水閘設計相關問題探討

摘#8195;要 本文對水閘設計中涉及的水閘的選址、閘型的選擇、水閘底板高程、水閘地基處理、水閘消能防沖方法設計等方面進行了論述，并針對排水設計問題進行了詳細說明，是筆者多年工作的經(jīng)驗總結，希望給以后的水閘設計工作提供一些參考。

關鍵詞 水閘設計；選址；閘型；底板高程；消能防沖

中圖分類號 TV 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)031-0127-01

1 水閘設計

1）水閘的選址問題。水閘的選址無疑是水閘建設過程中的首要環(huán)節(jié)。水閘在選址時應綜合考慮各方面情況，最好選擇地質(zhì)條件良好的天然地基。一般在滿足水閘使用要求和管理的情況以后，再根據(jù)水閘的地質(zhì)條件和水文條件，優(yōu)先選用新鮮完整的巖石地基，在沒有這種完整的巖石地基的情況下，也可以考慮選擇一些承載能力大、壓縮性低、抗?jié)B穩(wěn)定好、抗剪強度高、透水性小的土質(zhì)地基。

2）閘型的選擇。水閘的閘型有很多種，具體功能和優(yōu)缺點也不盡相同，在閘型選擇的時候不能一味盲目地追求新穎。正是因為水閘型式的選擇是由多方面因素綜合決定的，所以應結合當?shù)貙嶋H地質(zhì)地形、河道特性、施工管理等因素因地制宜地進行考慮，確保閘型的選擇是科學的、合理的。

3）水閘底板高程。閘底板高程選定得是否得當，對閘的制作、施工、造價以及質(zhì)量均有很大影響，因此水閘底板高程的確定同樣是一件馬虎不得的步驟。同閘型的選擇一樣，閘底板高程的確定也是要從地質(zhì)、水文地質(zhì)、經(jīng)濟以及滿足運行要求等多方面綜合考慮。如：閘底板高程比較低的情況下，雖然有利于迅速排水使農(nóng)田不致受澇，但如果地質(zhì)較差的情況下，這就加重了地基開挖和處理的難度，而且底板高程過低的話對于攔河閘來說，給閘門的啟閉力、防沙沖沙布置均帶來困難。由此可見，閘底板高程的確定必須綜合考慮，選擇最優(yōu)方案。

4）水閘地基處理。目前對水閘地基處理的方法有很多，下面就對國內(nèi)常用的一些方法做簡要敘述。

①預壓法：預壓法是通過預先加載，加速場地土排水固結，從而達到減少沉降和提高地基承載力的目的。該方法的優(yōu)點是：對在持續(xù)荷載作用下體積會發(fā)生很大壓縮，強度會明顯增長的土，如淤泥質(zhì)土、粘性土地基等有著非常好的效果。缺點是：比較耽誤工期，一般施工工期緊的工程不建議采用，這是由于閘基地下水一般與河水連通，使得了圍封、降水難度比較大，所以要通過預壓法完成場地土固結沉降往往要耗費比較長的時間；②復合地基法：復合地基一般是由基體（天然地基土體）和增強體兩部分組成。它是天然地基在處理過程中被置換或增強而形成的一種人工地基。復合地基根據(jù)樁體材料的性質(zhì)不同一般可分“剛性樁復合地基”、“柔性樁復合地基”和“散粒體材料樁復合地基”三種，由于樁體材料的差異，它們加固機理、適用條件和施工工藝也有很大區(qū)別，在此我們就不一一介紹了；③換土墊層法：換土墊層法也是一種比較古老的地基處理方法。因為其施工簡便，而且運用此方法處理的地基很少出現(xiàn)問題，在工程質(zhì)量上有一定保證，所以一直是淺層地基處理的首選方法。淺層地基一般指軟弱土層小于3m，下臥層地基承載力較高的土層。因為如果換填深度過大的話，這樣會出現(xiàn)增加基坑支護費用，造成工程造價過高等問題；④樁基法：樁基按施工方法可分為預制樁和灌注樁兩大類。樁基能有效地承受一定的水平荷載和上拔力，常用于以下幾種情況：受大面積地面荷載影響的結構；豎向荷載大而集中的結構；沉降方面有較高要求的建筑物。

5）水閘消能防沖方法設計。一般來說，水閘消能設計的控制工況是：保持閘最高蓄水位，宣泄上游多余水量，下游水位取下限值。此種工況下閘門的初始開啟度，往往是消力池深度計算的控制因素。水閘防沖設計的控制工況是：水閘泄放最大設計洪水流量，相應下游水位最低。由于人類活動加劇，氣候環(huán)境變遷，使得水文規(guī)律發(fā)生了巨大的變化，所以在選擇水閘閘上最高蓄水位、最低水位時還要考慮到河道地形和水文條件的變遷。

2 水閘排水問題

1）消力池底板排水孔設計。消力池底板要承受多方面的力量，包括水流的沖擊力、水流脈動壓力和底都揚壓力等，具備相當?shù)闹亓亢蛷姸龋軌蚩箵糁匚餂_擊、經(jīng)壓耐磨?？梢钥紤]在水平護板的后半部分設置部分垂直的排水孔，同時，排水孔呈梅花形布置，排水孔的下面可以鋪一層反濾層，能夠最大限度的進行排水，減少護板底端的滲透壓力。

2）閘基防滲面層排水。由于上游與下游巨大的水位差產(chǎn)生的強力作用，上游水會從河床慢慢滲透，繞經(jīng)上游防滲鋪蓋、板樁以及閘底板，再經(jīng)過消力池的反濾層由排水孔流至下游，起到有效排水的作用。地基的滲水要想盡快的排出去，可以在高水位的一側(cè)大不量布置鋪蓋、淺齒墻、板樁等多個防滲止水的設施，滯滲延長底板上游的滲透路徑，使作用在消力池底板上的滲透壓力緩緩減小壓縮。在低水位一側(cè)設置濾水層進行排水，同時使用排滲管等設施排滲。

3）翼墻排水孔的設計。在水閘的使用過程中，除了閘基會出現(xiàn)滲流以外，還會發(fā)生側(cè)向滲流。所謂側(cè)向滲流是指滲水從上游繞過翼墻、岸墻和刺墻后向下游流去。這種側(cè)向滲流隱患很大，很可能造成水閘底板滲透壓力的增大，從而使得滲流出口處發(fā)生嚴重危害性的壓力變形。一般單向水龍頭的水閘可以在下游翼墻和保護坡處設置多個排水孔，并且在擋土墻的另一側(cè)孔口處設置反濾層。然而由于一些設計人員的馬虎和不專業(yè)，有一些工程中的排水孔設置在了進口翼墻處，這種設計不僅浪費資源，還會起到一些發(fā)面效果。比如，這樣的設置使得翼墻失去了大部分防滲、抗沖、增加滲透路徑的能力，使得上游的水流直接從排水孔滲入翼墻的后面，同時也減小了翼墻的作用。 所以，設計者要明確各個環(huán)節(jié)的作用，做到心中有數(shù)，做好側(cè)方向防滲排水設施。不能盲目的張冠李戴，鬧出笑話，也給工程帶來安全隱患。

4）防沖槽的設置。水利工程建設中，在水閘關卡的末端通常設有加固穩(wěn)定措施—防沖槽。因為水流的能量和速度在經(jīng)過關卡的作用雖然已經(jīng)得到一定的減緩，但末端水流仍具有一定的沖洗能力，這就足以對河床造成一定程度上的損害。常用的拋石防沖槽就是在末端水流處挖槽拋石，留下足夠多的石塊，當水流沖刷河床形成沖坑的時候，預留在槽內(nèi)的石塊沿沖刷的斜坡陡段滾下，鋪蓋在沖坑的上游斜坡的上面。防止沖刷坑向上游擴展，保護工程的安全。

3 結束語

水閘是一種既能擋水，又能泄水的水工建筑物，在防洪、灌溉、排水、航運、發(fā)電等水利工程中得到十分廣泛的應用。堤防之險在于閘，說明了水閘的重要性。水閘的地質(zhì)條件、施工條件、受力條件及其重要性等與其他建筑物相比有其特殊性。其設計是非常復雜的，它不僅有主觀的因素，還有客觀的因素。隨著科學的進步，水閘的設計施工雖然越來越趨于成熟，但是如閘門止水容易損壞的問題、水閘啟閉機的布置問題和閘門啟閉機行程限位裝置過于簡陋等一些細節(jié)問題仍需要進一步的規(guī)范。千里之堤毀于蟻穴，一個微小的因素就足以給整個結構的穩(wěn)定與安全性造成威脅。綜上所述，我們可以看出水閘設計是要從多方面綜合考慮的，科學謹慎、細致入微是防范于未然要秉持的首要態(tài)度。

參考文獻

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

[2]郭中瓊.水閘設計問題的分析[J].中國水運，2009，11.