平原區(qū)水閘設(shè)計(jì)研究

姜鵬

（德州市水利勘察設(shè)計(jì)研究院，山東 德州 253000）

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的推動(dòng)下，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施取得了進(jìn)一步發(fā)展，水利工程的建設(shè)規(guī)模得到不斷擴(kuò)大，而在社會(huì)發(fā)展中，水利工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重要性日益突顯出來(lái)。在水利工程中，水閘是一種非常重要的建筑物，其設(shè)計(jì)具有復(fù)雜性特征，同時(shí)其設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)于水利工程而言，有著直接影響。在進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)受力條件、施工條件以及地質(zhì)條件進(jìn)行充分分析，確保能夠?qū)崿F(xiàn)水閘的合理設(shè)計(jì)。

1 工程概述

某河流全長(zhǎng)25.38km，其匯水面積達(dá)到296.16km2，該河流水閘建于1978 年。雙孔，孔凈寬為3.3m。其底板高程為-0.5m，另外底板尺寸為10m×15.4m×0.8m。在長(zhǎng)期使用中，不斷被風(fēng)雨所侵蝕，對(duì)其造成了嚴(yán)重的損害。同時(shí)其地基較差，閘基樁數(shù)量較少，并且沉降量較大。其閘頂高程與標(biāo)準(zhǔn)高程相比較低，并且排洪能力嚴(yán)重下降，防潮標(biāo)準(zhǔn)較低，因此，需要對(duì)其進(jìn)行改建。

2 改造方案

基于施工條件以及環(huán)境的分析，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了充分分析以及綜合處理。

（1）采用3 孔閘室形式，其閘室是開(kāi)敞式砼結(jié)構(gòu)，分為3 孔，各個(gè)孔的凈寬度為5.5m，順流方向的長(zhǎng)度為16m，其垂直方向?yàn)?9.9m。另外，閘門(mén)采用平面鋼結(jié)構(gòu)，其尺寸為5.2m×6.06m（高×寬），其起動(dòng)機(jī)為QP-2×125kN 起動(dòng)機(jī)，在岸強(qiáng)上設(shè)置橋頭堡。

（2）5 孔閘室方案，閘室是開(kāi)敞式鋼筋砼結(jié)構(gòu)，分為5孔，其單孔寬度為3.3m，其順流方向長(zhǎng)度為16.0m，垂直方向?yàn)?1.9m，并在小有進(jìn)行了預(yù)制公路橋設(shè)置。閘門(mén)為平面鋼結(jié)構(gòu)，其尺寸為5.2m×3.86m（高×寬），其起動(dòng)機(jī)為QP-2×125kN 起動(dòng)機(jī)。

3 水閘作用

水閘就是指在海口、渠道以及河道等區(qū)域所修建的水利工程建筑物，其主要是借助閘門(mén)實(shí)現(xiàn)對(duì)水流流量的有效控制，以及調(diào)節(jié)水流的建筑物，對(duì)于水利工程而言，進(jìn)行水閘修建能夠?qū)λ灰约八髁窟M(jìn)行有效的控制以及調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)引水、擋水以及等水利功能要求。若是對(duì)閘門(mén)進(jìn)行關(guān)閉，能夠?qū)樗鸬綌r截作用，對(duì)水位起到抬高作用。在開(kāi)啟閘門(mén)時(shí)，能夠發(fā)揮其取水、泄洪以及排洪等作用。一般情況下，會(huì)在平原地區(qū)修建水閘，其應(yīng)該具備發(fā)電、排洪、泄洪等功能，是一項(xiàng)綜合性水利工程。

4 要點(diǎn)研究

在該項(xiàng)目中，水閘設(shè)計(jì)人員，需要充分分析實(shí)際問(wèn)題，并開(kāi)展統(tǒng)籌管理工作，保證水閘設(shè)計(jì)的有效性以及合理性。從水閘上游起，依次是砌石護(hù)底以及混凝土預(yù)制塊護(hù)坡等，最后為兩岸翼墻。在實(shí)際運(yùn)行中，為了能夠保證進(jìn)口水流得到改善，翼墻平面應(yīng)該進(jìn)行圓弧型設(shè)計(jì)，將其半徑設(shè)計(jì)為16.455m，同時(shí)在平面中將其分為兩段。在上游翼墻接近于閘室處擋土墻其高度設(shè)計(jì)為5.5m，并采用鋼筋砼懸臂式翼墻結(jié)構(gòu)。對(duì)于伸入岸強(qiáng)度嚴(yán)翼墻而言，由于其高度較低，因此，墻身應(yīng)該采用更加經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的C20 混凝土重力式翼墻結(jié)構(gòu)。

（1）水閘選址。對(duì)于水閘設(shè)計(jì)而言，水閘選址是一項(xiàng)非常重要的工作，在開(kāi)展水閘選址工作時(shí)，需要以水閘水問(wèn)題條件、地質(zhì)條件等為基礎(chǔ)，盡量選擇地質(zhì)條件突出的地基，最好是能夠選擇巖石地基或是透水性良好、低壓縮性良好、承載能力強(qiáng)以及抗剪能力強(qiáng)的土質(zhì)地基，如果沒(méi)有在規(guī)劃范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件突出的地基，就需要進(jìn)行科學(xué)處理，閘址選擇在沖淤變化小以及河勢(shì)穩(wěn)定等河段。

（2）閘室結(jié)構(gòu)。在統(tǒng)籌分析、綜合處理閘室過(guò)程中，需要對(duì)其局部模型以及整體結(jié)構(gòu)開(kāi)展統(tǒng)籌處理以及數(shù)據(jù)整合工作，該水閘設(shè)計(jì)項(xiàng)目的閘室結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)方案中已經(jīng)提到，并分為3 孔，其底板頂高程設(shè)計(jì)為30.00m，其厚度設(shè)計(jì)為0.8m，邊墩與中墩都是鋼筋砼實(shí)體墩，并且將其厚度分別設(shè)計(jì)為0.7m 與1.0m，其波浪高度+最高擋水位為+0.3m。同時(shí)，整體結(jié)構(gòu)超高為35.56m，在處理閘室時(shí)，一處位于閘室下游方向，寬度設(shè)計(jì)為1.5m，另一處位于閘室中部位置，寬度設(shè)計(jì)為1.2m，其頂高程均設(shè)計(jì)為36.20m，并且在兩側(cè)合理設(shè)置鋼管欄桿。其工作閘門(mén)為定輪平面鋼結(jié)構(gòu)，共有3 扇，其檢修門(mén)槽的尺寸設(shè)計(jì)為0.35×0.25m。

（3）泄洪閘底板高程的設(shè)計(jì)。在確定閘底板高程時(shí)，需要對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，然后進(jìn)行確定，在高程設(shè)計(jì)中，有很多因素均會(huì)有所涉及，其主要涵蓋洪水、水流、水文地質(zhì)以及地質(zhì)情況等因素。在開(kāi)展高程設(shè)計(jì)工作時(shí)，主要借助建模方式對(duì)其進(jìn)行分析、論證，另外，需要對(duì)國(guó)內(nèi)外前沿技術(shù)、先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)以及研究成果進(jìn)行充分借鑒，進(jìn)而保證高程設(shè)計(jì)具有良好的準(zhǔn)確性以及合理性。在高程設(shè)計(jì)中，需要避免其出現(xiàn)過(guò)低現(xiàn)象，在高程過(guò)低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水流被水閘過(guò)多分走，就會(huì)對(duì)下流水流沖刷能造成影響，使其急劇下降，進(jìn)而引發(fā)沙泥淤積問(wèn)題，因此，在確定閘底板高程時(shí)，應(yīng)該盡量保證河道原有的排沙泄洪能力不被破壞。

（4）消能防沖。對(duì)于水閘而言，其主要消能方式有挑流消能以及底流消能等。挑流消能主要在巖基水頭較大的中型水利工程以及大型水利工程中應(yīng)用較為廣泛；底流消能主要地地基地低水頭以及上中水頭中的泄水建筑物中應(yīng)用較為廣泛。在開(kāi)展水閘設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要按照工程規(guī)合理選擇防沖措施，其主要是由建于閘室下游中的下游翼墻、防沖槽、海鰻、消力池以及輔助消能工等組成。另外，還需要對(duì)水閘表面進(jìn)行合理布置，進(jìn)一步提升水流擴(kuò)散能力，進(jìn)而避免或是降低回流所造成的影響以及危害。

在該項(xiàng)目中，其結(jié)構(gòu)主要為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，其高程設(shè)計(jì)為29.20m，其平面布置在閘室出口處的寬度設(shè)計(jì)為18.5m，并且需要確保其結(jié)構(gòu)中直線(xiàn)，能夠直接擴(kuò)散21.7m，其平面擴(kuò)散實(shí)際角度應(yīng)該為7 度，其池底板厚度應(yīng)該由首部0.7m 逐漸變?yōu)?.5m。在消力池兩側(cè)設(shè)置擋土翼墻，墻體最高高度為6.3m，并采用鋼筋砼懸臂式結(jié)構(gòu)，其末端需要拐彎，并插入河坡中5.3m，在其外側(cè)接入長(zhǎng)度為5.9m 的砼翼墻。對(duì)于消力池下游而言，屬于海漫段，其總長(zhǎng)度為28.0m，并在海漫下游進(jìn)行拋石防沖槽設(shè)置。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，下游的沖刷深度已經(jīng)達(dá)到2.4m，因此，應(yīng)該將防沖槽的截面面積設(shè)置為5.7m2，防沖槽部位的實(shí)際長(zhǎng)度應(yīng)該為6.0m，其槽深應(yīng)該為1.7m，其截面面積應(yīng)該為8.1m2。

（5）防滲排水。在對(duì)防滲排水環(huán)節(jié)開(kāi)展統(tǒng)籌處理工作時(shí)，應(yīng)該綜合控制、集中處理閘基防滲的長(zhǎng)度，將高壓旋噴柱滲透墻以及鋼筋砼作為重點(diǎn)對(duì)象進(jìn)行研究，對(duì)系統(tǒng)化處理機(jī)制進(jìn)行積極落實(shí)，保證其效果能夠符合預(yù)期要求，為防滲路線(xiàn)設(shè)置提供保障。在防滲范圍內(nèi)，閘室段的豎直縫以及水平縫需要設(shè)置兩道水橡皮，其余部位設(shè)置1 道水橡皮。在下游的滲流出口位置應(yīng)該進(jìn)行冒水孔以及反濾層設(shè)置，同時(shí)，需要充分分析其尺寸，對(duì)于冒水孔直徑應(yīng)該設(shè)計(jì)為0.1m，孔距應(yīng)該設(shè)置為1.0m，根據(jù)梅花形狀進(jìn)行布置，在孔內(nèi)進(jìn)行碎石填塞。對(duì)于反濾層而言，在其中間設(shè)置4 眼直徑為0.5m，深度為2.5m 的排水砂井。根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)中基本參數(shù)，進(jìn)行有效數(shù)據(jù)測(cè)量機(jī)制以及處理機(jī)制，保證實(shí)現(xiàn)處理效果最優(yōu)化的目標(biāo)。只有在保證防滲效果最優(yōu)化的前提下，才能夠?qū)λl工程施工中存在的隱患進(jìn)行有效的分析，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行規(guī)避，對(duì)其設(shè)計(jì)要素進(jìn)行有效補(bǔ)償，進(jìn)而提升整體水閘工程的綜合水平以及實(shí)際質(zhì)量。在設(shè)計(jì)中，除了需要有效分析設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，還需要統(tǒng)一計(jì)算滲流量，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中的計(jì)算公式，集中計(jì)算各水頭損失值、阻力系數(shù)以及地基的有效深度等。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于水閘設(shè)計(jì)而言，需要統(tǒng)籌處理實(shí)際問(wèn)題，保證運(yùn)行維度以及控制結(jié)構(gòu)的有效性，需要綜合極端、細(xì)化分析設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。不論是統(tǒng)籌分析測(cè)量技術(shù)，還是建立水電測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，均需要將水閘設(shè)計(jì)的處理效果以及技術(shù)模型進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，促使理論與實(shí)踐能夠得到有效結(jié)合，進(jìn)而提升水閘設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證其能夠穩(wěn)定運(yùn)行，為河流兩岸居民生產(chǎn)生活提供保障。