浅析水闸工程施工设计

The Design and Construction of Sluice Engineering

[摘 要] 近些年来，水闸工程广泛应用于水利工程领域。提高水闸工程施工设计质量成为重要研究课题。本文就此进行了相关探讨，首先概述了水闸设计的重要作用及理论依据，其次阐述了水闸施工中水凝土开裂的原因并进行温控措施分析，最后论述了设计与施工质量管理的主要方面。供实际水闸工程建设参考。

[关键词] 水闸 设计施工 混凝土裂缝 控制措施

[Abstract] In recent years, sluice engineering is widely used in hydraulic engineering. Improving the design quality of sluice construction has become an important research topic. This paper discusses this, first outlines the importance and theoretical basis of the sluice design, then expounds the causes of cracking in the construction of water and soil water and analyzes temperature control measure, finally discusses the main aspects of design and construction quality. It is for the actual sluice project reference.

[Keywords] sluice, design and construction, concrete cracks, control measures

一、水闸设计的现实意义及理论基础

水闸工程是重要的水利工程之一，该工程对工农业生产及社会经济发展有重要作用，还有助于抗旱防汛工作。它多建在河道、渠道及水库、湖泊岸边，是具有挡水和泄水功能的低水头水工建筑物。关闭时,可以起到保证上游取水或是通航方便的作用；开启时,可以调节下游水流量供求关系。基于此，水闸设计是施工工程的灵魂，占据重要地位，故水闸设计单位应制订出合理的设计方

案，以便为施工单位提供可靠依据，确保水闸施工的规范性。 水闸的结构组成包括闸室、上游连接段和下游连接段。其中闸室是结构主体，由底板、闸门、闸墩等部分组成，连接上下游和两岸或其它建筑物。闸室的各结构作用不同，其中底板用以传送闸室上部结构的重量及荷载到地基，防渗漏和防冲击；闸门阻拦水流，控制过闸流量；闸墩分隔闸孔，并支承其它结构。上游连接段的组成结构包括冲槽、护坡、翼墙、铺盖和护底，其作用是引导水流和延长流径，确保两岸和闸基渗透水流的抗渗稳定性。下游连接段的组成结构通常包括护坡、翼墙、护坦、海漫、防冲槽等，用以减小出闸水流动能，避免水流过度冲刷河床和岸坡。水闸的作业难度较大，具有地基承载力低，抗渗稳定性差，水位变幅大等特点。

二、水闸施工过程中出现裂缝的原因及预防措施

水闸施工过程中出现裂缝的原因及预防措施 水闸工程广而多，发展时间长，在施工和设计方面都相对成熟。但水闸混凝土施工过程中还是会不可避免的出现裂缝，这引起了人们的普遍关注。下面介绍施工不同阶段底板与闸墩裂缝成因及具体预防措施。

（1）早期裂缝成因：

1）底板混凝土浇筑后,水泥发生水化反应,释放出大量的热量。底板内部温度高于四周温度，使得混凝土表面与内部出现温差。承受力对应温度分布，出现表面承受拉应力,内部承受压应力的规律。由于此阶段混凝土抗拉强度低且导热性能较差,大量的水化热量仍积贮在混凝土内部。故混凝土底板很可能从表面开裂。如果忽略混凝土浇筑质量的不均匀性,裂缝会出现在底板中部。

2）闸墩与底板温度分布规律类似，闸墩外部温度也较内部温度低，使得闸墩中心处的内外温差较大，顺水流方向的拉应力较大，导致闸墩中心处开裂的可能性最大。

（2）后期裂缝成因：

1）底板混凝土温度逐渐下降，使得混凝土内部发生温缩变形，在地基的约

束作用下, 温缩变形使底板中心出现拉应力而导致裂缝出现。但通常情况下，水闸多修筑于土基之上，土体不会对混凝土起到强大的约束力且混凝土的抗拉强度随其龄期的增长有所提高，故修建在土基上的底板混凝土此阶段很少出现裂缝。

2）闸墩在底板的强约束作用下，闸墩内部发生温缩变形，出现了较大的顺水流方向的拉应力而导致中心处或是闸门槽等结构较薄弱处开裂。此阶段开裂的位置相对低一点，多在底板底部 1/3 处。

（3）防裂措施 以上两部分重点研究了水闸施工过程中因温差产生的裂缝问题，下面我们从材料和施工两方面进行优化来进行防裂措施研究。

1）材料优化措施：①降低混凝土的绝热温升 这是最直接、最有效的温控防裂方法，能有效地控制混凝土的温升幅度。②提高混凝土的抗拉强度 通过降低水灰比以及在混凝土中加入纤维材料可使混凝土的抗拉强度增加。水灰比减小后无法保证拉应力的减小，而纤维材料的加入，可明显提升混凝土的抗拉性能。③掺入减水剂或膨胀剂 在水灰比一定的条件下，掺入减水剂可以减少使用水和水泥的量，从而降低混凝土的绝热温升，有利于混凝土的防裂；掺入膨胀剂可在一定程度上补偿混凝土的自身体积收缩变形和混凝土温缩变形,大力改善后期混凝土拉应力状态,有效防止混凝土开裂。

2）施工优化措施：①降低混凝土的浇筑温度 施工中，可采用降低骨料温度、加冰(水)拌合、缩短运输距离等方法实现此目的，可降低混凝土早期温度峰值，从而减小混凝土早期的内外温差以及后期的温降幅度，有效防止混凝土开裂。②保持混凝土表面的温度 这项措施经济且有效，混凝土表面覆盖保温材料后, 内外温差明显减小，使得拉应力随之减小而防止开裂。③减小底板与闸墩的浇筑间歇时间 闸墩后期开裂的原因是由于底板与闸墩浇筑间歇时间过长。通常将底板和闸墩的浇筑间歇时间控制在一个月左右，可减小闸墩浇筑时混凝土的弹性模量和约束作用力，从而减小内部拉应力来防止开裂。④采用后浇带施工技术 沿水流方向将闸墩整体分为三块，浇筑完前后两块后预留中间小区块进行后期施工。以缩短浇筑块沿水流方向的长度，减小底板对闸墩的约束作用，从而闸墩后期的应力状态来减小开裂的可能性。

三、水闸工程的设计及施工质量管理

保证水闸工程按设计标准安全运行是水闸管理工作的一个核心。每个工程技术人员都应根据工程实际，确保工程安全运行，从设计和施工两个方面就水闸管理实践进行阐述。

（1）水闸工程设计中排水与止水问题的解决 水闸工程的排水与止水问题是水闸设计最重要的方面，也是决定工程设计中建筑物使用寿命的终端因素。主要包括消力池底板、闸基、翼墙以及防冲槽的设置这四个方面的排水设计。

（2）水闸施工质量的严格管理 水闸施工各环节都应该严把质量关，除了做好管理控制工作外，还应具备一批技术硬、素质高的施工队伍，按照工程设计要求和规范标准进行施工作业。重点做好两方面工作。

1）保证工程施工质量。具体应该成立质检机构,配备专职质检员。同时,还应建立定期质量检查制度,并评出质量等级。发现违规程序和现象，及时处理。

2）抓住施工关键点。水闸施工中必须保证地基、伸缩缝、闸门、启闭机等主要部位的施工质量，在此基础上，加大质量管理力度，严格按照相关规范进行施工，确保质量。

四、结语

在水利工程水闸施工过程中，我们可能会遇到各种各样的问题，排水和止水是水闸工程中最主要的， 需要我们在水闸设计的时候就予以认真对待， 把工程施工中可能出现的问题尽可能全面地设想到，并研究出妥善的预防及解决措施。 这就需要我们设计单位的工作人员充分发挥自己的能动性，确保设计方案的万无一失。 本文利用大体积混凝土温度场和应力场的基本理论分别分析了水闸底板和闸墩施工期开裂的原因以及可能开裂的位置,并从材料和施工两个角度分别提出了相应的温控防裂方法,可供类似工程参考。 水闸工程的内在质量是一座水闸工程好坏的重要衡量标准。在实际的施工设计中，设计单位和施工单位都要做好自己的本职工作，并密切配合，在了解设计类型和施工条件的基

础上，不断总结经验，利用新方法，使用新工艺技术，以不断提高水闸工程建设质量。

浅析水闸工程施工设计 作者： 郭继宏

作者单位： 太和县水务局 刊名：城市建筑

英文刊名： Urbanism and Architecture 年，卷(期)： 2013(6) 本文链接：

http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_csjz201306237.aspx