水闸使用过程中沉降控制与技术对策探究

一、水闸工程与沉降控制的基本概述

水闸工程通常由闸墩、闸室、闸门、启闭设备以及基础结构构成，结构跨度大、荷载集中，且处于复杂的水文地质环境之中[1]。地基多为饱和软黏土、砂土或填土，承载力不足，长期受到水位波动、流体冲刷、闸门启闭振动等影响，极易发生沉降变形。沉降控制是保障水闸结构稳定的关键部分，也是保证水工功能正常发挥的基础条件。

二、水闸使用过程中沉降问题的主要表现

（一）基础沉降不均引发结构裂缝和倾斜

水闸工程在运行期间常常因为地基土层不同、结构荷载分配不均、施工工艺差别等因素造成基础沉降不均，从而引发结构开裂、局部倾斜。这些不均匀沉降会导致水闸闸墩、闸室等刚性结构承受额外应力，进而引起混凝土开裂、钢筋外露，严重时甚至威胁到整个水闸的稳定 [2]。在江苏某中型水闸工程中，一座潮汐水闸就因基础部位土质疏松、承载能力相差悬殊而致使南侧基础下沉量多于北侧，造成了闸室偏离中心，闸门启闭频繁受阻，不得不通过加设支撑与结构调整进行补救。

（二）地基软弱导致整体沉降量超出设计预期

软土地基普遍出现在河口、湖泊周边等水闸经常选择的地点，它具有高压缩性、低承载力的特点，在水闸荷载之下很容易出现沉降状况。如果未经妥善处理或者预压，软土层在使用期间持续压密，造成水闸整体沉降量远远超出设计预期。在广西某水闸改建项目中，原址地基为深厚淤泥质土层，虽然施工阶段进行了部分换填，但由于预压处理不充分，闸体在运行第三年出现整体沉降达 8cm，超过了原设计控制标准的 60% ，导致启闭机械频繁失灵，需紧急加固处理。这类沉降往往表现为缓慢、持续发展，在短期内可能不明显，不过随着时间推移结构变形慢慢表现出来，甚至会影响到闸门启闭设备以及附属结构。

（三）渗流破坏引起土体流失和沉陷

在水闸工程中，水体长期作用于地基与围护结构上，水流会沿着缝隙、结构接合处或者地基较弱的地方形成渗流通道。如果渗流速度超过临界值，地基土中的颗粒就会被带走流失掉，这时就会出现土体空洞、坍塌以及下沉的现象 。在在山东某闸坝工程中，因为侧墙没有完全做好反滤层，所以渗流一直作用在地基下部的砂层上面，很多细小的颗粒都被冲走，最终使得整个闸室下方出现局部塌陷的情况，这样既破坏了结构的稳定性又让水闸停止了工作。

（四）缺乏动态监测致使沉降发展无法及时控制

水闸工程在运行维护期间，沉降问题通常表现为长期性与突发性并存。如果缺少科学、即时的监测手段，就无法及时把握沉降发展走向，进而使得问题不断累积，最后变成重大的结构安全风险。在河南某小型水闸项目中，结构投入运行初期并未安装沉降计和变形监测设备，仅在建设验收阶段测量了一次基准值。五年后出现闸墩倾斜及闸门卡滞，经紧急勘察发现局部地基沉降已达 6.5cm，但由于未进行连续监测，错失了最佳干预时机，最终只能通过结构加固和设备更换进行补救。

三、水闸沉降问题的技术对策与优化路径

（一）改进地基加固与结构设计方案，控制不均匀沉降

水闸工程里不均匀沉降常常是由于地基承载力有差别或者荷载分布不合理造成的，要有效地控制这种沉降，可以采用地基加固和结构改良相结合的办法。就地基而言，可以利用 CFG 桩、灌注桩、碎石桩之类的复合地基技术来加强土体承载能力，改进基础的总体稳定性[4]。在软弱地基地区设置加密桩基，还要控制桩长和桩距，从而做到荷载均匀传递。从结构设计的角度来讲，也要注意荷载均衡，通过改善闸室，闸墩的布局以及基础的刚性，使荷载在结构各个部分均匀分布，削减应力集中之处。

（二）采用预压、换填等技术改善软弱地基承载性能

软弱地基在水闸工程中比较常见，尤其是河流、湖泊淤泥堆积的地方，它的高压缩性、低承载能力很容易造成大面积沉降。为有效提高它的承载能力以及释放施工后的沉降量，可以使用堆载预压和真空预压来处理地基。堆载预压是临时加荷促使地基土排水固结，缩短天然沉降时间。真空预压是封闭系统抽气产生负压，加快孔隙水排出，提升地基强度。在地质条件许可的时候，也可以用砂垫层，碎石垫层，粉煤灰或者石灰土替换，改良表层土的密实度和稳定程度。

（三）优化排水与防渗系统，减缓渗流引发的沉降破坏

渗流是水闸使用期间引发沉降破坏的一大因素，尤其在闸基周围土体长期受水压作用时，渗流带来的土颗粒流失、空洞产生以及局部塌陷之类的问题就容易出现。为防范此类沉降，可以针对排水和防渗这两方面展开改进 [5]。就排水而言，应当在闸基四周安排盲沟，集水井以及反滤层，保证地下水能够顺利流出，削减孔隙水压力，缩减渗流所引发的土体扰动，而且可以用透水性能比较好的材料，比如碎石或者砾石做反滤层，以此来防止小颗粒被带走。至于防渗方面，在闸室下方和两侧布置防渗帷幕，借助高压旋喷，帷幕灌浆或者黏土止水墙这些技术手段塑造起封闭的防渗屏障，从而阻断渗流的途径。

（四）构建沉降监测预警系统，提升运营阶段风险应对能力

水闸投入运行之后，管理单位务必重视结构沉降的发展状况，尤其是在洪水期，水位频繁变化或者大范围的启闭作业期间，沉降的风险明显加大。运维人员需定时用人工方式对闸基、闸墩、启闭设备基础等重点部位开展测量，还要借助自动化监测设备来取得沉降、位移、倾斜之类的动态数据，确保沉降趋势得到持续跟踪。管理部门要形成起细致的沉降巡查制度，清楚巡检频率，负责人员以及报告流程，针对那些沉降值逼近预警线的情形，就要执行加密观测并制定应急预案 [6]。在使用过程中，工程技术人员应当结合运行负载，水位改变等运行参数，去对沉降速率作出趋向推测，必要时可以暂停启闭操作或者限定负载运行，避免结构变形干扰闸门的功能。针对监测发现的异常沉降区域，维护团队要及时采用注浆回填、基础补强或者局部卸载等方式展开维修工作，阻止沉降进一步发展。

四、结语

水闸工程在长期运行过程中易受地基条件、水文变化及结构荷载等多重因素影响，沉降问题由此频繁发生，严重时将危及工程的整体安全与功能发挥。本文从基础不均匀沉降，地基软弱，渗流破坏，监测滞后这几个方面归纳出水闸沉降问题的主要类型，并对应提出了加强地基处理、优化结构设计、完善防渗系统及构建监测预警机制等技术路径。这些对策在实践中操作性强，工程适用性强，对水闸的安全运营和延长结构寿命具有重要意义。

参考文献

[1] 朱广安 , 张婧 . 新淤土地基上闸堤连接段差异沉降分析与控制研究 [J]. 水利规划与设计 ,2021,(03):82- 86.

[2] 黄仕强 . 软土地基水闸设计中沉降控制复合桩基应用的作用[J]. 湖南水利水电 ,2019,(04):82- 83.

[3] 谢玲璐 , 韩怀林 , 陈耀 . 淤泥质地基水闸与海堤连接段不均匀沉降控制措施研究 [J]. 小水电 ,2019,(06):41- 44+49.

[4]胡翀宇.软土地基水闸设计中沉降控制复合桩基应用研究[J].山西建筑 ,2016,42(04):54- 55.

[5] 张建 , 曹雄 . 深厚软土多桩型复合地基水闸不均匀沉降分析[J]. 土木工程与管理学报 ,2025,42(02):17- 23+30.

[6] 马志成 , 尹移山 . 深厚软土区水闸地基处理方案研究 [J]. 工程技术研究 ,2025,10(08):39- 41.