淺談水工閘門(mén)設(shè)計(jì)的研究

廣東省潮州市北關(guān)引韓灌溉工程管理處 521000

摘要：自畢業(yè)后本人一直從事單位工管股的工作，對(duì)單位工管股工作有著較深的認(rèn)識(shí)。本文對(duì)水工閘門(mén)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，旨在與同行探究學(xué)習(xí)共同進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：技術(shù)；設(shè)計(jì)；作用

在水工建筑中，閘門(mén)主要掌管水位的調(diào)節(jié)以及過(guò)水流量的控制兩項(xiàng)工作，是水工建筑順暢運(yùn)作所必不可少的設(shè)備。閘門(mén)的工作性能較高，但初始設(shè)計(jì)、加工制造與安裝等工作均較為繁瑣復(fù)雜，任何一項(xiàng)指標(biāo)的控制失力，均有可能造成其質(zhì)量缺陷，進(jìn)而影響到各方面使用性能的發(fā)揮。

一、水閘的作用

水閘是一種既能擋水又能夠在工程中泄除多余的水量，是一種依靠升降閘門(mén)來(lái)控制水位的水工建筑物。在現(xiàn)階段水利水電工程中被廣泛的應(yīng)用在灌溉、排水、航運(yùn)、防洪和發(fā)電等多個(gè)行業(yè)之中。水閘在目前水利水電工程中主要可以分為節(jié)制閘、分水閘、排水閘、進(jìn)水閘、沖砂閘等。不同的水閘在水利水電工程中所發(fā)揮的作用和功能不盡相同。在很多的情況下，由于水利水電工程需要發(fā)揮多種不同的功能，因此在處理的時(shí)候，可以按照水利水電工程作用和效益的需求來(lái)進(jìn)行不同種類(lèi)的設(shè)計(jì)和控制，也可以將多種類(lèi)型的水閘一起應(yīng)用于同一水利樞紐中。

二、水閘設(shè)計(jì)原則

水閘作為水利水電工程的重要組成部分，其在設(shè)計(jì)之中容易受到地質(zhì)條件、施工條件以及受力條件的影響。這主要是由于其同其他建筑結(jié)構(gòu)相比較有著特殊性。選址原則：在水閘建設(shè)之中，水閘選址是影響水利水電工程作用和效益的關(guān)鍵。在一般情況下，水閘在選址的過(guò)程中，首先要考慮到周?chē)牡厮臈l件和地質(zhì)條件，要選擇具有較高抗剪能力以及承載能力的天然地基，最好是在處理的過(guò)程中能夠選擇新鮮完整的巖石作為水閘的地基，這樣不但能夠避免施工中對(duì)地基加固的施工要求，還能夠提高工程效益，增加水閘的抗剪力以及承載力。如果在工程施工的過(guò)程中，地質(zhì)要求無(wú)法得到良好的控制，則容易造成在施工中地基不受控制，出現(xiàn)地基完整性不夠和承載能力弱的現(xiàn)象，從而造成了水閘失事。所以在現(xiàn)階段工程項(xiàng)目中，選址問(wèn)題一直都是值得關(guān)注和探索的問(wèn)題，要綜合各種因素進(jìn)行綜合的分析和處理，以此提高水閘的施工要求。

三、閘門(mén)設(shè)計(jì)的主要工作程序

1.閘門(mén)的選型布置原則。在取水輸水建筑物中，閘門(mén)的種類(lèi)繁多，閘門(mén)的選型布置直接關(guān)系到相關(guān)建筑物的布置和工程量，也就影響了工程的投資和施工進(jìn)度，有時(shí)甚至是控制性的。閘門(mén)的選型布置合理，不僅會(huì)節(jié)約大量資金，而且還會(huì)取得安全可靠、操作靈活、維修方便等效果。閘門(mén)的選型與布置，應(yīng)從全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧，正確處理閘門(mén)設(shè)計(jì)與取水輸水建筑物的關(guān)系，以滿足工程的各種使用要求。大中型工程常需要做多種形式和布置的方案，與建筑物一起作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，從而選定最優(yōu)方案。

2.收集和分析資料。要進(jìn)行一項(xiàng)閘門(mén)的設(shè)計(jì)工作，首先要收集和研究分析閘門(mén)設(shè)計(jì)的基本資料，包括樞紐的任務(wù)和水工建筑物的形式等級(jí)與布置。分析資料就是要分清閘門(mén)的各種工況及運(yùn)行條件，確定閘門(mén)的荷載及具體的操作方式。

四、水工閘門(mén)的設(shè)計(jì)

1.地基處理及設(shè)計(jì)

當(dāng)水閘發(fā)生不均勻沉降或者地基總體沉降量較大時(shí)，需根據(jù)地質(zhì)情況重新復(fù)核地基承載力。閘室加固防滲措施改變時(shí)都需要重新驗(yàn)算地基承載力。由于閘基處于混凝土底板之下，且閘底板鋼筋混凝土厚度一般均在0.8m以上，鋼筋間距較小，因此，直接對(duì)地基加固有一定困難。當(dāng)?shù)鼗寻l(fā)生較大不均勻沉降時(shí)，需根據(jù)已有地質(zhì)資料認(rèn)真復(fù)核地基承載力，確定合理的加固措施。必要時(shí)增加地質(zhì)勘探工作，取得更為合理的地基土的物理力學(xué)指標(biāo)，確保采取的措施合理、經(jīng)濟(jì)且施工可行。

2.水閘門(mén)防滲排水設(shè)計(jì)

水閘的防滲排水設(shè)計(jì)主要是根據(jù)閘基地質(zhì)情況及上下游水位條件等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，其內(nèi)容包括：進(jìn)行水閘的地下輪廓布置，設(shè)計(jì)防滲排水設(shè)施的布置、型式、構(gòu)造和尺寸等。除險(xiǎn)加固的水閘應(yīng)根據(jù)水閘存在的問(wèn)題，按水閘實(shí)際的防滲、排水設(shè)施布置、型式、構(gòu)造和尺寸進(jìn)行防滲排水設(shè)計(jì)驗(yàn)算。

3.水力設(shè)計(jì)

水力設(shè)計(jì)一般包括：過(guò)流能力驗(yàn)算、擬定閘門(mén)控制運(yùn)行方式和消能防沖設(shè)計(jì)計(jì)算。病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)時(shí)，影響水閘過(guò)流能力的主要因素包括設(shè)計(jì)水位的變化、孔口斷面尺寸和型式的變化、過(guò)水涵洞斷面尺寸以及涵洞長(zhǎng)度的變化、消能防沖設(shè)施變化等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)復(fù)核后的特征水位和規(guī)模，對(duì)水閘的過(guò)流能力進(jìn)行復(fù)核。當(dāng)采取加厚底板尺寸、加固閘墩以及增加底坎等措施時(shí)，過(guò)流面積水流流態(tài)以及下游的出流狀態(tài)都可能發(fā)生變化，需要重新復(fù)核水閘的過(guò)流能力。特別要注意流態(tài)的變化，需要根據(jù)實(shí)際情況而采取和原設(shè)計(jì)以及安全鑒定時(shí)不同的過(guò)流能力計(jì)算公式來(lái)進(jìn)行驗(yàn)算。如果水閘為穿堤涵閘，閘室后緊鄰的涵洞斷面長(zhǎng)度、尺寸變化都可能引起過(guò)流能力的變化。特別是涵洞延長(zhǎng)時(shí)，還需重新判斷涵洞的流態(tài)，即涵洞為無(wú)壓、有壓、半有壓和長(zhǎng)洞短洞以及淹沒(méi)出流和非淹沒(méi)出流等不同的水流型式，據(jù)此選擇合適的計(jì)算公式驗(yàn)算其過(guò)流能力。

4.閘室結(jié)構(gòu)布置及穩(wěn)定性分析

三類(lèi)閘除險(xiǎn)加固時(shí)，首先需根據(jù)新的設(shè)計(jì)條件對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，然后結(jié)合安全鑒定中結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題，采取必要的工程措施進(jìn)行加固。同時(shí)按加固后的結(jié)構(gòu)尺寸重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和穩(wěn)定驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)應(yīng)盡可能考慮工程措施中新老材料之間的差異性，以及這些差異將對(duì)工程安全運(yùn)行帶來(lái)的影響。

水閘結(jié)構(gòu)分析及穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，其荷載的計(jì)算也應(yīng)考慮設(shè)計(jì)參數(shù)的改變。同時(shí)荷載組合中應(yīng)對(duì)檢修工況荷載組合進(jìn)行充分的考慮。有抗震要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，對(duì)抗震設(shè)防烈度超過(guò)6度的水工建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)校核。

五、閘門(mén)的普通功能

1.對(duì)船閘閘室進(jìn)行有序和可控的開(kāi)啟和關(guān)閉。2.能夠隔離任何一段水力系統(tǒng)。3.能控制底孔和溢洪道泄洪。4.在水輪機(jī)甩負(fù)荷的情況下，能夠切斷水流。5.能夠?qū)λ慌c流量進(jìn)行控制。為了完成以上的任何一項(xiàng)功能，基本上每扇閘門(mén)都只是在需要時(shí)才關(guān)閉或開(kāi)啟，并且必須保持在規(guī)定的位置。上面所有這些功能必須無(wú)有害的振動(dòng)，在關(guān)閉時(shí)，必須保證止水。結(jié)語(yǔ)：

在水工設(shè)計(jì)中，閘門(mén)的設(shè)計(jì)是其中重要的一項(xiàng)，它關(guān)系到在實(shí)施后使閘門(mén)結(jié)構(gòu)牢固，啟閉靈活，擋水嚴(yán)密，運(yùn)用可靠等作用。在需要時(shí)可快速關(guān)閉閘門(mén)，阻斷水流，因而是一個(gè)重要而關(guān)鍵的問(wèn)題，它直接影響著水工建筑物效益的正常發(fā)揮。因此對(duì)閘門(mén)的設(shè)計(jì)質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，求精求細(xì)，是設(shè)計(jì)人員責(zé)無(wú)旁貸的義務(wù)。

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