水闸设计相关问题探讨

关键词 水闸设计；选址；闸型；底板高程；消能防冲 

　　1 水闸设计 

　　1）水闸的选址问题。水闸的选址无疑是水闸建设过程中的首要环节。水闸在选址时应综合考虑各方面情况，最好选择地质条件良好的天然地基。一般在满足水闸使用要求和管理的情况以后，再根据水闸的地质条件和水文条件，优先选用新鲜完整的岩石地基，在没有这种完整的岩石地基的情况下，也可以考虑选择一些承载能力大、压缩性低、抗渗稳定好、抗剪强度高、透水性小的土质地基。 

　　2）闸型的选择。水闸的闸型有很多种，具体功能和优缺点也不尽相同，在闸型选择的时候不能一味盲目地追求新颖。正是因为水闸型式的选择是由多方面因素综合决定的，所以应结合当地实际地质地形、河道特性、施工管理等因素因地制宜地进行考虑，确保闸型的选择是科学的、合理的。 

　　3）水闸底板高程。闸底板高程选定得是否得当，对闸的制作、施工、造价以及质量均有很大影响，因此水闸底板高程的确定同样是一件马虎不得的步骤。同闸型的选择一样，闸底板高程的确定也是要从地质、水文地质、经济以及满足运行要求等多方面综合考虑。如：闸底板高程比较低的情况下，虽然有利于迅速排水使农田不致受涝，但如果地质较差的情况下，这就加重了地基开挖和处理的难度，而且底板高程过低的话对于拦河闸来说，给闸门的启闭力、防沙冲沙布置均带来困难。由此可见，闸底板高程的确定必须综合考虑，选择最优方案。 

　　4）水闸地基处理。目前对水闸地基处理的方法有很多，下面就对国内常用的一些方法做简要叙述。 

　　①预压法：预压法是通过预先加载，加速场地土排水固结，从而达到减少沉降和提高地基承载力的目的。该方法的优点是：对在持续荷载作用下体积会发生很大压缩，强度会明显增长的土，如淤泥质土、粘性土地基等有着非常好的效果。缺点是：比较耽误工期，一般施工工期紧的工程不建议采用，这是由于闸基地下水一般与河水连通，使得了围封、降水难度比较大，所以要通过预压法完成场地土固结沉降往往要耗费比较长的时间；②复合地基法：复合地基一般是由基体（天然地基土体）和增强体两部分组成。它是天然地基在处理过程中被置换或增强而形成的一种人工地基。复合地基根据桩体材料的性质不同一般可分“刚性桩复合地基”、“柔性桩复合地基”和“散粒体材料桩复合地基”三种，由于桩体材料的差异，它们加固机理、适用条件和施工工艺也有很大区别，在此我们就不一一介绍了；③换土垫层法：换土垫层法也是一种比较古老的地基处理方法。因为其施工简便，而且运用此方法处理的地基很少出现问题，在工程质量上有一定保证，所以一直是浅层地基处理的首选方法。浅层地基一般指软弱土层小于3m，下卧层地基承载力较高的土层。因为如果换填深度过大的话，这样会出现增加基坑支护费用，造成工程造价过高等问题；④桩基法：桩基按施工方法可分为预制桩和灌注桩两大类。桩基能有效地承受一定的水平荷载和上拔1000力，常用于以下几种情况：受大面积地面荷载影响的结构；竖向荷载大而集中的结构；沉降方面有较高要求的建筑物。 

　　5）水闸消能防冲方法设计。一般来说，水闸消能设计的控制工况是：保持闸最高蓄水位，宣泄上游多余水量，下游水位取下限值。此种工况下闸门的初始开启度，往往是消力池深度计算的控制因素。水闸防冲设计的控制工况是：水闸泄放最大设计洪水流量，相应下游水位最低。由于人类活动加剧，气候环境变迁，使得水文规律发生了巨大的变化，所以在选择水闸闸上最高蓄水位、最低水位时还要考虑到河道地形和水文条件的变迁。 

　　2 水闸排水问题 

　　1）消力池底板排水孔设计。消力池底板要承受多方面的力量，包括水流的冲击力、水流脉动压力和底都扬压力等，具备相当的重量和强度，能够抗击重物冲击、经压耐磨。可以考虑在水平护板的后半部分设置部分垂直的排水孔，同时，排水孔呈梅花形布置，排水孔的下面可以铺一层反滤层，能够最大限度的进行排水，减少护板底端的渗透压力。 

　　2）闸基防渗面层排水。由于上游与下游巨大的水位差产生的强力作用，上游水会从河床慢慢渗透，绕经上游防渗铺盖、板桩以及闸底板，再经过消力池的反滤层由排水孔流至下游，起到有效排水的作用。地基的渗水要想尽快的排出去，可以在高水位的一侧大不量布置铺盖、浅齿墙、板桩等多个防渗止水的设施，滞渗延长底板上游的渗透路径，使作用在消力池底板上的渗透压力缓缓减小压缩。在低水位一侧设置滤水层进行排水，同时使用排渗管等设施排渗。 

　　3）翼墙排水孔的设计。在水闸的使用过程中，除了闸基会出现渗流以外，还会发生侧向渗流。所谓侧向渗流是指渗水从上游绕过翼墙、岸墙和刺墙后向下游流去。这种侧向渗流隐患很大，很可能造成水闸底板渗透压力的增大，从而使得渗流出口处发生严重危害性的压力变形。一般单向水龙头的水闸可以在下游翼墙和保护坡处设置多个排水孔，并且在挡土墙的另一侧孔口处设置反滤层。然而由于一些设计人员的马虎和不专业，有一些工程中的排水孔设置在了进口翼墙处，这种设计不仅浪费资源，还会起到一些发面效果。比如，这样的设置使得翼墙失去了大部分防渗、抗冲、增加渗透路径的能力，使得上游的水流直接从排水孔渗入翼墙的后面，同时也减小了翼墙的作用。 所以，设计者要明确各个环节的作用，做到心中有数，做好侧方向防渗排水设施。不能盲目的张冠李戴，闹出笑话，也给工程带来安全隐患。 

　　4）防冲槽的设置。水利工程建设中，在水闸关卡的末端通常设有加固稳定措施―防冲槽。因为水流的能量和速度在经过关卡的作用虽然已经得到一定的减缓，但末端水流仍具有一定的冲洗能力，这就足以对河床造成一定程度上的损害。常用的抛石防冲槽就是在末端水流处挖槽抛石，留下足够多的石块，当水流冲刷河床形成冲坑的时候，预留在槽内的石块沿冲刷的斜坡陡段滚下，铺盖在冲坑的上游斜坡的上面。防止冲刷坑向上游扩展，保护工程的安全。 

　　3 结束语 

　　水闸是一种既能挡水，又能泄水的水工建筑物，在防洪、灌溉、排水、航运、发电等水利工程中得到十分广泛的应用。堤防之险在于闸，说明了水闸的重要性。水闸的地质条件、施工条件、受力条件及其重要性等与其他建筑物相比有其特殊性。其设计是非常复杂的，它不仅有主观的因素，还有客观的因素。随着科学的进步，水闸的设计施工虽然越来越趋于成熟，但是如闸门止水容易损坏的问题、水闸启闭机的布置问题和闸门启闭机行程限位装置过于简陋等一些细节问题仍需要进一步的规范。千里之堤毁于蚁穴，一个微小的因素就足以给整个结构的稳定与安全性造成威胁。综上所述，我们可以看出水闸设计是要从多方面综合考虑的，科学谨慎、细致入微是防范于未然要秉持的首要态度。 

　　参考文献 

　　[1]中华人民共和国水利部.水闸设计规范SL265-2001[S].中国水利水电出版社,2001. 

　　[2]郭中琼.水闸设计问题的分析[J].中国水运,2009,11.