復(fù)雜水閘施工工程管理論文
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1基礎(chǔ)知識描述及水閘物理力學(xué)模型構(gòu)建
1.1水閘的施工設(shè)計及基本構(gòu)造
為了更好實現(xiàn)對水閘施工的工程管理，需要首先分析水閘的基本知識。水閘在開關(guān)閘門過程中，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，可分為開敞式、胸墻式和涵洞式等[7]。為了形象說明水閘的構(gòu)建，現(xiàn)給出典型的長江葛洲壩樞紐的二江泄水工程，如圖1所示。中的長江葛洲壩樞紐的二江泄水工程閘高53m，閘身凈長3km，被譽為海上長城，屬于開敞式排水閘，采用12m×12m活動平板門胸墻，其下為12m×12m弧形工作門。通常水閘在河床設(shè)置防沖槽、護底及鋪蓋，為了減少閘門和工作橋的高度或為控制下泄單寬流量而設(shè)胸墻代替部分閘門擋水，擋潮閘、進水閘、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)計水位。通過上述分析，結(jié)合實踐，給出水閘的施工設(shè)計過程中的基本構(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)計墻和護坡，用以引導(dǎo)水流平順地進入閘室，保護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)雜水閘施工過程中的工程管理能力。根據(jù)運用要求和地質(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)水閘運用方式和過閘水流形態(tài)，按水力學(xué)公式計算過流能力，確定閘孔總凈寬度，進行數(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
在上述進行基本模型設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過對水閘的結(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，需要對水閘的水動力和水閘體的應(yīng)力作用進行數(shù)學(xué)模型偶見。為了適應(yīng)必要時宣泄大流量的需要，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)法計算孔隙率方法與土力學(xué)中孔隙率，根據(jù)整個施工過程中基底附加應(yīng)力的分布特點和變化規(guī)律，在進口或出口設(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張型封隔器及配水器等構(gòu)成，為保證封隔器的坐封，各級配水器的起開壓力需大于0.7MPa。水閘的固定配水管柱和活動配水管柱示意圖?；顒优渌苤饕蓴U張式封隔器和空心配水器等構(gòu)成，各級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11層，可以實現(xiàn)對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現(xiàn)
2.1問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力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，進行了水循環(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，在復(fù)雜水閘工程施工過程中，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理模型和概率分析模型進行了對復(fù)雜水閘施工過程中的水流性能變形性狀的測試，對水閘的孔隙率、位移、孔隙水壓力的變化情況進行分析，導(dǎo)致水閘施工過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)，進行了模型設(shè)計和試驗分析，提高水閘施工的質(zhì)量，實現(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，對固定配水管柱，配水器的水嘴是固定的，這樣一來P就成為常量，此時只能通過調(diào)整水閘底部的井口壓力來控制注入量。
2.2復(fù)雜水閘施工設(shè)計及高效管理模型實現(xiàn)
在低循環(huán)疲勞情況下和超荷載情況下，本文進行復(fù)雜水閘施工設(shè)計及高效管理模型試驗與設(shè)計實現(xiàn)。聚合物砂漿和鋼絞線均系國產(chǎn)材料，考慮初始彈性模量，河流由于長年水含量充足，通過滲透的方法，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)決定流體流動狀態(tài)的重要參數(shù)是雷諾數(shù)Re，臨界雷諾數(shù)Rec為Rec=ρυcdμ=υcdν⑨式中：ρ為流體的密度；μ為流體的粘度；d為圓柱管的直徑。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較選定，閘址一般設(shè)于水流平順處。從統(tǒng)計學(xué)上表示為一種模型預(yù)測概率，mi表示通過側(cè)向徑流補給時間，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，進行閘室和翼墻等的抗滑穩(wěn)定計算、地基應(yīng)力和沉陷計算，
3試驗及結(jié)果分析
為了測試本文設(shè)計的復(fù)雜水閘施工技術(shù)在工程管理模型的節(jié)省工程開銷、提高水閘的質(zhì)量方面的性能，進行試驗分析和研究，進行施工實現(xiàn)和性能測試。采用本文設(shè)計的基底應(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刻模型的應(yīng)力結(jié)構(gòu)，參數(shù)設(shè)計中，設(shè)定河流的過水量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)計中，首先進行閘檻高程的選定，確定閘址和閘檻高程，用以引導(dǎo)出閘水流向下游均勻擴散，減緩流速，消除過閘水流剩余動能，防止水流對河床及兩岸的沖刷。結(jié)合地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特點研究確定地基處理方案，對組成水閘的各部建筑物（包括閘門）根據(jù)其工作特點進行結(jié)構(gòu)計算。以工程成本開銷為測試指標(biāo)，得到采用本文模型和傳統(tǒng)模型的水閘施工開銷結(jié)構(gòu)。結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，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)計和管理技術(shù)，進行了模型設(shè)計和試驗分析，旨在提高水閘施工的質(zhì)量，實現(xiàn)高效的工程管理。本文首先分析水閘施工的技術(shù)要點，然后分析水閘施工的受力模型和水流動力學(xué)模型，進行水循環(huán)特性分析，結(jié)合地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特點研究確定地基處理方案，對組成水閘的各部建筑物（包括閘門）根據(jù)其工作特點進行結(jié)構(gòu)計算，以改善水閘施工的效能，提高工程管理質(zhì)量，最后設(shè)計了水閘施工圖紙，進行系統(tǒng)實驗。研究得出，采用本文設(shè)計的施工管理模型，在相同項目中有效節(jié)省了工程的成本開銷，提高了工程施工的質(zhì)量。
作者：劉云虎 單位:山東黃河河務(wù)局供水局濟南供水分局
