浅析砂基水闸防渗设计

【摘要】：砂土的物理性质主要取决于土的密实度状态，土的湿度状态仅对细砂有影响。当砂土呈密实状态的时候，强度较大，是良好的天然地基；呈稍密、松散状态则是一种软弱地基，砂土基本上没有粘聚力,渗透系数较大，性质松散,在较高水头的作用下容易引渗透破坏。砂土的物理性质就决定了在其上新建水闸,防渗设计必须合理、适用。尤其是饱和的砂土稳定性很差，在振动荷载作用下将发生液化现象。这些不利的影响都要予以重视。

【关键词】：砂基, 水闸,设计,防渗

Abstract: The physical properties of sand density of states depends on the soil, the soil moisture state only fine sand and influential. When sand was dense, the intensity is a good natural foundation; was a little dense, loose state is a weak foundation, the sand was virtually no cohesion, permeability coefficient, the nature of loose, easily lead to infiltration and sabotage the role of higher head. The physical nature of the sand on the new sluice on its impermeable design must be reasonable and applicable. Saturated sand stability is poor, liquefaction under vibrating load will occur. These adverse effects should be stressed.

Keywords: sand, water gate, design, seepage.

中图分类号：TV66 文献标识码：A 文章编号：

引言

土是一种具有连续孔隙的多孔介质，由碎散矿物颗粒组成。在土的三相组成中，水是极其重要的一部分。当水完全充满土中孔隙时，这个时候的土称为完全饱和土。由于水所处位置的不同，在水头作用下，水就从高位向低位流动。这样就产生了渗流现象，具体来说就是水通过土中连续孔隙流动。水在土孔隙中流动，水与土相互作用，必然导致土体中应力状态的改变、变形和强度特性的变化。造成渗透变形或渗透破坏。管涌和流土是渗透破坏的两种形式，它直接影响着土体的稳定。

砂土性质松散，无粘聚力，渗透系数较大，在较高水头的作用下容易引起渗透破坏。在这样的土基上新建水闸，防渗设计要做到非常的周全，考虑的方面也要全，只有这样才能避免严重的后果的产生。防渗与导渗相结合的原则在砂土地基水闸闸基防渗设计中应当被遵照。在水闸上游侧布置防渗设施，如防渗铺盖(水平防渗体)、垂直防渗体等用来延长渗径，减少底板渗透压力，降底闸基平均渗透坡降。在水闸下游侧布置排水设施，如设排水孔和滤层等，防止渗流出口处发生渗透变形。砂土地基一般的防渗布置见下图1.

图1

1 砂基水闸设计的要求

1.1 水平防渗

水闸水平防渗体一般由上游铺盖和闸底板组成。水闸铺盖种类有很多，如粘±和壤土铺盖、混凝土及钢筋混凝土铺盖、水平防渗土工膜等，在砂土地基上一般设计成混凝土或钢筋混凝土铺盖。为了保证防渗效果和方便施工，混凝土和钢筋混凝土铺盖一般做成等厚度形式，且最小厚度不宜小于0．4m，长度不超过30m。为了减小地基不均匀沉降和温度变化的影响，混凝土或钢筋混凝土铺盖设有顺水流方向的永久缝，砂土地基上永久缝间距不超过20m。在铺盖与翼墙及闸底板

之间设沉降缝，以减轻翼墙及墙后回填土质量对铺盖的不利影响。所有的永久缝和沉降缝之间都需设止水。水闸闸底板一般为钢筋混凝土结构，根据上部结构的

要求，适当加长底板的顺水流方向的长度，也可以起到增加渗径长度的作用。但是由于厚度较厚，造价又比较高，所以用增加底板长度来延长渗径只是一个辅助作用。

1.2 垂直防渗

1.2.1 板桩

板桩是水闸工程中使用最为广泛的一种垂直防渗体，根据材料不同分为木板桩、钢筋混凝土板桩和钢板桩。在水闸建设绝大部分均采用钢筋混凝土板桩。为确保板桩的防渗效果，钢筋混凝土板桩侧面应设置齿墙，在板桩施工完成后，在齿墙内采用水泥砂浆灌孔。板桩与底板的连接有两种方式：一种是使板桩紧靠底板前缘，当铺盖与地板连接处厚度较大时采用，其露出地表部分，尚可用作混凝土模板，构造也较简单，桩顶高程不太一致时，应浇筑一道混凝土盖梁，使板桩连成整体，同时也便于布置止水；另一种是板桩设在底版上游齿墙下端，采用软接头，将板桩顶部嵌入底版齿墙专门设置的槽内。为了适应闸室的沉降，并保证其不透水性，糟内用沥青填充。板桩的沉桩方式分为打人式、冲沉式等。砂土地基采用冲沉式，这种方法施工方便，且施工周期短，能减少板桩接缝的数量。与打入式相比冲沉式板桩钢筋用量也较小，可节省施工原材料。用钢筋混凝土板桩垂直防渗体优点是，由于板桩是事先预制好的，自身的质量较容易控制。缺点是如果在沉桩过程中板桩之间不闭合，这会使防渗效果大打折扣。

1.2.2 高压喷射灌浆帷幕

高压喷射灌浆就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层预定深度以后，利用高压使浆液从喷嘴中喷射出来形成喷射流，来冲击破坏土层。当能量大、速度快的脉动将射流大无动压力大于土层结构强度时，土颗粒便从土层中剥落下来。一部分细颗粒随浆液冒出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量要求，有规律地重新排列，浆液凝固后便在土层中形成固结体。通过连续这样的操作就可形成一道高压喷射灌浆的防渗帷幕。根据高压喷射流的作用方向和移动轨迹不同，可分为定喷、旋喷和摆喷。在砂土地基中作垂直防渗体的高压喷射体大都采用定喷和摆喷。灌浆材料及其配方是高压喷射灌浆法的重要组成部分，采用的适当与否将会影响到固结体的质量、物理力学指标、化学稳定性和工程造价等。在砂土地基中最常用的灌浆材料是水泥。一般情况下都采用纯水泥，水灰比为l：1～1．5：1。当地下水流速较大，用纯水泥浆灌浆后有冲失的可能时，在普通硅酸盐水泥中添加适量的速凝早强剂。高压喷射灌浆防渗帷幕布孔应根据施工设备、喷射方式等综合确定，必要时应通过现场试验确定。高压喷射灌浆帷幕优点在于施工方法简单，工期可以得到有效控制。其缺是如果地基地质条件比较复杂，土层中存在大浮石或大量植物根茎的，高压喷射流可能受到削弱甚至被阻断，这样就会直接影响高压喷射灌浆帷幕的体整性。

1.2.3 地下连续墙

地下连续墙是一种不用模板在地下建造连续墙的方法。由于它具有截水、防渗、承重和挡土的作用，近年来被广泛应用于闸坝、高层建筑基础、临时围堰等工程中。根据筑墙材料不同，地下连续墙有钢筋混凝土墙、索混凝土墙、粘土墙等。砂土地基上作为水闸垂直防渗用的地下连续墙多采用钢筋混凝土结构为主。地下连续墙的施工流一般分为施工准备、成槽及成墙三个阶段。在开槽前应先施工导墙，导墙是在糟段开挖过程中起导向作用，确保开挖槽段垂直度和宽度，支承槽壁两侧垂直和水平荷载，维护表土层的稳定，作为导槽设备、混凝土导管安置等施工设备的基础。在槽段开挖过程中，槽壁稳定与否直接关系到连续墙施工能否顺利进行以及墙体质量好坏，而槽壁的稳定性主要靠泥浆来维护。泥浆能在槽壁面上吸附形成一层渗透性小的隔水泥皮，阻止泥浆中的自由水渗入槽壁地层，同时泥浆中的电解质还有抑制土质吸水分散、水化膨胀的作用，防止槽壁土层软化和坍塌。地下连续墙成槽后应用低密度泥浆替换出槽内的稠泥浆，同时清除槽底钻渣和沉积物，以减小墙体沉陷，提高承载力。地下连续墙优点是施工工艺类似于钻孔灌注桩，技术已比较成熟，质量容易控制；而且它还能增加基础承载力的作用。其缺点是地下连续墙是由若干墙段组成，一般2～8m，各墙段之间的接口处理是一个难点，如果处理不当将使地下连续墙失去防渗作用。