淺談水閘設計時問題分析及應用

陳 貝

廣東省潮州市水利水電勘測設計院，廣東 潮州 521000

0 引言

水閘是依靠可以升降的閘門來控制水位，調節(jié)流量，它是一種既能泄水又能防洪的水工建筑物，在灌溉、排水、防洪、航運、發(fā)電等方面應用十分廣泛。水閘的設計是非常復雜的系統(tǒng)工程，它不僅受主觀因素還受到客觀因素影響。本文將試圖對水閘設計當中所涉及到的關于水閘選址、閘型、閘底板高程、水閘地基處理等幾個方面進行討論，期許水閘設計中能引起相關關注。

1 水閘設計幾點注意問題

1.1 水閘的選址

水閘的選址在水閘建設過程中是非常關鍵的環(huán)節(jié)。水閘能夠較好地滿足水閘的使用要求、水流流態(tài)穩(wěn)定、造價經(jīng)濟、穩(wěn)定安全、水閘便于管理等是水閘選址的原則。

1.2 閘型的選擇

水閘型式的選擇是由多方面因素決定的，一定要結合當?shù)氐刭|地形、施工管理、河道特性等因素因地制宜地進行綜合方面考慮，不可一味盲目地追求新穎閘型。

1.3 水閘底板高程

水閘底板高程的確定是由多方面因素決定的，選定得是否恰當，對閘的穩(wěn)定，閘室的寬度、高度、閘門的擋水高度，兩岸建筑物的高度、運行管理、施工難易，工程造價均有很大影響。因此，必須從滿足運行要求，并結合地質水文、經(jīng)濟合理等要求考慮。

1.4 水閘地基處理

水閘地基處理的方法很多，使用較多的主要有以下幾種：置換法、排水固結法、加筋法、灌入固化物法、振密或擠密法和樁基法等。國內在增加水閘地基承載能力和減少地基有害沉降的處理方法最常用的是墊層法、灌漿法、砂井預壓法和樁基法。

2 工程實例

2.1 工程概況

某排水閘采用胸墻式結構，為平底閘。經(jīng)計算，B0=8.86m，考慮綜合因素，取B0=10m。排水閘孔口尺寸有兩方案：1）設2孔，單孔凈寬5m，閘孔凈高3m；2）設3孔，單孔凈寬3.5m，閘孔凈高3m。經(jīng)方案比較，可確定排水閘設2孔，單孔凈寬5m，凈過水寬10m，閘孔凈高3m。

2.2 閘室布置

該排水閘垂直內河堤布置，為胸墻式排水閘，閘底板高程64.9m；閘底板順水流方向長8.0m，2孔，單孔凈寬5m，閘孔高3m；中墩厚1.2m，邊墩厚1.0m，閘底板寬13.2m。底板厚1.0m；閘墩頂高程與該處堤頂齊平70.36m。

2.3 水閘整體穩(wěn)定及地基應力計算

2.3.1 計算工況

1）完建期，上下游無水；

2）下游常年蓄水位67.0m，上游無水,關閘清淤；

3）下游P=2%洪水位69.07m，上游水位至孔洞頂67.90m。

2.3.2 計算結果

根據(jù)《水閘設計規(guī)范SL265-2001》，利用閘室基底應力和閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算公式可分別計算各工況下排水閘的整體穩(wěn)定及基底應力。

ΣG為作用在閘室上的全部豎向荷載（包括閘室基礎底面上的揚壓力在內，kN）；

ΣM為作用在閘室上的全部豎向和水平荷載對于基礎地面垂直水流方向的形心軸的力矩（kN·m）；

A為閘室基底面的面積（m2）；

W為閘室基底面對于該底面垂直水流方向的形心軸的截面矩（m3）；

Kc為沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

f為閘室基底面與地基之間的摩擦系數(shù)；

ΣH為作用在閘室上的全部水平向荷載（kN）。

根據(jù)上式可分別計算各工況下水閘的整體穩(wěn)定及基底應力。經(jīng)計算排水閘的整體穩(wěn)定及基底應力均滿足規(guī)范要求。

2.4 消能防沖計算

計算工況。消能防沖計算工況為：上游十年一遇的過閘流量97m3/s，上游設計水位68.6m，下游五年一遇的洪水位67.98m。

消力池的計算。根據(jù)以上公式，先判斷是否需要設置消力池:先求出收縮水深hc=1.54m，再代入其它公式求出，可不需設置消力池。按構造處理，設8m長0.5m厚的鋼筋砼護底。

2.5 滲徑長度計算

水閘滲徑長度必須滿足閘基防滲長度要求，因此按下式計算：

式中：L為閘基防滲長度（m）；

H為上、下游水位差（m）；

C為滲經(jīng)系數(shù)。

2.5.1 工況

1）建設期,上游無水，下游施工洪水65.35m，△H=65.35-64.9=0.45m；

2）下游常年蓄水位67.0m，上游無水，關閘清淤，△H=67-64.9=2.1m；

3）下游P=2%洪水位69.07m，上游水位至孔洞頂67.90m，△H=69.07-67.9=1.17m。

2.5.2 滲徑長度L計算

根據(jù)《水閘設計規(guī)范SL265-2001》，砂礫層容許滲徑系數(shù)C=3～2.5，故L=3×2.1=6.3 m，小于水閘滲徑長度28.94 m，滿足規(guī)范要求。

2.6 閘基抗?jié)B穩(wěn)定計算

根據(jù)水閘的實際情況，水閘簡單分成9段計算其滲透壓力，經(jīng)計算的各段阻力系數(shù)、水頭損失值、修正后各段水頭損失值及水頭坡降值，滿足閘基穩(wěn)定滲流規(guī)范要求。

3 結論

水利工程中水閘的應用越來越廣泛，本文對水閘設計當中所涉及到的關于水閘選址、閘型、閘底板高程、水閘地基處理等幾個方面進行討論，這些因素對水閘設計是極其重要的，千里之堤毀于蟻穴，一個微小的因素沒有考慮到，必然帶來整體結構的穩(wěn)定與安全性受到威脅。對水閘設計進行多方面因素考慮，不僅能防范于未然，更能給設計過程中帶來方便。

[1]張永富.對水閘設計的幾點體會[J].黑龍江水利科技，1998，1.

[2]中華人民共和國水利部.水閘設計規(guī)范SL265-2001.中國水利水電出版社，2001.