【摘 要】本文以韓江東山（禾埕崗）水利樞紐工程為例，就水閘的選址，水閘的地基設(shè)計，水閘的消能放沖，閘下游水流銜接等要點進行了探討。

【關(guān)鍵詞】水閘；地基；消能防沖

水閘一般由閘室、防滲排水設(shè)施、消能防沖設(shè)施及兩岸連接建筑物四個部分組成，閘室是水閘擋水和控制過閘水流的主體部分，它包括底板、閘墩、閘門、胸墻和工作橋。防滲排水設(shè)施是為了使閘基滲流處于安全工況而設(shè)置的，防滲設(shè)施通常多在水閘的高水位一側(cè)，用透水性小的材料如粘土、鋼筋混凝土等筑成水平防滲鋪蓋，或用板樁形成垂直防滲幕，借以增長閘基的滲流途徑，減小作用于閘底的滲透壓力，消除閘基產(chǎn)生滲透變形的可能性；在靠近閘室低水位一側(cè)，設(shè)置排水設(shè)備，使進入閘基的滲水迅速排走，減小閘基的滲透壓力，防止?jié)B水逸出處地基發(fā)生滲透變形。

水閘的地質(zhì)條件、施工條件、受力條件及其重要性等與其它建筑物相比有其特殊性。首先平原地區(qū)的水閘一般建于河道、堤防或江河入?？谔?，其所處位置決定了水閘地基多為松散或軟弱的沖積覆蓋層，特別是珠三角洲地區(qū)，因受到河流的沖積，水閘基本是建造在第四紀(jì)松散的覆蓋層上，覆蓋層多為松散的砂層或軟弱的粘性土層，松散的砂層孔隙比大、壓縮性大、透水性強及易液化，軟弱的粘土層抗剪強度較低、含水量較高、壓縮性較大、地基承載力較低且土層常常分布不均勻。其次是水閘前后存在較大的水頭差，閘室及地基長期承受巨大的水平推力，閘室邊墩又承受強大的側(cè)向土壓力作用，導(dǎo)致閘基底應(yīng)力分布比較復(fù)雜，易產(chǎn)生不均勻沉降和滲透變形，同時閘門又經(jīng)常啟閉，如水閘變形過大，將影響閘門的啟閉及閘門的止水。

1、水閘的選址原則

在水閘建設(shè)過程中，水閘的選址是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。分析已建水閘工程的失事，其主要原因往往是閘址地質(zhì)條件不好，或雖然經(jīng)過人工處理但仍未處理好，屬于不良人工地基，導(dǎo)致水閘失穩(wěn)、滲透破壞或者沖刷破壞。水閘選址的原則是水閘穩(wěn)定安全、能夠較好地滿足水閘的使用要求、水流流態(tài)穩(wěn)定、水閘便于管理、造價經(jīng)濟。針對上述情況，在滿足水閘使用要求和管理的情況下，水閘在選址時應(yīng)根據(jù)水閘的地質(zhì)條件和水文條件選擇地質(zhì)條件良好的天然地基，最好是選用新鮮完整的巖石地基，或者是承載能力大、抗剪強度高、壓縮性低、透水性小、抗?jié)B穩(wěn)定好的土質(zhì)地基，如果在規(guī)劃選址的范圍內(nèi)實在找不到地質(zhì)良好的天然地基，只能對天然地基進行技術(shù)處理。對地基進行技術(shù)處理的造價是較高的，一般占總造價的20％～40％。經(jīng)過技術(shù)處理的水閘地基如在施工或管理等方面不規(guī)范，容易導(dǎo)致地基破壞，最后致使水閘失事，所以在水閘選址的時候應(yīng)綜合考慮各種情況，選擇良好的天然地基。

2、水閘地基處理方法概述

水閘地基處理的方法很多，它們主要用于以下三個方面：①增加地基的承載能力，保證建筑物的穩(wěn)定；②消除或減少地基的有害沉降；③防止地基滲透變形。

2.1木樁加固法。木樁加固法屬于樁基法中的一種，此方法是一種十分古老的地基加固方法。由于木樁加固設(shè)計簡單，施工方便，不受環(huán)境限制，取材方便，直至20世紀(jì)60年代初，受技術(shù)和經(jīng)濟條件限制，國內(nèi)水利行業(yè)對較深厚的軟土閘基處理仍缺乏足夠的手段和辦法，采用木樁加固地基幾乎成為唯一的選擇。木樁的設(shè)置一般有兩種方法，一是將木樁樁頭與閘底板澆注在一起，形成類似樁頂鉸接的深基礎(chǔ)，另一種則在木樁樁頂設(shè)碎石墊層，實際上屬于復(fù)合地基的一種。近年來廣東省在水閘安全鑒定中發(fā)現(xiàn)，無論采用哪種設(shè)樁方法，相當(dāng)數(shù)量采用木樁基礎(chǔ)的水閘都出現(xiàn)了險情，破壞主要表現(xiàn)在樁體腐朽導(dǎo)致水平和豎向承載力不足、閘基樁土變形不協(xié)調(diào)等。

2.2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。為避免工程造價過高以及增加基坑支護費用，一般換填深度小于3m。如軟弱土層小于3m，下臥層地基承載力較高時，將軟弱土層完全挖除換填后，一般均可滿足水閘對承載力和變形的要求。如果軟弱土層比較厚(層厚遠(yuǎn)大于3m)，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，因為換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，下臥軟弱土層在荷載下的長期變形可能依然很大。實踐表明采用換土墊層法處理的地基出現(xiàn)問題的相對比較少，故至今仍是水閘地基處理的主要方法之一。

3、水閘消能防沖方法設(shè)計研究

結(jié)合韓江東山（禾埕崗）水利樞紐攔河水閘泄洪時上下游水位差小，下游呈高淹沒流，但閘下出流泄洪形成的水躍將對河床和兩岸堤圍形成較嚴(yán)重的沖刷，需要選擇穩(wěn)定可靠的消能方式，以保證攔河水閘的安全。又因通航要求水面穩(wěn)定，以采用消力池底流消能方式為宜。按50年一遇（P=2%）洪水設(shè)計計算，并經(jīng)閘門部分開啟等工況復(fù)核，通過計算，選定的消力池尺寸為：池長35m，池深2.0m。池底高程13.50m；海漫段長度為57m，其中30m為漿砌石平段，27m為干砌石斜坡段，坡度為1:10；為防止水流對海漫末端的沖刷，本工程考慮到河床下切的不定因素，在海漫末端設(shè)置長15m，深3.0m的防沖槽。經(jīng)水工模型試驗論證成果分析，本工程攔河水閘消能建筑物，能滿足工程運行要求。

3.1水文條件的變遷。①河網(wǎng)區(qū)聯(lián)圍筑閘改變了原來河網(wǎng)分流條件，使主河道水位雍高。②河道灘地的碼頭、工廠、道路以及眾多的占用河道斷面的橋墩，這些設(shè)施除了束窄了行洪斷面外，還改變了河道原來的天然狀況，改變了水流的邊界條件，加大了糙率，因而雍高水位。

3.2河道地形的變遷。天然河道隨季節(jié)的變化其來水量在變化，其含砂量也在變化，河床總是時沖時淤，處于動態(tài)平衡狀態(tài)。若河道上游筑水庫，則攔截了洪水，削平了洪峰，亦攔截了泥砂。洪峰值少，夾帶泥砂少，改變了天然的動態(tài)平衡狀態(tài)，河道筑閘后，加劇了這種不平衡狀態(tài)。由于水閘消能設(shè)計的控制工況是：保持閘上最高蓄水位，宣泄上游多余來水量，下游水位取下限值，水閘防沖設(shè)計的控制工況是：水閘泄放最大設(shè)計洪水量，相應(yīng)下游水位最低，所以由于下游河床不斷降低，下游水位低值也隨之降低，隨河道變遷出現(xiàn)的新低水位低于原設(shè)計工況的下限低值，原控制條件就不能適應(yīng)變化了的河床，消能防沖效果必然差，很多水閘經(jīng)常發(fā)生護坦或海漫被沖壞的情況。

4、閘下游水流銜接

本工程水閘屬于節(jié)制閘，在渲泄設(shè)計洪水時，閘門全部提出水面，上下游落差上，過閘水流呈緩流狀態(tài)，只要保證下游水流均勻擴散，不致產(chǎn)生危害，該情況不是消能設(shè)計的控制條件。本工程的消能設(shè)計控制條件是在保持閘上游為正常蓄水位25.50m的情況下，由水閘來渲泄除發(fā)電流量以外上游多余的來水量，利用閘門控制泄水量。為保證水閘在泄水過程中的消能防沖安全和提高消能效果，保證下游出池水流與下游尾水緩流銜接，在水閘管理運用中，閘門開啟時，應(yīng)由中間孔向兩側(cè)隔孔對稱均勻開啟，關(guān)閉時與上述順序相反。水閘局部開啟應(yīng)遵循按均勻開啟聽方式運行，即在同一開度各孔連續(xù)開啟或間隔開啟，應(yīng)避免閘孔大開度不均勻的集中開啟方式泄流，在集中數(shù)孔大開度運行情況下，消力池的泄水消能效果降低，消力池內(nèi)產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)式水躍，出池水流對海漫會產(chǎn)生破壞性的急流沖刷。