小型水闸工程基础加固与防渗设计
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摘 要：水闸在水利水电工程中有着独特作用，是现代许多水利工程中不可或缺的部分。其中，小型水闸的应用更为广泛。但由于水闸功能的特殊性导致其在使用中承受着更多来自于工程本身以及外界环境的压力，其基础稳定性与防渗常常会出现各种问题。对此，就需要我们加强小型水闸工程基础加固与防渗设计的研究，以便为水闸工程拟定出更有效的解决方案。本文分析了小型水闸工程基础加固与防渗设计的前期注意要点，并结合实际工程案例对其基础加固与防渗设计进行了探讨。
关键词：水闸工程;基础加固;基础防渗
1 引言
在水利水电工程中水闸是一种十分常见的建筑，是水工建筑的重要组成部分，主要起着挡水、泄水的作用。目前，水闸已经广泛应用在各种水利工程中，尤其是小型水闸更是灌溉、排水、发电、航运等工程中的必备部分。然而，小型水闸工程在实际使用中由于长期承受着较大水平方向上的水压，加之其土基部位摩擦力较小或减弱，就会出现滑动，从而造成闸基渗流，进而严重影响水闸的稳定性。因此，在小型水闸工程建设时必须对闸基进行必要加固并采取防渗措施。但在实际操作中，小型水闸基础加固与防渗的设计却成为制约工程质量的重要问题，需要我们在水闸建设中通过更全面的研究分析来找到最合理的基础加固与防渗处理方法。
2 小型水闸工程基础加固与防渗设计前期注意要点
在进行小型水闸工程基础加固与防渗设计之前需要先做好充分的前期调查工作，以便为具体处理方案的制定提供有力依据，以提升设计的科学合理性。
首先，应详细了解水闸工程建设的相关结构条件，如水闸建筑的体型、刚度、受力体系、地基本身的承载力、建筑材料及其使用要求;建筑本身荷载情况;基础的类型、布置与深埋;基底压力、承载能力和变形阈值等。
其次，应充分掌握水闸工程位置的地质情况，如现场地形、地质成因、地基成层情况、软弱土的厚度与分布、持力层位置、地下水与地基土的物理力学特性。这主要是由于地质条件的不同会产生不同的软弱地基形状，这将直接决定所应采取的加固与防渗措施。同时即使是统一工程场地其不同位置的地质条件也有可能存在较大差异，如此就更需要全面了解。
再次，在确定并设计处理方案时还必须将工程现场的环境因素也考虑在内。这里的环境影响主要指水闸工程与周边环境之间的影响。例如在利用强夯法与振动砂桩密实法进行加固防渗施工时其振动所产生的噪音以及尘土都可能给周边居民生活和建筑造成影响;以真空预压法、降水预压法施工时有可能会对周围建筑造成沉降。因此通过对水闸工程周边环境的了解有利于设计出合理的方案从而将这些影响提前规避掉。
最后，要对工程施工条件做好调查分析与研究，并对施工条件的各方面利弊进行全盘考虑，以最终设计出最佳处理方案。例如对于施工的占地应考虑其占地大小对施工便利性以及经济造价两方面的影响;对施工工期要求进行明确，如工期不紧，则可以考虑缓慢加荷的处理方法来进行基础加固与防渗，如果工期时间短，就应结合具体情况选择满足工期要求的处理方式;要考虑到工程施工材料的取材条件，如能就地取材则尽量以当地材料为主;要考虑工程所具备的机械设备条件、工程难易程度、工程施工以及质量控制水平、造价预算等，以便为基础加固与防渗设计提供更全面的信息支持。
3 小型水闸工程基础加固与防渗设计研究
在做好小型水闸工程基础加固与防渗设计的前期调查工作后，就可以展开实际的设计。由于水闸基础加固有多种施工方法，防渗处理也有多种技术，所以设计中必须结合前期调查到的情况力求做到科学合理。此处以天津蓟运河防潮闸为例具体探讨其基础与防渗设计。
3.1 蓟运河防潮闸概况
设计流量：1200m?/s;上游最高蓄水位：2.14m;下游最高潮位：1.91m;孔位：全部闸孔共14个，中间过流孔12个，单孔宽8m。
水闸参数：墩厚1.3m，闸室宽128.9m。闸室底板是分离结构，每个底板下设置有8～12个灌柱装。闸室下游设消力池，池长16m。水闸采用上下双扉门，门槽上设有机架桥。
地质条件：防潮闸基是近代形成的海沉基层，土质松软且饱和。地层共分三层，水闸持力层在第二层，该层由上而下土质依次为自流塑的轻亚粘土、软塑的亚粘土、硬塑的重亚粘土。
蓟运河防潮闸于1973年建成，后在多年的使用中出现各种问题如闸基下沉、底板脱空、灌注桩断裂等，且在长期自然因素的侵蚀下出现不同程度老化与裂缝现象，极大的影响了工程的正常使用与功能的发挥。虽然后期经多次修复处理但并未彻底解决其底板脱空、灌注桩质量缺陷、闸室渗流与抗滑性降低等问题。因此，在1997年再次对防潮闸进行了加固与防渗处理并在一定程度上使水闸的问题得到解决。
3.2 水闸基础加固设计试验
在对防潮闸进行加固设计时，为提升加固措施的合理性与有效性，根据防潮闸存在的问题先进行了设计加固试验。设计加固试验选择在水闸的第4孔位置实施基础加固试验。试验中所采取的加固措施为：①针对闸基渗流与稳定性问题主要通过在上、下游设置旋喷桩防渗墙的方式来解决。该防渗墙是以选喷方式搅拌并破坏原有土体，然后再通过水泥浆的注入来增强土体力学性能，由此形成的防渗墙在厚度、强度以及防渗性方面都更为出色。②针对闸室底板脱空问题主要以基础接触灌浆的方式进行解决。③对于闸室的抗滑问题则通过复合桩加以解决。这主要是因为原有灌注桩断裂问题严重，直接进行修补难度较大，而复合桩是通过旋喷技术对墩底板下的灌注桩封堵加固形成的，其加固效果好，施工也更为简单，同时在强度上也可满足工程要求。
3.3 水闸基础加固设计
经过试验最终形成如下基础加固设计方案：灌注桩采用在原桩上、下游布孔，然后进行选喷与两侧摆喷包裹的方案，最终以复合桩体来增强水平荷载能力。
旋喷孔设计在距灌注桩上、下游边缘30cm处，加固深度确定为6m。选喷采取先摆喷再旋喷的顺序，保证其包裹厚度不低于20cm。选喷桩直径确定为90cm。由此形成的复合桩顺水流向截面最大为235cm，垂直流向截面不低于115cm。
3.4 水闸基础防渗设计
由于防潮闸闸室底板与上、下游阻滑板脱空严重，基础防渗已破坏殆尽，所以在防渗处理时若采用水平防渗技术就将面临极大的脱空处理面积，同时在缺少围堰的情况下其施工较为困难，投入也更多。對此，防潮闸的防渗设计最终选定垂直防渗技术。其具体方案是在闸室的上下游设置由旋喷桩彼此套叠形成的防渗墙，桩距0.7m，直径0.9m，防渗墙厚度在0.5m，墙深入底板5m。如此处理后的闸室水平段水力坡降、出口水力坡降以及垂直防渗墙深度都能达到预期设计要求。
4 结语
综上可见，小型水闸工程基础在加固与防渗处理方面具有极强的专业性与系统性，需要在实际工程项目中充分做好前期调研工作，并通过对工程各方面情况的分析科学的选择处理技术和施工措施，从而确定出最佳的设计方案，以切实提升水闸工程的稳定性与防渗性。
参考文献：
[1] 历勇，陶桂彬.小型水闸工程基础加固与防渗施工[J].科技创新与应用，2017（8）：210.
[2] 方大勇，杜秀忠，杨光华，李川，孙昌利，王飞.软土地区某水闸基础加固研究[J].广东水利水电，2015（9）：54～57+61.
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