探究水闸设计要点与方法

 摘要：近几年，水利工程建设有了快速的发展，不仅对我国农业发展有很大的促进作用，而且也在很大程度上促进了我国国民经济的提高。因此，进一步提高水利工程建设的相关技术乃大势所趋。水闸的设计作为水利工程建设的一个方面，对其设计的要点与方法也有比较高的要求。本文主要对水闸设计的要点与方法进行了一定的探讨，主要包括水闸的选址，水闸的地基设计，水闸的消能防冲等。 

　　关键字：水闸设计 要点消 能防冲 

　　中图分类号：TV66文献标识码： A 文章编号： 

　　一、水闸的组成和作用 

　　1、水闸的组成 

　　如图1所示，水闸主要由三部分组成，分别是上游连接段、闸室和下游连接段三部分[1]。其中上游连接段的作用主要是将水流引入闸室，避免其外流，对两岸及河床也起到了保护作用，防止其被冲刷，同时还与闸室一起起到了防渗作用；闸室在水闸中处于主要地位，它的主要作用是对水位和流量起到了一定的控制作用，并且防渗防冲，它的设计包括底板、闸门、闸墩、护栏和工作桥等；下游连接段主要用来消除过闸水流的剩余能量，将出闸的水流进行均匀地分散，从而起到对流速的减缓作用，避免对下游的冲刷。 　　 

　　2、水闸的作用 

　　水闸既可以挡水，又能排除多余的水，主要是通过升降的闸门控制水位，进而调节流量，因此水闸在防洪、灌溉、排水、发电等水利工程中都有发挥着重要的作用[1]。水闸按照其功能的不同也分为很多不同的种类，主要有节制闸、进水闸、分水闸、排水闸等；按照闸室结构又可以分为开敞式水闸、胸墙式水闸和涵洞式水闸。不同的水闸所发挥的作用不同，因此在设计时要根据水利工程特定的需要和要求进行设计。 

　　二、水闸规模确定的原则 

　　水闸规模的大小主要取决于过闸流量的大小，主要可以分为大型水闸、中型水闸和小型水闸三种。大型水闸的过闸流量为1000m3/s以上，中型水闸的过闸流量在100m3/s到1000m3/s之间，而小型水闸的过闸流量在100m3/s以下[2]。 

　　三、水闸的选址原则 

　　水闸位置的选定对于水闸的设计和建设有很大的影响，是整个水闸设计的重要一环。如果水闸的位置选择不当，很有可能会导致水闸工程事故的发生，比如使水闸渗透、失稳或遭到冲刷破坏等。水闸选址遵循的原则是保障水闸的稳定和安全，可以使水闸的使用达到规定的要求，保证水流流态稳定，并且尽量要方便管理、使造价最低[2]。除了以上所描述的水闸选址原则，还应该注重水闸的地质条件以及人文条件。而良好的地质条件可以是天然形成的地基，可以是岩石材质，也可以是土质的，但是要求其有一定的承载力，难以压缩，并且不易透水、渗水等。若难以找到符合地质要求的天然地基，可以对天然地基进行一定的技术处理，但是造价成本就会提升很多，并且若施工或管理方面不规范，很容易使其遭到破坏，并影响到水闸的建设。综上所述，在进行水闸的地基选址时，应该慎重考虑，考虑全面。 

　　四、水闸地基的处理方法 

　　对水闸的地基进行处理很有必要，可以使其承载能力有很大提高，避免出现坍塌；并且可以消除或减少地基的有害沉降；使地基的抗渗透能力增强，从而不容易变形。目前水闸地基的处理方法有很多，比较基本的主要有开挖、灌浆、防渗墙、桩基础等[3]，除此之外还有置换法、排水法和挤实法。下面针对这些水闸地基的处理方法进行介绍、分析。 

　　1、开挖 1000;

　　开挖法是地基处理中使用比较多的一种方法，其主要的处理方法是将那些与设计要求不相符的覆盖层以及由于受到风化而被破坏的岩层挖掉。该方法原理比较简单，操作起来也不是很复杂。 

　　2、灌浆 

　　灌浆法的实施需要借助灌浆泵，借助灌浆泵的压力，再通过钻孔、对管路预埋等方式将具有胶凝性质的材料（比如水泥）和掺合料（比如黏土）与水一起进行混合。待将其搅拌均匀，然后灌注到岩石、土层所产生的裂隙中或者混凝土的裂缝、接缝内，这样可以起到加固和防渗的作用。 

　　3、防渗墙 

　　防渗墙法需要借助专用的机具，钻凿出圆孔或者开挖槽孔，用泥浆加固墙壁。另外将混凝土或者其他防渗材料浇灌到圆孔中。也可以安装预制的混凝土构件，这样可以形成连续的地下墙体。另外也可以使用板桩、灌注桩、施喷桩或者定喷桩等连续形成防渗墙。 

　　4、桩基础 

　　桩基础法主要用在竖向受力比较大并且受力集中的情况中，也能满足对沉降方面有较高要求的建筑物和精密设备。桩基础可以将建筑物所承载的力引到地基的深处，从而使得地基能承载比较大的水平受力和上拔力，对于沉降有减少或者调整作用。 

　　5、置换法 

　　置换法主要是将建筑物的基础底面下面一定深度的软弱土层进行挖去处理，然后将不易侵蚀和压缩的散性材料填入进去，这样可以使软土加快固结。 

　　6、排水法 

　　排水法主要通过采用一些措施，比如砂垫层、排水井、塑料多孔排水管等，以此来控制软基表层或者内部形成水平或者垂直的排水通道，然后借助土壤的重力或者其他外力作用使土壤中的水分快速被排除，从而使土壤更加坚固。 

　　7、挤实法 

　　该方法主要是指将一些填料，比如砂、细小石子等，通过冲击、振动或者两种方法结合的作用压入土中，使其形成柱体状，从而使土层被挤实，增加了地基的强度。 

　　五、消能防冲设计 

　　消能防冲是水闸的主要作用和内容，在设计时主要包括对工程的工况和设施的计算、控制，对消力池面积、深度的计算和控制，以及对河床冲刷要求能力的计算等。对于工况所需要的设计目标和要求的计算，在水闸设计中往往不是很能做到完全准确，因此如何达到这一要求，是水闸消能防冲设计所追求的目标。 

　　目前的水闸消能设计和控制，往往是以闸高水位为基准，将比基准高的水位进行排除，并且对于下游的水位要取最低的下限值，这样做可以保障水闸的建设顺利开展。这种工况下的闸门初始开启度往往也是消力池深度计算的控制因素。对于水闸的防冲设计，还有很多方面的计算不是很明确，很多因素还不能确定，因此还需要我们对其进行进一步的研究和探讨。 

　　目前人类对于大自然的改造在加剧，自然的生态环境在发生改变，因此水文规律也发生了很明显的变化。对于水闸的设计来说，越来越多未曾遇到过的工况也在增多，给水闸的设计带来了一定的困难。针对此，在对水闸闸上最高蓄水位和最低水位进行选择时，要综合考虑水文条件的变迁和河道地形的变迁[5]。水文条件的变迁容易出现主河道水位升高的情况，并且使河道原来的天然状况发生了变化，水流的边界条件也与之前不同，这些都需要考虑到。而河道地形的变迁主要表现在含沙量的变化，河床也时常被淤泥堵塞又时常被冲刷，处于动态平衡状态。但是如果在河道上游修水库或者建设水闸，则容易打破这种平衡状态。因此在建设时必须对这些情况认真分析，以及时排除不利因素。 

　　六、闸室安全计算 

　　闸室的安全与稳定对于水闸功能的发挥具有重要的作用，因此对于水闸的闸室需要进行一些计算，确保其安全。需要计算的主要包括负载组合、基底应力计算、抗滑稳定计算等[5]。其中荷载组合又可以为基本组合和特殊组合两种，不同的组合方式又有所差别。而基底应力的计算包括力矩计算、正常运用情况下的基底应力以及竣工检修情况的计算等。抗滑稳定计算需要计算闸室在正常运用情况下的总弯矩以及总重，以此来得出抗滑稳定系数。 

　　七、结语 

　　水闸的设计水利工程的设计与施工中有着非常重要的位置。在对其进行设计时要充分考虑好实际情况，对周围的环境有一个详细的调查和研究，对其设计的各个方面都要严格按照要求来执行。设计和建造一个安全稳定、造价合理的水闸对水利工程建设的质量和水平将会有很大的促进作用。在设计、施工过程中，要不断地借鉴成功的工程设计的经验，总结自身存在的不足，将理论与实践结合，努力提高水闸的设计水平。 

　　参考文献 

　　[1]满广生.水闸设计及闸室结构设计研究[J].科技资讯，2003，09:23-24 

　　[2]彭云峰. 浅析水利工程中水闸设计方法[J]. 中国科技博览, 2011, 12: 162. 

　　[3]李少苏. 对水闸设计中几个问题的看法[J]. 河北水利水电技术, 2008 ,03: 63-64. 

　　[3b1e4]张永富, 张海燕, 李淑贤. 对水闸设计的几点体会[J]. 黑龙江水利科技, 1998,01:34-35 

　　[5]孙立平, 石宝华, 张延乐. 关于水闸安全评价的几个问题[J]. 科技信息, 2011, 01: 790. 

　　[6]陈民宝,方燕琴. 水库水闸运行管理的分析与探讨[J]. 南北水调与水利科技,2009,(7);A02,86-88.