涵閘的防滲設計探討

管超

【摘要】隨著水利工程的不斷發展，我國大量的水工建筑物陸續得到加固改造。大量水閘運用經驗說明，水閘由于閘基和閘兩岸連接段滲透破壞而造成失事占有很大的比重。因此，在后期新建或加固改造水閘防滲設計中，防止閘基及兩側滲透變形破壞，是水閘設計中的一項重要內容之一。

【關鍵詞】涵閘；滲透變形；防滲設計

1、涵閘滲透變形的危害

所謂閘基的滲透變形是指地基土在滲流作用下所發生的結構破壞，這種破壞性的滲透變形，主要包括管涌、流土、接觸沖刷、接觸流土四種。其中前兩種是主要的。管涌：管涌是指閘基（對于壩為壩身、壩基）的個別土壤顆粒被滲流帶走的現象。通常分為扣機管涌和化學管涌兩種在巖基中主要危險是化學管涌，及滲透水可將地基中的鹽類溶解帶走，在地基內形成孔穴，危機水閘安全。而在土基中，主要是扣機管涌。流土：粘性土和無粘性非管涌土可能產生流土。及滲透水流會把整片的土帶走。

2、涵洞防滲布置的任務和要求

涵前或涵上渠水所形成的水頭促使水在涵與土的接觸縫及涵周圍土體孔隙中移動，滲透水流由水頭較大的一面向較小的一面流動。

滲透水流將給涵洞周邊以壓力，作用于底面上的滲透壓力將減輕涵洞的有效重量。同時沿涵洞四周或土體中移動的滲流有可能將土顆粒帶走或在滲流逸出處造成整塊土體的移動，即產生管涌或流土。涵洞防滲布置的任務是要通過調整滲徑長度進而調整滲流出逸坡或出逸流速，以防止發生管涌或流土。

有壓涵洞內壁承受內水壓力或由于真空所產生的負壓作用，有可能在涵管接頭處內水被壓出，或由于真空的抽吸作用使涵洞周圍填土被吸進管內，使外部出現淘空現象，導致滲流破壞。因此，有壓涵洞的接頭要做好止水，它的作用一方面是為保證涵洞有足夠的滲徑以防止滲透破壞，另一方面也為防止在正壓作用下使管節接頭遭到破壞。

3、涵洞防滲布置的一般措施

灌排系統中的小型涵洞，一般可采用直線比例法確定所需要的不透水段長度，當涵洞的長度不滿足滲徑長度要求時，多采用設截水環的辦法增加滲徑長度。

渠下排涵應考慮涵前水頭及涵上渠過水兩種情況對滲徑長度的要求。在寒冷地區，由于土的凍融作用，使與涵壁接觸面土的抗滲性能降低。春季通水時，往往由于上述原因產生滲透破壞。因此，在寒冷地區的渠下排涵設計中，除滿足基本滲徑長度要求外，還往往設截水環，，以加長滲徑長度。根據寒冷地區的經驗，通常隔6～8米設置一道截水環。

4、滲透計算

上，下游最大水位差Hmax=48.60-47.30=1.3m；

根據地質勘察報告揭露，地基土壤類別為粗紗；

在有反濾層的情況下， C=5；

地下輪廓線長度：

L=CHmax=5×1.3=6.5m

5、涵閘的防滲設備

防滲設施是指構成地下輪廓的鋪蓋、板樁及齒墻。設置防滲設備以延長滲徑，降低滲透壓力，防止土壤的滲透變形，通過防滲設備的布置來調整或減少作用于建筑物下面的滲透壓力，以利于建筑物的穩定，所以本工程設計中防滲設備類型采用鋼筋混凝土鋪蓋與邊墻連成整體均成U型結構。排水設施則是指鋪設在護坦、漿砌石海漫底部或閘底板下游段起導滲作用的沙礫石層。

鋼筋混凝土鋪蓋的厚度采用0.5m，以滿足U型結構強度要求。

（1）水閘的防滲措施

設置防滲設備來延長滲徑，降低滲透壓力，防止土壤的滲透變形。

設置排水設備，將滲透水流妥善引出，提高土壤抵抗滲透變形的能力。

通過防滲設備的布置，來調整或減少作用于建筑物下部的滲透壓力，以利建筑物的穩定。

（2）防滲設備的類型

防滲設備對于底部地下輪廓線而言，包括閘前鋪蓋、閘底板、護坦、齒樣或板樁等。

鋪蓋僅靠底版上游端，它的主要作用是增加閘前滲徑，同時兼有防沖作用。有時鋼筋混凝土鋪蓋與閘底板間設有鉸性連接，可以起到抗滑作用。

鋪蓋可分為：粘土及亞粘土鋪蓋、漿砌石或混凝土鋪蓋、鋼筋混凝土鋪蓋。

（3）排水設備及反濾層

排水設備系指防滲設備中的導滲部分。設置排水設備，主要是為了將滲透水流妥善引出，降低滲壓，排除閘基滲水，提高土壤抵抗滲透變形能力，排水設備布置在閘底版和護坦下，采用直徑1～2cm的碎石平鋪在地基面上，厚度0.15m。

排水設備分為水平排水和垂直排水兩種，水平排水又可分為平鋪式排水和水平帶狀排水兩種形式。

為防止排水和地基土壤接觸處容易發生滲透破壞，在排水水層和地基土壤間應設反濾層，采用無防布。

反濾層一般是由2～3層不同粒徑的砂性土壤構成，反濾層的粒徑隨著滲流方向而增加。有時也把排水層看作是反濾層的最后一層。反濾層的每層厚度一般為15～25cm。反濾層的透水層必須大于被保護土層的透水性。

鐘祥市所建的一些中小型涵閘，無論是砂性土地基還是粘性土地基，一般反濾層多用兩層，下層采用中砂與細砂的混合物，上層采用粗砂與礫石的混合物。有些建在砂性土地基上的涵閘反濾層采用三層。

（4）止水設備

為了適應由于各種原因，如不均勻沉降，溫度變化以及凍融作用等產生的變形或構造要求，在水閘各構件間均會有接縫，凡根據防滲要求不允許投水的縫，都應設止水設備。

止水縫可分為水平縫和垂直縫，縫中分別設有水平止水和垂直止水。垂直縫主要設在閘墩縫墩之間，閘邊墩與翼墻之間，以及翼墻各分段之間。

水平逢主要設在閘前鋪蓋與閘底板之間，鋪蓋與兩側翼墻之間，閘底板之間，翼墻底板之間，有時閘后護坦與底板之間和護坦與翼墻之間，也用水平止水縫。

各種接縫，分縫間距和縫寬根據相對沉陷量，溫度伸縮和結構要求來擬定，一般分縫間距不超過15～20m，縫寬采用1～3cm。常用止水材料有瀝青油毛氈，瀝青麻片，金屬止水片和塑料止水帶等幾種。

瀝青油毛氈和瀝青麻片可用于小型工程，有時也用于重要止水的充填料。

6、結束語

本文通過分析與研究涵閘滲透變形的形成原因以及當前在對涵閘防滲設計加固施工中使用的各種措施，可使涵閘等水工建筑物具備泄洪、輸水的基本功能的同時，兼具保持水土、保護水資源及周邊群眾的安全的使命。文章探討的涵閘防滲設計具有一定的實用價值，特別是對現階段常見的水庫、涵閘的除險加固工程有一定指導意義，因此值得應用與推廣。