導向架攪拌下沉，深層攪拌機鉆進到一定深度后，開始制備水泥漿，攪拌機下沉達到設計深度后，提升20 cm，開啟灰漿泵將水泥漿壓入土中，邊噴漿邊旋轉，同時應嚴格按設計確定的提升速度提升攪拌機，為使水泥漿與土(沙)體攪拌均勻，可二次將攪拌機邊旋轉沉入土中，直到設計深度后再將攪拌機提升出地面，形成一根攪拌樁。壓漿階段不允許出現斷漿現象，嚴防輸漿管堵塞，攪拌機下沉速度0.40～0.70 m/min，提升速度為0.30～0.50 m/min。

4.3 土石方施工

4.3.1 土石方開挖

一般土方開挖用2 m3反鏟挖土，裝12～15 t自卸汽車運至需要填筑的部位(主要用于圍堰填筑)、棄渣場或臨時堆放(后期用于主體工程土方回填)，74 kW推土機配合集渣。淤泥質土、淤泥開挖使用2m3反鏟挖土，裝12～15 t自卸汽車運至棄渣場，74 kW推土機配合集渣。

4.3.2 土石方拆除

建筑物混凝土和漿砌石采用風鎬、大錘拆除，拆除渣料裝12～15 t自卸汽車運輸到棄渣場。啟閉機室內老舊設備使用拆卸設備拆除，并用12～15 t自卸汽車運走。圍堰拆除用2 m3反鏟挖裝12～15 t自卸汽車運至需要填筑的部位(主要用于河道疏浚回填)或棄渣場，74 kW推土機配合集渣。導流明渠拋石護底采用挖機拆除，鋼板樁采用振動錘拔樁，拆除的塊石可重新利用。

4.3.3 土石方填筑

部分土料自土料場外購，部分利用開挖土料，用2 m3挖掘機挖土，裝12～15 t自卸汽車運至工作面，74 kW推土機平土，YJZ16型振動碾壓實，邊角部位采用人工平土，蛙式打夯機壓實。石方施工包括拋石、干砌石和漿砌石施工，施工方法以人工為主。石料選用質地堅硬，無裂紋，無風化石料，最小邊長≥15 cm。砌筑砂漿配合比應通過實驗確定，強度應按M7.5設計標號提高15%。勾縫砂漿宜用中細砂拌制，灰砂比為1∶2。砌石要求平整、穩定、密實和錯縫，坐漿砌筑，勾平縫。

4.4 混凝土施工

水閘主體工程混凝土澆筑量巨大，考慮周邊環境因素的影響，無法在現場布置混凝土攪拌站。為了保證施工進度，選擇商品混凝土進行施工。依照常規方法進行混凝土澆筑作業，混凝土拌和料入倉以泵送為主，入倉振搗采用B-50、φ63轉軸式振搗棒。混凝土的澆筑厚度應滿足規范允許的范圍，并按一定的次序、方向、分層進行，閘、泵、鋼筋混凝土底板等重要部位混凝土澆筑時應保證一次連續澆筑完成，避免冷縫的發生。振搗過程中注意控制好振搗時間及避免構筑物邊角處漏振，混凝土澆筑完成后應按照規范要求及時進行養護。

4.5 施工效果

重建后樹新水閘P=10%設計洪峰流量為150 m3/s，水閘設計為平底板開敞式水閘，閘底高程取1.00 m，通過水閘寬度計算，確定水閘總凈寬為18 m，共,4孔，單孔凈寬4.50 m。水閘特征水位見表1。

表1 水閘特征水位表

5 結語

總而言之，水利工程建設中，水閘發揮著非常重要的作用，其施工質量與水利工程整體質量和運行安全密切相關，必須得到足夠的重視。在針對水利工程水閘進行設計和施工的過程中，應該充分考慮氣候因素、地質條件、水流狀況等因素的影響，保證設計方案的合理性以及施工作業的有效性，對設計施工要點進行明確，切實做好管理工作，促進水閘施工質量的提高，推動水利工程項目的可持續健康發展。