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摘要：在水闸工程设计中，排水与止水的问题最值得重视的，解决好排水与止水问题，水闸的设计也就完成了一半，所以本文重在针对水闸设计中的一些问题，希望可以为水利工程建设中的水闸设计作出贡献。
关键词：水闸；排水；设计
1水闸的选址原则
在水闸建设过程中，水闸的选址是非常关键的环节。分析已建水闸工程的失事，其主要原因往往是闸址地质条件不好，或虽然经过人工处理但仍未处理好，属于不良人工地基，导致水闸失稳、渗透破坏或者冲刷破坏。水闸选址的原则是水闸稳定安全、能够较好地满足水闸的使用要求、水流流态稳定、水闸便于管理、造价经济。针对上述情况，在满足水闸使用要求和管理的情况下，水闸在选址时应根据水闸的地质条件和水文条件选择地质条件良好的天然地基，最好是选用新鲜完整的岩石地基，或者是承载能力大、抗剪强度高、压缩性低、透水性小、抗渗稳定好的土质地基，如果在规划选址的范围内实在找不到地质良好的天然地基，只能对天然地基进行技术处理。对地基进行技术处理的造价是较高的，一般占总造价的20%～40%。经过技术处理的水闸地基如在施工或管理等方面不规范，容易导致地基破坏，最后致使水闸失事，所以在水闸选址的时候应综合考虑各种情况，选择良好的天然地基。
2水闸地基处理方法
水闸地基处理的方法很多，它们主要用于以下三个方面：（1）增加地基的承载能力，保证建筑物的稳定；（2）消除或减少地基的有害沉降；（3）防止地基渗透变形。
2.1木桩加固法
木桩加固法属于桩基法中的一种，此方法是一种十分古老的地基加固方法。由于木桩加固设计简单，施工方便，取材方便，不受环境限制。直至20世纪60年代初，受技术和经济条件限制，国内水利行业对较深厚的软土闸基处理仍缺乏足够的手段和办法，采用木桩加固地基几乎成为唯一的选择。木桩的设置一般有两种方法，一是将木桩桩头与闸底板浇注在一起，形成类似桩顶铰接的深基础，另一种则在木桩桩顶设碎石垫层，实际上属于复合地基的一种。
2.2换土垫层法
换土垫层法属于置换法，也是一种古老的、相当成熟的地基处理方法。该方法加固原理比较清楚，施工简便，施工质量易于保证，是浅层地基处理的首选。为避免工程造价过高以及增加基坑支护费用，一般换填深度小于3m。当软弱土层小于3m，下卧层地基承载力较高时，将软弱土层完全挖除换填后，一般均可满足水闸对承载力和变形的要求。当软弱土层比较厚（层厚远大于3m），仅能换上层软弱土时，应尽量避免采用换土垫层法处理闸基，因为换填后虽然可提高基底持力层的承载力，但水闸地基的受力层深度相当大，下卧软弱土层在荷载下的长期变形可能依然很大。实践表明采用换土垫层法处理的地基出现问题的相对比较少，故至今仍是水闸淡层地基处理的主要方法之一。
2.3预压法
预压法是通过预先加载，加速场地土排水固结，以达到减少沉降和提高地基承载力的目的。该方法特别适用于在持续荷载作用下体积会发生很大压缩，强度会明显增长的土，如淤泥质土、撇泥和冲填土等饱和粘性土地基等，但此方法也有明显的缺点，由于闸基地下水一般与河水连通，围封、降水难度大，场地土往往需要比较长时间的预压才能完成固结沉降，对施工工期紧的工程，一般较少使用该方法。预压法加固软粘土地基是一种比较成熟的方法，在水闸施工期许可的前提下，采用真空一堆载联合预压法也不失为一个很好的选择。
由于一般闸基砂层比较厚，透水性较强，与外江水力联系紧密，水源补给充分，施工时常沿闸基外侧设l～2排壁式搅拌桩或定喷墙，端部进入相对不透水层以隔断内外水力联系，加固土层厚度小于4m时，可以不设竖向排水，否则必须设砂井或插塑料排水板，目前国内插板机最大插板深度达25m左右，大中型水闸为进一步提高地基承载力，减小不均匀沉降，还往往将排水措施与碎石桩、砂桩或水泥搅拌桩等复合地基结合在一起，在复合地基进行真空预压，形成组合式地基处理方案。故在选择该方法之前要仔细分析场地及地质条件，对表层土为砂性土，以及加固区范围内有强透水层等情况，要在施工前采用适当措施处理，避免出现加固不理想、延误工期等问题。
2.4复合地基法
复合地基一般是指天然地基在地基处理过程中被置换或增强（或在天然地基中设置加筋材料）而形成的由基体（天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。复合地基根据桩体材料的性质一般可分为三类：散粒体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基，也有学者将柔性桩中强度较高的桩（如粉喷桩）细分为半刚性桩复合地基。由于桩体材不同，各类桩的加固机理、适用条件和施工工艺也有很大差异。
3水闸消能防冲方法设计研究
3.1水文条件的变迁
（1）河网区联围筑闸改变了原来河网分流条件，使主河道水位雍高。（2）河道滩地的码头、工厂、道路以及众多的占用河道断面的桥墩，这些设施除了束窄了行洪断面外，还改变了河道原来的天然状况，改变了水流的边界条件，加大了糙率，因而雍高水位。
3.2河道地形的变迁
一般来说，天然河道随季节的变化，来水量和含砂量都在变化，河床总是时冲时淤，处于动态平衡状态。若河道上游筑水库，则拦截了洪水，削平了洪峰，亦拦截了泥砂。洪峰值少，夹带泥砂少，改变了天然的动态平衡状态，河道筑闸后，加剧了这种不平衡状态。由于水闸消能设计的控制工况是：保持闸上最高蓄水位，宣泄上游多余来水量，下游水位取下限值，水闸防冲设计的控制工况是：水闸泄放最大设计洪水量，相应下游水位最低，所以由于下游河床不断降低，下游水位低值也随之降低，随河道变迁出现的新低水位低于原设计工况的下限低值，原控制条件就不能适应变化了的河床，消能防冲效果必然差，很多水闸经常发生护坦或海漫被冲坏的情况。
4水闸止水伸缩缝渗漏问题
水闸渗漏的问题在水利工程的建设中经常出现，并且基本都集中在止水伸缩缝上的问题。下面从渗漏的原因入手探讨分析，并提出了一些有效的预防措施和准备。
4.1渗漏原因
在水闸工程建设中，止水伸缩缝发生渗漏的原因有很多，其中有设计、施工以及材料本身的原因等等，但是其中的大部分都是由施工不慎所引起的，所以，水利工程建设规定止水伸缩缝施工都必须有严格的施工措施、工艺和施工方法。在水利工程建设施工过程中，会引起水闸渗漏的原因通常有以下几条：
（1）止水片上的水泥渣、油渍等污物没有对其进行彻底的清除，在浇筑混凝土的过程中混有杂物，使得止水片与混凝土无法很好的结合而导致渗漏；
（2）止水片上有砂眼、钉孔或者接缝不可靠而导致渗漏；
（3）止水片处混凝土浇筑出现问题，在凝结过程中可能有气孔而造成的渗漏；
4.2止水伸缩缝渗漏的预防措施和准备
（1）止水片上污渍杂物问题
在水利工程的施工过程中，使用脱模剂对模板进行处理的时候容易使止水片沾上脱模剂的污渍，从而导致在浇筑混凝土时可能出现渗漏，所以模板上使有脱模剂的这道工序，必须要安排在模板安装之前并在仓面外脱模完成。在浇筑过程中不断会有杂物掉到止水片上，故在初次清除的基础上还要强调在混凝土淹埋止水片时再次清除这道工序。
（2）止水片砂眼、钉孔和接缝问题
在止水片材料的采购中，应当对材料的审核严格把关。不但止水片材料的品种、规格和性能要满足水利工程建设的规范和设计的要求，对其外观也要进行仔细的检查，对不合格的材料应当及时的更换和清仓。止水片在安装的时候，也必须有施工人员在一旁协助，在以往的施工中，技术人员会将止水片用铁钉钉在模板上，这样就会在止水片上留下钉孔，影响止水的效果。这种现象是可以避免的，方法就是采取模板嵌固来固定止水片。
（3）沉降差对止水结构的影响问题
沉降差很难得到避免，究其原因，其中有设计方面的因素，当然也有施工方面的因素。在施工中因为结构荷载的不同，沉降量通常也不尽相同，大的沉降差通常都会出现在荷载悬殊的结构之间。施工方面可以采取预沉和设置二次浇筑带的施工措施来降低沉降差。
5水闸排水
5.1消力池底板排水孔
消力池底板具有承受水流的冲击力、水流脉动压力和底部扬压力的多重作用，具备相当的重量和强度，能够抗击重物冲击、经压耐磨。为了有效减少护板底端的渗透压力，可以在水平护板的后半部分设置部分垂直的排水孔，排水孔的下面可以铺一层反滤层，同时，排水孔呈梅花形布置，能够最大限度的进行排水。
有一部分的水闸工程，其中的消力池底板排水孔是从水平护板的首端一直延伸到尾部，其中护板全部布设有排水孔。目前关于此种布置，工程专家尚未有定论，因为，水流在出闸以后，经过平稳的整流排水后，经过陡坡段流向消力池的水平底板处，在陡坡段的末端和水平底板的水平段相交处附近形成有效的收缩水深，所以此处动能最大，即流速水头也是最大的，产生水中压强则是最小的。
5.2翼墙排水孔的设计
在水闸建成以后，除了闸基会出现渗流以外，渗水从河水的上游绕过翼墙、岸墙和刺墙后向下游流去，成为侧向渗流。这种渗流很有可能会造成水闸底板渗透压力的增大，并使得渗流出口处发生严重危害性的渗透压力的变形，所以在水利工程建设中应当做好侧方向防渗排水设施。
为了排出积蓄的渗水，设置为单向水龙头的水闸可以在下游翼墙和保护坡处设置多个排水孔，并且在挡土墙的另一侧孔口处设置反滤层。但是，有些水利工程建设中的布置与设计，却是在进口翼墙处设置了多个排水孔，这种无效且浪费资源的设计，使得翼墙失去了大部分防渗、抗冲、增加渗透路径的能力，使得上游的水流并不是从垂直方向流向插入河岸的墙后绕渗，而是直接从排水孔渗入翼墙的后面，这将有效减少渗透路径，增加了渗流的作用，同时也将减小翼墙插入河岸的作用。
5.3防冲槽的设置
水流经过关卡之后，水流的能量和速度已经得到进一步的消除与减缓，但末端水流仍然具有一定的冲击与洗刷能力，所以河床仍然难免受到冲刷。在末端采取加固稳定措施，即设置防冲槽。
在水利工程建设中，常见的防冲槽有抛石防冲槽和齿墙或板桩式防冲槽两种。在末端处挖槽抛石，留下足够的石块，当水流冲刷河床形成冲坑的时候，预留在槽内的石块沿冲刷的斜坡陡段滚下，铺盖在冲坑的上游斜坡的上面。防止冲刷坑向上游扩展，保护工程的安全。
结束语：
水闸的设计在水利工程的设计与施工中有着非常重要的位置。在对其进行设计时要充分考虑好实际情况，对周围的环境有一个详细的调查和研究，对其设计的各个方面都要严格按照要求来执行，从而保证水利工程的质量与安全。
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