工程设计,水闸设计要点及方法总括

摘要:本文阐述了控制水闸施工质量的重要性,介绍了水闸施工中的裂缝问题,提出了防止水闸混凝土裂缝发生的有效措施。

水闸通常建在河道、渠道及水库、湖泊岸边,具有挡水和泄水功能。水闸多数是低水头水工建筑物,它们在防洪调度、排除涝水、农业灌溉、水产养殖、城镇工业和居民生活供水等除害兴利方面发挥了巨大社会效益和经济效益,是不可或缺的水利基础设施。

水闸设计要点及方法总结具体内容是什么,下面本网为大家解答。

关键词:水利工程;水闸施工;质量控制;思考
水利工程中,水闸的施工是常见并且重要的。如果施工管理不到位、不科学,经常会给工程带来较大的安全隐患。目前在对待混凝土底板结构问题上,一般是允许出现裂缝,而对其宽度进行一定的限制,不同国家和地区对不使用环境和要求下的混凝土建筑物的裂缝宽度有不同的控制标准。
1 控制水闸施工质量的重要性
水闸通常建在河道、渠道及水库、湖泊岸边,具有挡水和泄水功能。水闸多数是低水头水工建筑物,它们在防洪调度、排除涝水、农业灌溉、水产养殖、城镇工业和居民生活供水等除害兴利方面发挥了巨大社会效益和经济效益,是不可或缺的水利基础设施。水闸工程作为引水和排涝建筑物,在现今社会中的作用越来越大,不仅是地方经济发展的保证,而且关系到人民的财产和生命安全。另外,水闸工程项目施工涉及面广,是一个比较复杂的过程,如设计、材料、机械、地形、地质、水文、气象、施工工艺、操作方法、技术措施、管理制度等,均直接影响着工程项目的施工质量;如使用材料的微小差异、操作的微小变化、环境的微小波动,机械设备的正常磨损,都会产生质量变异,造成质量事故。工程项目建成后,如发现质量问题又不可能象一些工业产品那样拆卸、解体、更换配件。因此,水闸工程施工过程中的质量控制就越发显得重要了。
2 裂缝是水闸施工最为常见的质量问题
裂缝是水利工程水闸最为常见的质量问题。在水闸建设过程中必须注意通过实地调查,包括混凝土施工各环节设计,以及混凝土施工实验等措施,对可能导致裂缝产生的问题进行深入分析。
2.1混凝土配合比是水闸工程出现裂缝的重要原因之一
水闸施工过程中应对混凝土配合比合理控制,如果水泥强度系数过高,也会导致由于混凝土强度值过高,使得混凝土水化热加剧,提高了混凝土的内部温度,进而相应增加了混凝土硬化初期的温度应力。因此,合理选择水泥用量及水泥标号,也成为预防混凝土裂缝的一个不可忽视的因素。
2.2 混凝土拆模时间
如果在低温季节施工,保温措施不得力的话,混凝土拆模后受到过冷环境的刺激,也常常会导致混凝土内部温度与混凝土表层温度梯度增加,造成混凝土表层产生较大的拉应力,而此时混凝土的早期强度值较低,其抗拉强度更低,很容易引起混凝土开裂。
2.3 结构尺寸
在水闸工程中,如果挡墙的结构尺寸较大,大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝,这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。
2.4 基础约束
挡墙基础与挡墙的施工间不当会产生基础约束问题。如果在进行挡墙施工时,其基础混凝土的强度已接近或达到设计值,则可能会在挡墙的基础混凝土与挡墙混凝土之间产生类似新旧混凝土结合的约束作用,基础混凝土约束墙身混凝土的收缩变形,从而使混凝土产生开裂。
3 防止水闸混凝土裂缝发生的有效措施探讨
根据水闸混凝土裂缝形成原因的分析,应从材料和施工两方面对水闸程裂缝进行控制。
3.1优选材料
①降低混凝土的绝热温升。降低混凝土的绝热温升能有效地控制混凝土的温升幅度,从而也是最直接、最有效的防裂方法。选用中热或低热水泥以及在混凝土中掺入粉煤灰,能有效地降低混凝土绝热温升。当然,降低混凝土的绝热温升应以混凝土的其他性能能满足工程需要为前提,宜通过试验来确定。
②掺入减水剂。在保持流动性和水灰比基本不变的前提下,在混凝土中掺入减水剂可以减少用水量和水泥用量,降低混凝土的绝热温升;在保持流动性和水泥用量基本不变的条件下,掺入减水剂后可以减小用水量,降低水灰比,提高混凝土的强度及耐久性。因此,在混凝土中掺入减水剂有利于混凝土的防裂。
③掺入膨胀剂。膨胀剂能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,有利于后期混凝土应力状态的改善,减小混凝土开裂的风险。
3.2 优化混凝土施工环节
除了从材料角度考虑混凝土的温控防裂外,施工也是预防裂缝产生的重要环节。
3.2.1
降低混凝土的浇筑温度。在高温季节进行水闸施工建设时,应尽可能降低混凝土的浇筑温度。混凝土浇筑温度越低,混凝土早期温度峰值也越低,相对应混凝土早期的内外温差和后期的温降幅度也越小,混凝土开裂的可能性也相对减小。在施工中,可以视水闸的规模确定合适的降温措施,如降低骨料的温度、加冰拌合、缩短运输距离,减小混凝土运输过程中的温度回升等等。
3.2.2
混凝土表面保温。内外温差过大是混凝土早期开裂的主要原因,在混凝土表面覆盖保温材料后,混凝土表面温度显著提高,内外温差明显减小,表面应力状态明显,混凝土开裂可能性明显减少。
3.2.3
控制底板与闸墩的浇筑间歇时间。底板与闸墩浇筑间歇时间过长是闸墩后期开裂的重要原因。浇筑间歇时间越长,闸墩浇筑时底板混凝土的弹性模量越大,对闸墩的约束作用越强,闸墩后期内部的拉应力越大,越有可能开裂。一般来讲,底板和闸墩的浇筑间歇时间应控制在30d左右为宜。
4 止水伸缩缝渗漏也是水闸施工中必须重视的问题
4.1止水伸缩缝渗漏的原因分析
水闸工程中止水伸缩缝发生渗漏的原因很多,但绝大多数是由施工引起的。止水伸缩缝施工有严格的施工措施、工艺和施工方法,施工过程中引起渗漏的原因主要有:①止水片上的水泥渣、油渍等污物没有清除干净就浇筑混凝土。使得止水片与混凝土结合不好而渗漏;②止水片处混凝土浇筑不密实造成渗漏;③止水片下混凝土浇筑得较密实,但因混凝土的泌水收缩,形成微间隙而渗漏。
4.2止水伸缩缝渗漏的预防措施
①止水片上污渍杂物问题。施工过程中,模板上脱模剂时易使止水片沾上脱模剂污渍,所以模板上脱模剂这道工序要安排在模板安装之前并在仓面外完成。浇筑过程中不断会有杂物掉在止水片上,故在初次清除的基础上还要强调在混凝土淹埋止水片时再次清除这道工序。另外,浇筑底层混凝土时就会有混凝土散落在止水片上,在混凝土淹埋止水片时先期落上的混凝土因时间过长而初凝,这样的混凝土会留下渗漏隐患应及时清除。
②止水片处混凝土浇筑不密实问题。止水处混凝土振捣要细致谨慎,选派的振捣工既要有较强的责任心又要有熟练的操作技能。振捣施工环节要加强,既不能欠振,也不能过振,振捣时振捣器一定不能触及止水片。混凝土要有良好的和易性,易于振捣密实。
③止水处混凝土的泌水收缩问题。选用合适的水泥和级配合理的骨料能有效减小混凝土的泌水收缩。矿渣水泥的保水性较差,泌水性较大,收缩性也大,因此止水处混凝土最好不要用矿渣水泥而宜用普通硅酸盐水泥配制。另外混凝土坍落度不能太大,流动性大的混凝土收缩性也大,一般选5~7cm坍落度为佳。
5 结束语
水利工程中,水闸的应用是较为广泛的,在具体的水利工程建设中,探讨如何处理好水闸施工,确保水闸质量,进而为水利工程整体质量提供有力支持,甚至成为决定水工建筑物使用寿命的关键,因此,对水闸施工相关问题的探讨无疑便具有了十分重要的现实意义。
参考文献: [1]
韩敏.浅谈水闸工程施工的质量控制[J].大众科技,2011,. [2]
刘勤.浅谈水闸施工质量控制方法[J].今日科苑,2009,. [3]
崔忠.浅谈工程项目管理[J].山西建筑,2009,. [4]
林煜安.软基上水闸施工回填方法[J].广东水利水电,2011,.

水利工程;水闸施工;质量控制措施

一、 水闸设计的现实意义及理论基础

水利工程中,水闸的应用是较为广泛的,在具体的水利工程建设中,探讨如何处理好水闸施工,确保水闸质量,进而为水利工程整体质量提供有力支持,甚至成为决定水工建筑物使用寿命的关键,因此,对水闸施工相关问题的探讨无疑便具有了十分重要的现实意义。

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。

1.控制和加强水闸施工质量的重要性分析

二、水闸的工作特点

水闸工程作为引水和排涝建筑物,在现今社会中的作用越来越大,不仅是地方经济发展的保证,而且关系到人民的财产和生命安全。另外,水闸工程项目施工涉及面广,是一个比较复杂的过程,如设计、材料、机械、地形、地质、水文、气象、施工工艺、操作方法、技术措施、管理制度等,均直接影响着工程项目的施工质量;如使用材料的微小差异、操作的微小变化、环境的微小波动,机械设备的正常磨损,都会产生质量变异,造成质量事故。工程项目建成后,如发现质量问题又不可能象一些工业产品那样拆卸、解体、更换配件。因此,水闸工程施工过程中的质量控制就越发显得重要了。

水闸既是挡水建筑物,也是泄水建筑物,一般修建在平原地区,平原地区的覆盖层很厚,地基的压缩性很大,抗滑能力差,承载能力低,所以闸的稳定是设计中的一个重要问题。水闸靠闸门挡水,在闸上下游形成的水头差作用下会产生通过闸基及两岸的渗流,对水闸底部产生渗透压力,抵消水闸的有效重量,对闸室及两岸连接建筑物的稳定不利,并可能产生有害的渗透变形危及水闸的安全。水闸开闸泄水时,闸下无水或水很浅,在上下游水头差作用下往往有很大的流速,过闸水流携带的能量将引起下游的冲刷,给闸下消能带来了困难。因水闸上下游水位差较小,容易产生波状水跃,消能效率低,水面波动向下游延伸很长,对下游河床及岸产生冲刷,也可能会危及水闸的稳定和安全。

2.裂缝是水闸施工最为常见的质量问题

三、水闸的选址原则

裂缝是水利工程水闸最为常见的质量问题。在水闸建设过程中必须注意通过实地调查,包括混凝土施工各环节设计,以及混凝土施工实验等措施,对可能导致裂缝产生的问题进行深入分析。

关于水闸选址的原则,笔者根据多年的经验,供同行参考。在建筑水闸的时候,选址是十分重要的问题,特别是近些年由于选址不当造成问题的事故的增多,使得建筑师们有着自己的考虑。一般来说,选址不当是造成事故的重要原因,再加上工作人员没有很好的进行处理,使得地基不稳、水闸失灵,很多的水闸发生渗水现象,甚至被冲刷破坏。水闸选址有一定的原则可循,稳定性和安全性是选址的基本原则之一,为了更好的满足水闸的使用要求,水流的稳定以及造价是需要综合考虑的问题,成功的水闸一般都是安全的、稳定的、同时使便宜的。针对这种情况,我们在水闸选址的过程中,需要考虑当地的地质条件和环境,选择一些本省质量很好的地基,同时对于岩石地基也有要求,需要承载能力强,压缩性好,渗水能力强的土质地基,然后在选择的范围方面可以适当的扩大。如果选择的天然地基的话,需要对地基做二次技术处理,一般来说,这种处理的费用是非常高的,一般会达到总造价的五分之一到三分之一,因此如果能在当地找到优良地基,考虑各方面的因素,做好施工和技术管理工作,这是最好的方式,如果没有,只能选择天然地基进行改造,保证不会发生事故。

2.1混凝土配合比是水闸工程出现裂缝的重要原因之一

四、水闸施工过程中出现裂缝的原因及预防措施

水闸施工过程中应对混凝土配合比合理控制,如果水泥强度系数过高,也会导致由于混凝土强度值过高,使得混凝土水化热加剧,提高了混凝土的内部温度,进而相应增加了混凝土硬化初期的温度应力。因此,合理选择水泥用量及水泥标号,也成为预防混凝土裂缝的一个不可忽视的因素。

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。

2.2混凝土拆模时间

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。

如果在低温季节施工,保温措施不得力的话,混凝土拆模后受到过冷环境的刺激,也常常会导致混凝土内部温度与混凝土表层温度梯度增加,造成混凝土表层产生较大的拉应力,而此时混凝土的早期强度值较低,其抗拉强度更低,很容易引起混凝土开裂。

2)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。

2.3结构尺寸

防裂措施: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。

在水闸工程中,如果挡墙的结构尺寸较大,大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝,这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。

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。

2.4基础约束

五、 水闸工程的设计及施工质量管理保证

挡墙基础与挡墙的施工间不当会产生基础约束问题。如果在进行挡墙施工时,其基础混凝土的强度已接近或达到设计值,则可能会在挡墙的基础混凝土与挡墙混凝土之间产生类似新旧混凝土结合的约束作用,基础混凝土约束墙身混凝土的收缩变形,从而使混凝土产生开裂。

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。

3.防止水闸混凝土裂缝发生的有效措施探讨

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。

根据水闸混凝土裂缝形成原因的分析,应从材料和施工两方面对水闸程裂缝进行控制。

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。

3.1优选材料

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。

①降低混凝土的绝热温升。降低混凝土的绝热温升能有效地控制混凝土的温升幅度,从而也是最直接、最有效的防裂方法。选用中热或低热水泥以及在混凝土中掺入粉煤灰,能有效地降低混凝土绝热温升。当然,降低混凝土的绝热温升应以混凝土的其他性能能满足工程需要为前提,宜通过试验来确定。

②掺入减水剂。在保持流动性和水灰比基本不变的前提下,在混凝土中掺入减水剂可以减少用水量和水泥用量,降低混凝土的绝热温升;在保持流动性和水泥用量基本不变的条件下,掺入减水剂后可以减小用水量,降低水灰比,提高混凝土的强度及耐久性。因此,在混凝土中掺入减水剂有利于混凝土的防裂。

③掺入膨胀剂。膨胀剂能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,有利于后期混凝土应力状态的改善,减小混凝土开裂的风险。

3.2优化混凝土施工环节

除了从材料角度考虑混凝土的温控防裂外,施工也是预防裂缝产生的重要环节。

①降低混凝土的浇筑温度。在高温季节进行水闸施工建设时,应尽可能降低混凝土的浇筑温度。混凝土浇筑温度越低,混凝土早期温度峰值也越低,相对应混凝土早期的内外温差和后期的温降幅度也越小,混凝土开裂的可能性也相对减小。在施工中,可以视水闸的规模确定合适的降温措施,如降低骨料的温度、加冰拌合、缩短运输距离,减小混凝土运输过程中的温度回升等等。

②混凝土表面保温。内外温差过大是混凝土早期开裂的主要原因,在混凝土表面覆盖保温材料后,混凝土表面温度显著提高,内外温差明显减小,表面应力状态明显,混凝土开裂可能性明显减少。

③控制底板与闸墩的浇筑间歇时间。底板与闸墩浇筑间歇时间过长是闸墩后期开裂的重要原因。浇筑间歇时间越长,闸墩浇筑时底板混凝土的弹性模量越大,对闸墩的约束作用越强,闸墩后期内部的拉应力越大,越有可能开裂。一般来讲,底板和闸墩的浇筑间歇时间应控制在30d左右为宜。

4.止水伸缩缝渗漏也是水闸施工中必须重视的问题

4.1止水伸缩缝渗漏的原因分析

水闸工程中止水伸缩缝发生渗漏的原因很多,但绝大多数是由施工引起的。止水伸缩缝施工有严格的施工措施、工艺和施工方法,施工过程中引起渗漏的原因主要有:①止水片上的水泥渣、油渍等污物没有清除干净就浇筑混凝土。使得止水片与混凝土结合不好而渗漏;②止水片处混凝土浇筑不密实造成渗漏;③止水片下混凝土浇筑得较密实,但因混凝土的泌水收缩,形成微间隙而渗漏。

4.2止水伸缩缝渗漏的预防措施

①止水片上污渍杂物问题。施工过程中,模板上脱模剂时易使止水片沾上脱模剂污渍,所以模板上脱模剂这道工序要安排在模板安装之前并在仓面外完成。浇筑过程中不断会有杂物掉在止水片上,故在初次清除的基础上还要强调在混凝土淹埋止水片时再次清除这道工序。另外,浇筑底层混凝土时就会有混凝土散落在止水片上,在混凝土淹埋止水片时先期落上的混凝土因时间过长而初凝,这样的混凝土会留下渗漏隐患应及时清除。

②止水片处混凝土浇筑不密实问题。止水处混凝土振捣要细致谨慎,选派的振捣工既要有较强的责任心又要有熟练的操作技能。振捣施工环节要加强,既不能欠振,也不能过振,振捣时振捣器一定不能触及止水片。混凝土要有良好的和易性,易于振捣密实。

③止水处混凝土的泌水收缩问题。选用合适的水泥和级配合理的骨料能有效减小混凝土的泌水收缩。矿渣水泥的保水性较差,泌水性较大,收缩性也大,因此止水处混凝土最好不要用矿渣水泥而宜用普通硅酸盐水泥配制。另外混凝土坍落度不能太大,流动性大的混凝土收缩性也大,一般选5~7cm坍落度为佳。

[1]韩敏.浅谈水闸工程施工的质量控制[J].大众科技, 2009.

[2]刘勤.浅谈水闸施工质量控制方法[J]金沙4166am官网登录,.今日科苑, 2009.