1基礎(chǔ)知識(shí)描述及水閘物理力學(xué)模型構(gòu)建
1.1水閘的施工設(shè)計(jì)及基本構(gòu)造
為了更好實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘施工的工程管理，需要首先分析水閘的基本知識(shí)。水閘在開(kāi)關(guān)閘門過(guò)程中，根據(jù)下游用水的需要調(diào)節(jié)流量，可以攔洪、擋潮、蓄水抬高上游水位。水閘的分類主要有按照用途分類和按照結(jié)構(gòu)分類。其中，按照用途，水閘分為節(jié)制閘、進(jìn)水閘、沖沙閘、分洪閘、擋潮閘、排水閘等；按閘室的結(jié)構(gòu)形式，可分為開(kāi)敞式、胸墻式和涵洞式等[7]。為了形象說(shuō)明水閘的構(gòu)建，現(xiàn)給出典型的長(zhǎng)江葛洲壩樞紐的二江泄水工程。中的長(zhǎng)江葛洲壩樞紐的二江泄水工程閘高53m，閘身凈長(zhǎng)3km，被譽(yù)為海上長(zhǎng)城，屬于開(kāi)敞式排水閘，采用12m×12m活動(dòng)平板門胸墻，其下為12m×12m弧形工作門。通常水閘在河床設(shè)置防沖槽、護(hù)底及鋪蓋，為了減少閘門和工作橋的高度或?yàn)榭刂葡滦箚螌捔髁慷O(shè)胸墻代替部分閘門擋水，擋潮閘、進(jìn)水閘、泄水閘常用這種形式，適用于閘上水位變幅較大或擋水位高于閘孔設(shè)計(jì)水位。通過(guò)上述分析，結(jié)合實(shí)踐，給出水閘的施工設(shè)計(jì)過(guò)程中的基本構(gòu)造模型。水閘的施工環(huán)境多位于層狀砂土之上。層狀砂土的組成主要為粘土、礫砂、淤泥質(zhì)土夾層、圓礫和卵石。天然含水量ω=38.9%，塑性指數(shù)Ip=15，塑限Wp=22%，滲透系數(shù)Kw=1.31×10-3cm/s。在水閘頂部，設(shè)計(jì)墻和護(hù)坡，用以引導(dǎo)水流平順地進(jìn)入閘室，保護(hù)兩岸及河床免遭水流沖刷。當(dāng)前水閘的建設(shè)，正向形式多樣化、結(jié)構(gòu)輕型化發(fā)展，為了滿足上述要求，要提高復(fù)雜水閘施工過(guò)程中的工程管理能力。根據(jù)運(yùn)用要求和地質(zhì)條件，選定閘室結(jié)構(gòu)和閘門形式，妥善布置閘室上部結(jié)構(gòu)。要根據(jù)水閘運(yùn)用方式和過(guò)閘水流形態(tài)，按水力學(xué)公式計(jì)算過(guò)流能力，確定閘孔總凈寬度，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和分析。
1.2復(fù)雜水閘施工物理力學(xué)分析模型構(gòu)建
在上述進(jìn)行基本模型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)水閘的結(jié)構(gòu)分析表明為了提高水閘施工技術(shù)水平和工程管理能力，需要對(duì)水閘的水動(dòng)力和水閘體的應(yīng)力作用進(jìn)行數(shù)學(xué)模型偶見(jiàn)。為了適應(yīng)必要時(shí)宣泄大流量的需要，涵洞式水閘多用于穿堤引(排)水，閘室結(jié)構(gòu)為封閉的涵洞。根據(jù)水閘所負(fù)擔(dān)的任務(wù)和運(yùn)用要求，綜合考慮地形、地質(zhì)、水流、泥沙、施工、管理和其他方面等因素，采用基底應(yīng)力附件固結(jié)法計(jì)算孔隙率方法與土力學(xué)中孔隙率，根據(jù)整個(gè)施工過(guò)程中基底附加應(yīng)力的分布特點(diǎn)和變化規(guī)律，在進(jìn)口或出口設(shè)閘門，洞頂填土與閘兩側(cè)堤頂平接即可作為路基而不需另設(shè)交通橋。分層配水管柱是實(shí)現(xiàn)同井分層注水的重要技術(shù)手段，主要分為固定配水管柱、活動(dòng)配水管柱、偏心配水管柱、橋式偏心配水管柱。固定配水管柱主要由擴(kuò)張型封隔器及配水器等構(gòu)成，為保證封隔器的坐封，各級(jí)配水器的起開(kāi)壓力需大于0.7MPa。水閘的固定配水管柱和活動(dòng)配水管柱示意圖。活動(dòng)配水管柱主要由擴(kuò)張式封隔器和空心配水器等構(gòu)成，各級(jí)空心配水器的芯子直徑是上大下小，一般分4~6層，最多可達(dá)11層，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘的泄洪和水流引導(dǎo)。
2復(fù)雜水閘施工高效工程管理實(shí)現(xiàn)
2.1問(wèn)題的提出和水閘基底應(yīng)力附加固結(jié)法描述
本文在上述分析水閘施工的受力模型和水流動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了水循環(huán)特性分析，改善水閘施工的效能，提高工程管理質(zhì)量。根據(jù)上述分析可見(jiàn)，在復(fù)雜水閘工程施工過(guò)程中，需要考慮基層吸水及供水能力、混凝土水閘面板濕度場(chǎng)數(shù)值模擬等因素的影響，制約因素較多。傳統(tǒng)的水閘施工工程管理模型采用共振致密機(jī)理模型和概率分析模型進(jìn)行了對(duì)復(fù)雜水閘施工過(guò)程中的水流性能變形性狀的測(cè)試，對(duì)水閘的孔隙率、位移、孔隙水壓力的變化情況進(jìn)行分析，導(dǎo)致水閘施工過(guò)程中的工程管理方法滯后，影響水閘施工的可靠性，降低水閘的工程質(zhì)量。為了克服傳統(tǒng)方法出現(xiàn)的問(wèn)題和弊端，提高水閘施工的工程管理效能，本文研究了一種水閘基底應(yīng)力附加固結(jié)法的層狀砂土樁基混凝土施工技術(shù)，進(jìn)行了模型設(shè)計(jì)和試驗(yàn)分析，提高水閘施工的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高效的工程管理。本文給出水閘基底應(yīng)力附加固結(jié)法，描述如下：通常情況下，對(duì)固定配水管柱，配水器的水嘴是固定的，這樣一來(lái)P就成為常量，此時(shí)只能通過(guò)調(diào)整水閘底部的井口壓力來(lái)控制注入量。
2.2復(fù)雜水閘施工設(shè)計(jì)及高效管理模型實(shí)現(xiàn)
在低循環(huán)疲勞情況下和超荷載情況下，本文進(jìn)行復(fù)雜水閘施工設(shè)計(jì)及高效管理模型試驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。聚合物砂漿和鋼絞線均系國(guó)產(chǎn)材料，考慮初始彈性模量，河流由于長(zhǎng)年水含量充足，通過(guò)滲透的方法，可以不斷增加水閘上下游最大水位差和地基條件，并與閘室共同組成足夠長(zhǎng)度的滲徑，確保滲透水流沿兩岸和閘基的抗?jié)B穩(wěn)定性。假設(shè)決定流體流動(dòng)狀態(tài)的重要參數(shù)是雷諾數(shù)Re，臨界雷諾數(shù)Rec為Rec=cdμ=cdν⑨式中：為流體的密度；μ為流體的.粘度；d為圓柱管的直徑。經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定，閘址一般設(shè)于水流平順處。從統(tǒng)計(jì)學(xué)上表示為一種模型預(yù)測(cè)概率，mi表示通過(guò)側(cè)向徑流補(bǔ)給時(shí)間，地下水的整體流向控制總體模型W，采用高斯分布密度的積分得到局部最大荷載作用點(diǎn)的應(yīng)力分析結(jié)果，分析作用于水閘上的荷載及其組合，進(jìn)行閘室和翼墻等的抗滑穩(wěn)定計(jì)算、地基應(yīng)力和沉陷計(jì)算。
3試驗(yàn)及結(jié)果分析
為了測(cè)試本文設(shè)計(jì)的復(fù)雜水閘施工技術(shù)在工程管理模型的節(jié)省工程開(kāi)銷、提高水閘的質(zhì)量方面的性能，進(jìn)行試驗(yàn)分析和研究，進(jìn)行施工實(shí)現(xiàn)和性能測(cè)試。采用本文設(shè)計(jì)的基底應(yīng)力附加固結(jié)法得到作用在砂土樁基混凝土施工基底沉降的不同時(shí)刻模型的應(yīng)力結(jié)構(gòu)，參數(shù)設(shè)計(jì)中，設(shè)定河流的過(guò)水量ω=38.9%，塑性指數(shù)Ip=15，塑限Wp=22%，滲透系數(shù)Kw=1.31×10-3cm/s，穩(wěn)定水位在面下8.5m。水閘施工設(shè)計(jì)中，首先進(jìn)行閘檻高程的選定，確定閘址和閘檻高程，用以引導(dǎo)出閘水流向下游均勻擴(kuò)散，減緩流速，消除過(guò)閘水流剩余動(dòng)能，防止水流對(duì)河床及兩岸的沖刷。結(jié)合地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研究確定地基處理方案，對(duì)組成水閘的各部建筑物（包括閘門）根據(jù)其工作特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。以工程成本開(kāi)銷為測(cè)試指標(biāo)，得到采用本文模型和傳統(tǒng)模型的水閘施工開(kāi)銷結(jié)構(gòu)。結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定地下輪廓線（即由防滲設(shè)施與不透水底板共同組成滲流區(qū)域的上部不透水邊界）布置，須滿足沿地下輪廓線的滲流平均坡降和出逸坡降在允許范圍以內(nèi)的條件。
4結(jié)論
在復(fù)雜水閘工程施工過(guò)程中，需要考慮基層吸水及供水能力、混凝土水閘面板濕度場(chǎng)數(shù)值模擬等因素的影響，制約因素較多，且根據(jù)水閘的承擔(dān)任務(wù)不同，可分為節(jié)制閘、進(jìn)水閘、沖沙閘、分洪閘、擋潮閘、排水閘等。不同的水閘施工有不同的管理模型和施工方案，因此難以形成一個(gè)有效的施工管理方案，研究復(fù)雜水閘施工的高效工程管理模型成為提高水閘施工效益的重要環(huán)節(jié)。本文研究了一種基于水閘基底應(yīng)力附加固結(jié)法和層狀砂土樁基混凝土施工的復(fù)雜水閘施工設(shè)計(jì)和管理技術(shù)，進(jìn)行了模型設(shè)計(jì)和試驗(yàn)分析，旨在提高水閘施工的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高效的工程管理。本文首先分析水閘施工的技術(shù)要點(diǎn)，然后分析水閘施工的受力模型和水流動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行水循環(huán)特性分析，結(jié)合地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研究確定地基處理方案，對(duì)組成水閘的各部建筑物（包括閘門）根據(jù)其工作特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，以改善水閘施工的效能，提高工程管理質(zhì)量，最后設(shè)計(jì)了水閘施工圖紙，進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。研究得出，采用本文設(shè)計(jì)的施工管理模型，在相同項(xiàng)目中有效節(jié)省了工程的成本開(kāi)銷，提高了工程施工的質(zhì)量。
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