复杂水闸施工工程管理论文

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1基础知识描述及水闸物理力学模型构建

1.1水闸的施工设计及基本构造

为了更好实现对水闸施工的工程管理，需要首先分析水闸的基本知识。水闸在开关闸门过程中，根据下游用水的需要调节流量，可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位。水闸的分类主要有按照用途分类和按照结构分类。其中，按照用途，水闸分为节制闸、进水闸、冲沙闸、分洪闸、挡潮闸、排水闸等；按闸室的结构形式，可分为开敞式、胸墙式和涵洞式等[7]。为了形象说明水闸的构建，现给出典型的长江葛洲坝枢纽的二江泄水工程，如图1所示。中的长江葛洲坝枢纽的二江泄水工程闸高53m，闸身净长3km，被誉为海上长城，属于开敞式排水闸，采用12m×12m活动平板门胸墙，其下为12m×12m弧形工作门。通常水闸在河床设置防冲槽、护底及铺盖，为了减少闸门和工作桥的高度或为控制下泄单宽流量而设胸墙代替部分闸门挡水，挡潮闸、进水闸、泄水闸常用这种形式，适用于闸上水位变幅较大或挡水位高于闸孔设计水位。通过上述分析，结合实践，给出水闸的施工设计过程中的基本构造模型。水闸的施工环境多位于层状砂土之上。层状砂土的组成主要为粘土、砾砂、淤泥质土夹层、圆砾和卵石。天然含水量ω=38.9%，塑性指数Ip=15，塑限Wp=22%，渗透系数Kw=1.31×10-3cm/s。在水闸顶部，设计墙和护坡，用以引导水流平顺地进入闸室，保护两岸及河床免遭水流冲刷。当前水闸的建设，正向形式多样化、结构轻型化发展，为了满足上述要求，要提高复杂水闸施工过程中的工程管理能力。根据运用要求和地质条件，选定闸室结构和闸门形式，妥善布置闸室上部结构。要根据水闸运用方式和过闸水流形态，按水力学公式计算过流能力，确定闸孔总净宽度，进行数学建模和分析。

1.2复杂水闸施工物理力学分析模型构建

在上述进行基本模型设计的基础上，通过对水闸的结构分析表明为了提高水闸施工技术水平和工程管理能力，需要对水闸的水动力和水闸体的应力作用进行数学模型偶见。为了适应必要时宣泄大流量的需要，涵洞式水闸多用于穿堤引(排)水，闸室结构为封闭的涵洞。根据水闸所负担的任务和运用要求，综合考虑地形、地质、水流、泥沙、施工、管理和其他方面等因素，采用基底应力附件固结法计算孔隙率方法与土力学中孔隙率，根据整个施工过程中基底附加应力的分布特点和变化规律，在进口或出口设闸门，洞顶填土与闸两侧堤顶平接即可作为路基而不需另设交通桥。分层配水管柱是实现同井分层注水的重要技术手段，主要分为固定配水管柱、活动配水管柱、偏心配水管柱、桥式偏心配水管柱。固定配水管柱主要由扩张型封隔器及配水器等构成，为保证封隔器的坐封，各级配水器的起开压力需大于0.7MPa。水闸的固定配水管柱和活动配水管柱示意图。活动配水管柱主要由扩张式封隔器和空心配水器等构成，各级空心配水器的芯子直径是上大下小，一般分4~6层，最多可达11层，可以实现对水闸的泄洪和水流引导。

2复杂水闸施工高效工程管理实现

2.1问题的提出和水闸基底应力附加固结法描述

本文在上述分析水闸施工的受力模型和水流动力学模型的基础上，进行了水循环特性分析，改善水闸施工的效能，提高工程管理质量。根据上述分析可见，在复杂水闸工程施工过程中，需要考虑基层吸水及供水能力、混凝土水闸面板湿度场数值模拟等因素的影响，制约因素较多。传统的水闸施工工程管理模型采用共振致密机理模型和概率分析模型进行了对复杂水闸施工过程中的水流性能变形性状的测试，对水闸的孔隙率、位移、孔隙水压力的变化情况进行分析，导致水闸施工过程中的工程管理方法滞后，影响水闸施工的可靠性，降低水闸的工程质量。为了克服传统方法出现的问题和弊端，提高水闸施工的工程管理效能，本文研究了一种水闸基底应力附加固结法的层状砂土桩基混凝土施工技术，进行了模型设计和试验分析，提高水闸施工的质量，实现高效的工程管理。本文给出水闸基底应力附加固结法，描述如下：通常情况下，对固定配水管柱，配水器的水嘴是固定的，这样一来P就成为常量，此时只能通过调整水闸底部的井口压力来控制注入量。

2.2复杂水闸施工设计及高效管理模型实现

在低循环疲劳情况下和超荷载情况下，本文进行复杂水闸施工设计及高效管理模型试验与设计实现。聚合物砂浆和钢绞线均系国产材料，考虑初始弹性模量，河流由于长年水含量充足，通过渗透的方法，可以不断增加水闸上下游最大水位差和地基条件，并与闸室共同组成足够长度的渗径，确保渗透水流沿两岸和闸基的抗渗稳定性。假设决定流体流动状态的重要参数是雷诺数Re，临界雷诺数Rec为Rec=ρυcdμ=υcdν⑨式中：ρ为流体的密度；μ为流体的粘度；d为圆柱管的直径。经过技术经济比较选定，闸址一般设于水流平顺处。从统计学上表示为一种模型预测概率，mi表示通过侧向径流补给时间，地下水的整体流向控制总体模型W，采用高斯分布密度的积分得到局部最大荷载作用点的应力分析结果，分析作用于水闸上的荷载及其组合，进行闸室和翼墙等的抗滑稳定计算、地基应力和沉陷计算，

3试验及结果分析

为了测试本文设计的复杂水闸施工技术在工程管理模型的节省工程开销、提高水闸的质量方面的性能，进行试验分析和研究，进行施工实现和性能测试。采用本文设计的基底应力附加固结法得到作用在砂土桩基混凝土施工基底沉降的不同时刻模型的应力结构，参数设计中，设定河流的过水量ω=38.9%，塑性指数Ip=15，塑限Wp=22%，渗透系数Kw=1.31×10-3cm/s，稳定水位在面下8.5m。水闸施工设计中，首先进行闸槛高程的选定，确定闸址和闸槛高程，用以引导出闸水流向下游均匀扩散，减缓流速，消除过闸水流剩余动能，防止水流对河床及两岸的冲刷。结合地质条件和结构特点研究确定地基处理方案，对组成水闸的各部建筑物（包括闸门）根据其工作特点进行结构计算。以工程成本开销为测试指标，得到采用本文模型和传统模型的水闸施工开销结构。结合工程实践经验，确定地下轮廓线（即由防渗设施与不透水底板共同组成渗流区域的上部不透水边界）布置，须满足沿地下轮廓线的渗流平均坡降和出逸坡降在允许范围以内的条件，。

4结论

在复杂水闸工程施工过程中，需要考虑基层吸水及供水能力、混凝土水闸面板湿度场数值模拟等因素的影响，制约因素较多，且根据水闸的承担任务不同，可分为节制闸、进水闸、冲沙闸、分洪闸、挡潮闸、排水闸等。不同的水闸施工有不同的管理模型和施工方案，因此难以形成一个有效的施工管理方案，研究复杂水闸施工的高效工程管理模型成为提高水闸施工效益的重要环节。本文研究了一种基于水闸基底应力附加固结法和层状砂土桩基混凝土施工的复杂水闸施工设计和管理技术，进行了模型设计和试验分析，旨在提高水闸施工的质量，实现高效的工程管理。本文首先分析水闸施工的技术要点，然后分析水闸施工的受力模型和水流动力学模型，进行水循环特性分析，结合地质条件和结构特点研究确定地基处理方案，对组成水闸的各部建筑物（包括闸门）根据其工作特点进行结构计算，以改善水闸施工的效能，提高工程管理质量，最后设计了水闸施工图纸，进行系统实验。研究得出，采用本文设计的施工管理模型，在相同项目中有效节省了工程的成本开销，提高了工程施工的质量。

作者：刘云虎 单位:山东黄河河务局供水局济南供水分局