水闸设计要点及方法总结

摘要：工程建设的独特性，没有完全相同的两个水闸，如何使中小水闸设计做到安全、经济和合理，提高水利工程建设的设计水平，始终是摆在设计人员面前的一项重要的任务。水闸工程的内在质量是一座水闸工程好坏的重要衡量标准。在实际的施工设计中，设计单位和施工单位都要做好自己的本职工作，并密切配合，在了解设计类型和施工条件的基础上，不断总结经验，利用新方法，使用新工艺技术，以不断提高水闸工程建设质量。 

　　关键词:水闸 设计施工 防裂 选址 质量 

　　中图分类号：TV 文献标识码：A 

　　一、 水闸设计的现实意义及理论基础 

　　水闸工程是重要的水利工程之一，该工程对工农业生产及社会经济发展有重要作用，还有助于抗旱防汛工作。它多建在河道、渠道及水库、湖泊岸边，是具有挡水和泄水功能的低水头水工建筑物。关闭时,可以起到保证上游取水或是通航方便的作用；开启时,可以调节下游水流量供求关系。基于此，水闸设计是施工工程的灵魂，占据重要地位，故水闸设计单位应制订出合理的设计方案，以便为施工单位提供可靠依据，确保水闸施工的规范性。水闸的结构组成包括闸室、上游连接段和下游连接段。其中闸室是结构主体，由底板、闸门、闸墩等部分组成，连接上下游和两岸或其它建筑物。闸室的各结构作用不同，其中底板用以传送闸室上部结构的重量及荷载到地基，防渗漏和防冲击；闸门阻拦水流，控制过闸流量；闸墩分隔闸孔，并支承其它结构。上游连接段的组成结构包括冲槽、护坡、翼墙、铺盖和护底，其作用是引导水流和延长流径，确保两岸和闸基渗透水流的抗渗稳定性。下游连接段的组成结构通常包括护坡、翼墙、护坦、海漫、防冲槽等，用以减小出闸水流动能，避免水流过度冲刷河床和岸坡。水闸的作业难度较大，具有地基承载力低，抗渗稳定性差，水位变幅大等特点。 

　　二、水闸的工作特点 

　　水闸既是挡水建筑物，也是泄水建筑物，一般修建在平原地区，平原地区的覆盖层很厚，地基的压缩性很大，抗滑能力差，承载能力低，所以闸的稳定是设计中的一个重要问题。水闸靠闸门挡水，在闸上下游形成的水头差作用下会产生通过闸基及两岸的渗流，对水闸底部产生渗透压力，抵消水闸的有效重量，对闸室及两岸连接建筑物的稳定不利，并可能产生有害的渗透变形危及水闸的安全。水闸开闸泄水时，闸下无水或水很浅，在上下游水头差作用下往往有很大的流速，过闸水流携带的能量将引起下游的冲刷，给闸下消能带来了困难。因水闸上下游水位差较小，容易产生波状水跃，消能效率低，水面波动向下游延伸很长，对下游河床及岸产生冲刷，也可能会危及水闸的稳定和安全。 

　　三、水闸的选址原则 

　　关于水闸选址的原则,笔者根据多年的经验,供同行参考。在建筑水闸的时候,选址是十分重要的问题,特别是近些年由于选址不当造成问题的事故的增多,使得建筑师们有着自己的考虑。一般来说,选址不当是造成事故的重要原因,再加上工作人员没有很好的进行处理,使得地基不稳、水闸失灵,很多的水闸发生渗水现象,甚至被冲刷破坏。水闸选址有一定的原则可循,稳定性和安全性是选址的基本原则之一,为了更好的满足水闸的使用要求,水流的稳定以及造价是需要综合考虑的问题,成功的水闸一般都是安全的、稳定的、同时使便宜的。针对这种情况,我们在水闸选址的过程中,需要考虑当地的地质条件和环境,选择一些本省质量很好的地基,同时对于岩石地基也有要求,需要承载能力强,压缩性好,渗水能力强的土质地1000基,然后在选择的范围方面可以适当的扩大。如果选择的天然地基的话,需要对地基做二次技术处理,一般来说,这种处理的费用是非常高的,一般会达到总造价的五分之一到三分之一,因此如果能在当地找到优良地基,考虑各方面的因素,做好施工和技术管理工作,这是最好的方式,如果没有,只能选择天然地基进行改造,保证不会发生事故。 

　　四、水闸施工过程中出现裂缝的原因及预防措施 

　　水闸工程广而多，发展时间长，在施工和设计方面都相对成熟。但水闸混凝土施工过程中还是会不可避免的出现裂缝，这引起了人们的普遍关注。下面介绍施工不同阶段底板与闸墩裂缝成因及具体预防措施。 

　　1）底板混凝土浇筑后,水泥发生水化反应,释放出大量的热量。底板内部温度高于四周温度，使得混凝土表面与内部出现温差。承受力对应温度分布，出现表面承受拉应力,内部承受压应力的规律。由于此阶段混凝土抗拉强度低且导热性能较差,大量的水化热量仍积贮在混凝土内部。故混凝土底板很可能从表面开裂。如果忽略混凝土浇筑质量的不均匀性,裂缝会出现在底板中部。 

　　2）底板混凝土温度逐渐下降，使得混凝土内部发生温缩变形，在地基的约束作用下, 温缩变形使底板中心出现拉应力而导致裂缝出现。但通常情况下，水闸多修筑于土基之上，土体不会对混凝土起到强大的约束力且混凝土的抗拉强度随其龄期的增长有所提高，故修建在土基上的底板混凝土此阶段很少出现裂缝。 

　　防裂措施：1）材料优化措施：①降低混凝土的绝热温升 这是最直接、最有效的温控防裂方法，能有效地控制混凝土的温升幅度。②提高混凝土的抗拉强度 通过降低水灰比以及在混凝土中加入纤维材料可使混凝土的抗拉强度增加。水灰比减小后无法保证拉应力的减小，而纤维材料的加入，可明显提升混凝土的抗拉性能。③掺入减水剂或膨胀剂 在水灰比一定的条件下，掺入减水剂可以减少使用水和水泥的量，从而降低混凝土的绝热温升，有利于混凝土的防裂；掺入膨胀剂可在一定程度上补偿混凝土的自身体积收缩变形和混凝土温缩变形,大力改善后期混凝土拉应力状态,有效防止混凝土开裂。 

　　2）施工优化措施：①降低混凝土的浇筑温度 施工中，可采用降低骨料温度、加冰(水)拌合、缩短运输距离等方法实现此目的，可降低混凝土早期温度峰值，从而减小混凝土早期的内外温差以及后期的温降幅度，有效防止混凝土开裂。②保持混凝土表面的温度 这项措施经济且有效，混凝土表面覆盖保温材料后, 内外温差明显减小，使得拉应力随之减小而防止开裂。③减小底板与闸墩的浇筑间歇时间 闸墩后期开裂的原因是由于底板与闸墩浇筑间歇时间过长。通常将底板和闸墩的浇筑间歇时间控制在一个月左右，可减小闸墩浇筑时混凝土的弹性模量和约束作用力，从而减小内部拉应力来防止开裂。 

　　五、 水闸工程的设计及施工质量管理保证 

　　水闸工程按设计标准安全运行是水闸管理工作的一个核心。每个工程技术人员都应根据工程实际，确保工程安全运行，从设计和施工两个方面就水闸管理实践进行阐述。 

　　（1）水闸工程设计中排水与止水问题的解决水闸工程的排水与止水问题是水闸设计最重要的方面，也是决定工程设计中建筑物使用寿命的终端因素。主要包括消力池底板、闸基、翼墙以及防冲槽的设置这四个方面的排水设计。 

　　（2）水闸施工质量的严格管理 水闸施工各环节都应该严把质量关，除了做好管理控制工作外，还应具备一批技术硬、素质高的施工队伍，按照工程设计要求和规范标准进行施工作业。重点做好两方面工作。1）保证工程施工质量。具体应该成立质检机构,配备专职质检员。同时,还应建立定期质量检查制度,并评出质量等级。发现违规程序和现象，及时处理。2）抓住施工关键点。水闸施工中必须保证地基、伸缩缝、闸门、启闭机等主要部位的施工质量，在此基础上，加大质量管理力度，严格按照相关规范进行施工，确保质量。 

　　六 结语 

　　在水利工程水闸施工过程中，我们可能会遇到各种各样的问题，排水和止水是水闸工程中最主要的， 需要我们在水闸设计的时候就予以认真对待，把工程施工中可能出现的问题尽可能全面地设想到，并研究出妥善的预防及解决措施。 这就需要我们设计单位的工作人员充分发挥自己的能动性，确保设计方案的万无一失。