二、防渗及排水设施构造

防渗设施是指构成地下轮廓的铺盖、板桩及齿墙，而排水设施则是指铺设在护坦、浆砌石海漫底部或闸底板下游段起导渗作用的砂砾石层。排水常与反滤层结合使用。

（一）铺盖

铺盖主要用来延长渗径，应具有相对的不透水性；为适应地基变形，也要有一定的柔性。铺盖常用黏土、沥青混凝土做成，有时也可用钢筋混凝土作为铺盖材料。

1.黏土和黏壤土铺盖

铺盖的渗透系数应比地基土的渗透系数小100倍以上。铺盖的长度应由闸基防渗需要确定，一般采用上、下游最大水位差的3～5倍。铺盖的厚度δ应根据铺盖土料的允许水力坡降值计算确定，即δ=ΔH/J。其中，ΔH为铺盖顶、底面的水头差，J为材料的容许坡降，黏土为4～8，黏壤土为3～5。铺盖上游端的最小厚度由施工条件确定，一般为0.6～0.8m，逐渐向闸室方向加厚至1.0～1.5m。铺盖与底板连接处为一薄弱部位，通常将底板前端做成斜面，使黏土能借自重及其上的荷载与底板紧贴，在连接处铺设油毛毡等止水材料，一端用螺栓固定在斜面上，另一端埋入黏土铺盖中，如图9-40所示。为了防止铺盖在施工期遭受破坏和运行期间被水流冲刷，应在其表面先铺设砂垫层，然后再铺设单层或双层块石护面。

图9-40　黏土铺盖的细部构造（单位：cm）

2.混凝土、钢筋混凝土铺盖

如当地缺乏黏性土料，或以铺盖兼作阻滑板增加闸室稳定时，可采用混凝土或钢筋混凝土铺盖（图9-41）。其厚度一般为0.4～0.6m，与底板连接处应加厚至0.8～1.0m。铺盖与底板、翼墙之间用沉降缝分开。铺盖本身亦应设温度沉降缝，缝距为15～20m，靠近翼墙的缝距应小一些，缝中均应设止水。混凝土强度等级为C15，配置温度和构造钢筋。对于要求起阻滑作用的铺盖，应按受力大小配筋。

图9-41　钢筋混凝土铺盖

用沥青混凝土作铺盖材料效果很好，首先是防渗性能好，渗透系数可达10-3～10-5 cm/s，几乎不透水；而且有较好的柔性，可适应地基变形，造价也较低。铺盖厚度约为10cm，但是在与闸底板连接处仍然需要适当加厚。

3.土工膜铺盖

目前使用的防渗土工膜有聚乙烯膜、聚氯乙烯膜等，代替了过去使用的聚氯乙烯沥青膜。防渗土工膜的厚度一般不宜小于0.5mm。在敷设土工膜时，应排除膜下积水、积气，同时在膜上铺设保护层，可采用水泥砂浆、砌石或预制混凝土块进行防护。

（二）板桩

板桩的作用随其位置不同而不同。一般设在闸底板上游端或铺盖前端，主要用以降低渗透压力，有时也设在底板下游端，以减小出口段坡降或出逸坡降，但一般不宜过长，否则将过多地加大底板所受的渗透压力。

打入不透水层的板桩，嵌入深度不应小于1.0m。如透水层很深，则板桩长度视渗流分析结果和施工条件而定，一般采用水头的0.6～1.0倍。

板桩材料有木材、钢筋混凝土和钢材三种。木板桩长一般为3～5m，最大8m，厚8～12cm，适用于砂土地基。钢筋混凝土板桩，多为现场预制，长4～6m，宽50～60cm，厚10～50cm，适用于各种非岩石地基。板桩顶端与闸室底板的连接形式有两种，一种是把板桩紧靠底板前缘，顶部嵌入黏土铺盖一定深度，如图9-42（a）所示，另一种是把板桩顶部嵌入底板底面特设的凹槽内，桩顶填塞可塑性较大的不透水材料，如图9-42（b）所示。前者适用于闸室沉降量较大，而板桩尖已插入坚实土层的情况；后者则适用于闸室沉降量小，而板桩尖未达到坚实土层的情况。

图9-42　板桩与底板的连接（单位：cm）

1—沥青；2—预制挡板；3—板桩；4—铺盖

（三）齿墙

齿墙有浅齿墙和深齿墙两种。浅齿墙常设在闸室底板上下游两端及铺盖起始处。底板两端的浅齿墙均用混凝土或钢筋混凝土做成，深度一般为1.5～1.8m。这种齿墙既能延长渗径，又能增加闸室的抗滑稳定性。深齿墙常用于如下情况：①当水闸在闸室底板后面紧接斜坡段，并与原河道连接时，在与斜坡段连接处的底板下游侧采用深齿墙（墙深大于1.5m），其作用主要是防止斜坡段冲坏后危及闸室安全；②当闸基透水层较浅时，可用深齿墙截断透水层，此时，齿墙可用混凝土、钢筋混凝土或黏性土等材料，齿墙底部需插入不透水层0.5～1.0m；③在小型水闸中，有时为了增加渗径和抗滑稳定性也使用深齿墙。

（四）灌浆帷幕

岩基上水闸的防渗设施是在基底设置灌浆帷幕，其灌浆孔宜设单排，孔距宜取1.5～3.0m，孔深宜取闸上最大水深的0.3～0.7倍。灌浆应在有一定厚度混凝土盖重及固结灌浆后进行。灌浆压力应以不掀动基础岩体为原则，通过灌浆试验确定。

（五）垂直土工膜

土工膜应用于垂直防渗体首先出现在福建省水利工程中，山东、江苏等省加以改进和发展，目前最深开槽深度已达16m。当地基符合以下条件时，要采用土工膜垂直防渗方案：①透水层深度一般在12m以内；②透水层中大于5cm的颗粒含量不超过10%（以重量计），少量大石头的最大粒径不超过15cm，或不超过开槽设备允许的尺寸；③透水层中水位应能满足泥浆的固壁要求。

垂直上工膜防渗材料可选用聚乙烯土工膜或防水塑料板等，土工膜厚度不宜小于0.25cm，重要工程可采用复合土工膜，其厚度不宜小于0.5cm。

（六）排水设施

在闸室下游侧的地基上需设置排水设施（包括排水孔、排水井、反滤层、垫层及排水孔等）。将闸基中的渗水安全地排到下游，以减小渗透压力，增加闸室稳定性。为此要求排水设施应有良好的透水性，并与下游畅通；同时能够有效地防止地基土产生渗透变形。工程中常用的排水位置如图9-43所示。

图9-43　排水布置图

排水的位置直接影响渗透压力的大小和分布。图9-43所示排水起点位置越往闸室底板上游端移动，作用在底板下的渗透压力就越小。这种布置虽然缩短了渗径，但由于防渗要求必须满足一定的渗径长度，因此，要加长铺盖等防渗设施；同时，底板下的排水在长期运用过程中，也有可能被渗水带来的泥沙所淤塞，检修甚难，设计与施工时均需重视。

排水形式有两种：

（1）平铺式排水。这是常用的一种形式。即在地基表面铺设反滤层或垫层，在消力池底部设排水孔，让渗透水流与下游畅通。设置反滤层（图9-44）是防止地基土产生渗透变形的关键性措施，反滤层终点的渗透坡降必须小于地基土在无滤层保护时的容许坡降，应以此原则来确定反滤层铺设长度。反滤层向上游延伸至护坦形成平铺式排水，其正确布置形式如图9-45所示。

反滤层常由2～3层不同粒径的石料（砂、砾石、卵石或碎石）组成。每层厚度可在20～30cm。层面大致与渗流方向正交，其粒径则顺着渗流方向由细到粗进行排列。在黏土地基上，由于黏土有较大的黏结力，不易产生管涌，因而对反滤层级配的要求可以低些，常铺设1～2层。如图9-44、图9-45所示。

（2）铅直排水。铅直排水即排水井，如图9-38（b）所示。

图9-44　反滤层布置图

图9-45　排水体布置图

（a）不正确；（b）正确