水利工程中的水庫水閘設計分析

畢小俊

摘 ? ?要：水庫水閘設計是水利工程建設中的一個重要環(huán)節(jié)，對水利工程的質量有著直接的影響?；诖?，本文簡單闡述了水庫水閘設計的基本要素，分析了水閘設計中的常見問題，并論述了水閘設計流程中的一些要點和優(yōu)化策略，以期為相關行業(yè)的工程技術人員提供參考。

關鍵詞：水利工程;水庫;水閘設計

1 ?引言

水閘具有通過擋水和排水來控制調節(jié)水位和流量的功能，在發(fā)電和防洪等方面都有著重要價值。水閘分為下游連接段、閘室、上游連接段三個部分，各部分有著不同的作用，同時，水閘從功能上也可以分為不同種類。在實際的水庫水閘設計當中，需要根據流量來設計水閘規(guī)模，同時根據當地的地質條件，確定施工方案，來確保水閘的平穩(wěn)高效運行。

2 ?水庫水閘的設計及常見問題

2.1 ?水庫水閘設計的基本要素

在水庫水閘設計過程中，重點要考慮的是以下三個方面：（1）設計進水閘類型及其尺寸，在這一設計環(huán)節(jié)，主要是根據河道水量和水位來選擇取水方式，以滿足水閘的引水需要。通常，當河道水量充足時，采用無壩取水方式，水閘可直接建于渠首;否則就需要采取有壩取水方式，在河道中修建水閘。（2）設計攔河水閘的類型和尺寸，這是為實現飲水目標所采取的一種方式，而在洪水來臨時，水閘則需要開閘泄水，因此，這一設計環(huán)節(jié)要做到科學合理，可根據當地多年的水文情況來進行閘孔尺寸的設計。（3）閘門梁系設計，在這一環(huán)節(jié)的設計中，要考慮到閘門振動的情況，對閘門的整體剛度進行強化，并用鋼板密封主梁后翼緣和底次梁，避免產生積水積塵問題[1]。

2.2 ?水庫水閘設計的問題分析

（1）穩(wěn)定問題。水閘運行過程中經常會由于水位差而受到沖擊力，沖擊力過大時水閘就會發(fā)生滑動，為此在設計過程中要確保水閘有足夠的重量來維持穩(wěn)定。同時，水閘地基的基礎面積也要足夠大，防止在枯水期水閘沒有擋水導致垂直荷載過大而造成地基變形。

（2）滲流問題。滲流問題主要由于水閘受到上下游水位差作用所致，滲流問題會導致水閘受到向上的揚壓力，這就會使水閘的抗滑穩(wěn)定性有所下降，甚至導致閘基被掏空而引發(fā)安全事故。同時，滲流問題也會影響兩岸連接的建筑物穩(wěn)定性，并影響水閘的擋水效果。

（3）沖刷問題。在水庫開閘泄洪時，通過水閘的水流速度很快，往往會對水閘造成嚴重的沖刷。如圖1所示，水閘在長期沖刷下很可能導致閘基被掏空從而引發(fā)安全事故。除此之外，由于一部分水閘建設在地質條件較為薄弱的地區(qū)，如水閘的閘孔數量過多，也容易因為折沖水流而引發(fā)沖刷問題。

（4）沉陷問題。沉陷問題是很多水庫水閘出現的問題，特別是地基為軟土的時候，由于受到水閘重力和外部荷載雙重影響，更容易發(fā)生沉陷問題。除此之外，荷載分布不均也容易引發(fā)沉陷問題。沉陷問題很容易導致水閘下沉，甚至導致水閘遭到不可逆的破壞，為此，在設計水閘過程中要對地基的實際情況充分研究。

3 ?水庫水閘的選址和施工

3.1 ?水庫水閘的選址

水閘的選址應當以科學合理的思想為指引，將安全性和穩(wěn)定性放在首位，在此基礎上，遵循易于管理和成本低的原則。除此之外，水閘選址過程中，應當充分了解當地的人文條件和地質條件，對地基的選擇要更為注意，如無法找到符合要求的天然地基，就必須進行人工處理，提高地基承載力，使之符合要求[2]。

3.2 ?水庫水閘的地基施工流程

（1）地基開挖。開挖是常見的地基處理方式，通過開挖這種方式可以處理掉不符合要求的覆蓋層，如軟弱土層、風化土層等。開挖的原理簡單，操作難度較低，一直在水閘設計工作匯總廣泛應用。但由于開挖會產生大量的土方和巖石塊，這些土方和巖石塊的大量堆放有可能造成邊坡的變形傾斜，因此必須設置合理堆放區(qū)域，并盡快將其運出施工區(qū)域。

（2）灌漿施工。灌漿法是提高地基穩(wěn)定性的有效手段，灌漿施工中的主要設備是灌漿泵，同時利用管路預埋和鉆孔的方式，將摻合料與水攪拌混勻。在攪拌均勻后，將灌漿液注入縫隙之中。這種方式對于提升地基的整體性能有著重要作用。通常，灌漿施工有純壓式灌漿法和循環(huán)式灌漿法兩種。

（3）防滲墻施工。防滲墻施工需要專門的設備工具才能完成，具體來看，主要的工作是挖設槽孔或鉆鑿圓孔，然后對墻壁加固處理，也可采用混凝土直接灌注的防范來加固圓孔。同時，還可采取在系統(tǒng)結構中安裝混凝土構件的方式，在地下構成連續(xù)墻，來增強地基強度。在實際施工當中要根據具體情況選擇最合適的方案，在保證施工質量的前提下，做好成本控制。

（4）樁基礎設計。水閘設計過程中經常會出現地基豎向受力較大的情況，這就需要樁基礎設計這種方式來處理，避免后期可能發(fā)生的問題。樁基礎設計方式可以有效地將水閘整體受力進行分解，轉移到地基深處，使地基承受的沖擊力減小，防止地基沉降。顯然，樁基礎設計是一種具有較強針對性的設計，主要目的是解決水閘的豎向受力問題，增強水閘的穩(wěn)定性，確保工程進度順利推進。

（5）地基強度的提升。置換法、排水法和擠實法也都是提高地基強度的有效途徑。置換法主要通過挖除軟弱土層再使用其他散料進行回填，來使地基固結，增加強度;排水法通過設置排水設施來排出水分，提高地基土壤的堅固程度;擠實法則在施工中使用小石子和砂等填料加入土層，形成柱體狀結構來增強地基強度。

3.3 ?水庫水閘的安全性及優(yōu)化

水庫水閘的安全性關系著整個水利工程的運行效率和質量，因此，為保證其安全性，在設計前需要進行大量的論證和計算。主要的計算內容是地基的應力、負載組合及抗滑穩(wěn)定性。負載組合包括基本組合和特殊組合，兩種組合方式的計算方式有著明顯的不同，這一點需要格外注意。同時，基底應力的計算涉及到力矩方面的有關內容，而抗滑穩(wěn)定性計算則需要對總重和總彎矩等參數先行了解。這對技術人員的分析能力提出了極高的要求。

根據這些計算結果，可以對水閘地基進行優(yōu)化，優(yōu)化的重點內容是解決閘室沉降問題。為此，可以采用剛性樁進行優(yōu)化，它兼具施工進度快和質量可控的優(yōu)點，并適用于各種土層和巖層，可滿足多種施工條件的需求。

4 ?結語

水庫水閘的設計和施工有著較大的復雜性，涉及到多個學科的交叉，為此，要提高水閘的設計施工質量，就要從多個角度入手來解決問題。要重視對施工現場環(huán)境的勘察，尤其是對地質條件的研究分析，在此基礎上，設計出地基加固的有效方法，防止水閘在運行過程匯總發(fā)生問題。同時，工程技術人員還應當重視如何提高安全性，并積極創(chuàng)新和實踐，尋找更多優(yōu)化方案，確保水利工程安全平穩(wěn)運行。

參考文獻：

[1] 沈春來.關于水庫除險加固水閘設計步驟應用環(huán)節(jié)的分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2017（12）：174.

[2] 張惠軍.金澤水庫取水閘基礎設計及優(yōu)化[J].東北水利水電，2019（4）：70.