水利工程中水閘設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及注意事項(xiàng)分析

汪鵬

（河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司，河南鄭州 450016）

1.水利工程中水閘的特點(diǎn)及作用

水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)應(yīng)用要求和地質(zhì)條件，選擇水閘形式，適當(dāng)去除閘門上部結(jié)構(gòu)。還要注意水閘的作用，結(jié)合荷載分析水閘和翼室中的抗滑穩(wěn)定、基礎(chǔ)沉降等應(yīng)力進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。必要時(shí)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行研究，并在水閘現(xiàn)場，結(jié)構(gòu)性能決定基礎(chǔ)的形式和處理手段。最后，組成水閘建筑，各段性能進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，滿足水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

水閘不僅可以排水，而且還可以擋水。一般來說，它們都具有厚覆蓋層、大的地基可壓縮性、弱的防滑能力和較差的軸承容量的特性，主要建在平原地區(qū)。因此，在水閘的設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先保持水閘的穩(wěn)定性。水閘因閘門而阻斷水流，閘門上下游之間形成的水頭差因閘門基礎(chǔ)和兩岸的滲流而在底部形成滲透壓，抵消水閘的有效重量。這時(shí)會(huì)威脅到兩岸的閘室和連接建筑物的穩(wěn)定性，發(fā)生透明變形，水閘安全保障很有可能變得困難。

在水利工程項(xiàng)目中，水閘的上游連接部分主要用于將水流引入水閘室，以避免泄漏，防止河流和河床全部被沖走，并與水閘室一起起到防止?jié)B漏作用。水閘室位于水閘的主要位置，主要功能是控制水位和流量，防止?jié)B透和沖刷。其設(shè)計(jì)包括底板、閘門、碼頭、護(hù)欄及工作橋等。

2.水利工程中水閘設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

2.1 滲流問題

在水閘擋水期內(nèi)，如果發(fā)生泄漏，揚(yáng)壓力將出現(xiàn)在水閘底部，水閘有效重度降低，從而大大減少水閘的抗滑穩(wěn)定性，并使擋水的效果大打折扣。如果兩岸和閘基是土壤的基礎(chǔ)，在泄漏時(shí)會(huì)帶走一些微顆粒，從而發(fā)生滲透破壞。在極端情況下，兩岸和閘基都會(huì)被排出來。一旦溢出，就會(huì)產(chǎn)生橫向壓力，與這兩岸有關(guān)的建筑將受到嚴(yán)重破壞，從而降低水閘的穩(wěn)定性。

2.2 穩(wěn)定問題

在正常使用水閘時(shí)，水閘上下游水位差異很大，從而產(chǎn)生水平壓力過大的問題，導(dǎo)致水閘向下移動(dòng)。因此，如果要實(shí)現(xiàn)水閘的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮正常蓄水情況和設(shè)計(jì)洪水位情況。

2.3 沖刷問題

開閘泄水時(shí)，如果水閘下水位太淺，在水位差作用下，水流速度加快，水流沖擊能量大會(huì)導(dǎo)致下游嚴(yán)重侵蝕。如果沖刷范圍太大，必然會(huì)清空水閘基地，就會(huì)發(fā)生一系列安全事故。大壩兩側(cè)都是軟弱的巖石或軟弱的土層，假設(shè)大壩建設(shè)期間的堤壩設(shè)置得太過牢固，打開一個(gè)堤壩洞將不可避免地形成大量的水流，下游流域的侵蝕，嚴(yán)重威脅到水閘運(yùn)營的安全與穩(wěn)定，影響岸邊的農(nóng)作物和生命安全[1]。

2.4 沉陷縫填縫

為保證水閘工程施工質(zhì)量，防止水閘變形和不均勻運(yùn)行，有必要進(jìn)行相應(yīng)的填縫工作。鑒于此必須采取適當(dāng)措施，以減少停用的可能性；首先，水閘結(jié)構(gòu)中使用的填充材料必須固定在鐵趾板的側(cè)面和背面，以確保材料的穩(wěn)定性；其次，澆筑沉縫兩側(cè)混凝土?xí)r，設(shè)計(jì)人員應(yīng)確認(rèn)沉縫所用的填料是直立的。暴露在混凝土中，然后必須安裝后續(xù)的填充材料并彎曲鐵點(diǎn)；最后，如果閘墩中有沉降裂縫，施工人員應(yīng)同時(shí)為沉降周的兩側(cè)澆水[2]。

2.5 止水施工的注意事項(xiàng)

實(shí)際水閘可能存在水位差，壓力過大會(huì)導(dǎo)致閘點(diǎn)和大壩漏水，影響水閘方案的使用時(shí)間。一般的防止漏水方法有：（1）水平擋水法；水平擋水法要求施工人員在澆筑層之間設(shè)置擋水帶；施工縫不能設(shè)置在防水縫的高度。（2）垂直止水，在使用垂直止水時(shí)，通常使用銅板作為一種止水材料。

3.水利工程中水閘設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1 水閘選址

水閘通常由4個(gè)部分組成。即閘室、排水設(shè)施、防沖設(shè)施和連接建筑物。水閘在使用時(shí)，水閘的主要功能是通過水閘控制水的主要部分。防滲排水設(shè)施旨在確保水閘基礎(chǔ)的安全，并防止水閘基礎(chǔ)在使用水閘溶油時(shí)泄漏。防滲設(shè)施通常高于水閘的水位，選擇材料時(shí)應(yīng)選擇滲透性低的材料。建設(shè)中選擇水閘是非常重要的，也是水閘建設(shè)的關(guān)鍵因素。分析已構(gòu)建并使用的水文體，然后將其用作參考是非常重要的。很多水文體的使用存在很多問題，與水文物的位置有著良好的關(guān)系。在選址時(shí)，工廠要確認(rèn)水閘建設(shè)現(xiàn)場的地質(zhì)條件是否良好。地質(zhì)條件不好的話，要進(jìn)行處理，以免水閘容易出現(xiàn)滲透或水閘的不穩(wěn)定。選擇水閘位置時(shí)要滿足的第一個(gè)條件是保證水文閘的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)在水閘使用時(shí)滿足要求。水閘使用時(shí)，水流模式可能穩(wěn)定，施工后管理方便。

3.2 類型的選擇

水利工程中有許多類型的水閘，各個(gè)類型之間有明確的差異，其功能不同，強(qiáng)項(xiàng)和弱項(xiàng)明顯不同。因此，在選擇水閘類型的過程中，應(yīng)考慮連接和地質(zhì)條件，然后進(jìn)行定型工作，防止對新水閘的追求，無視實(shí)際情況中問題的出現(xiàn)[3]。在進(jìn)行水利工程的徑流和排水過程中，主要目標(biāo)是保持水流狀態(tài)平衡，防止沖擊情況。

3.3 閘孔的設(shè)計(jì)

閘孔的設(shè)計(jì)包括閘孔類型和尺寸的設(shè)計(jì)，包括寬敞的堰類型、底板高程、單個(gè)孔尺寸和閘室的總寬度等。一般使用有兩種類型：寬頂堰和低實(shí)用堰。目前，大部分水閘由于結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)方便、有利沙沖洗及穩(wěn)定的泄流能力，設(shè)計(jì)成了寬頂堰。只有在上游水位高，需要提高堰頂高度以限制單位寬度流量的情況下，才會(huì)采用低實(shí)用堰。水閘底板的高度與上下游水位、水閘的地質(zhì)條件及引水或泄露的因素有關(guān)。

3.4 水閘質(zhì)量

設(shè)計(jì)師對水閘質(zhì)量的認(rèn)識關(guān)系到工程建設(shè)的安全。在此基礎(chǔ)上，水閘設(shè)計(jì)時(shí)不僅要保證水閘質(zhì)量，而且要在建設(shè)工作中注意水閘的質(zhì)量要求，敦促全體員工形成安全的施工概念。水閘建筑的設(shè)計(jì)者應(yīng)注意水閘使用中需要注意的問題。設(shè)計(jì)師應(yīng)根據(jù)水閘建設(shè)的細(xì)節(jié)處理相關(guān)問題，加強(qiáng)水閘設(shè)計(jì)知識的教育，掌握水閘設(shè)計(jì)技術(shù)，確保施工符合設(shè)計(jì)要求，全面提高整個(gè)水利工程項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量[4]。

3.5 閘室安全與穩(wěn)定計(jì)算

閘室的安全穩(wěn)定是水閘正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，安全穩(wěn)定的計(jì)算也是最重要的計(jì)算工作。主要是關(guān)于荷載組合、基底應(yīng)力計(jì)算、抗滑穩(wěn)定性計(jì)算等。計(jì)算荷載組合時(shí)，還必須考慮不同組合模式之間的差異?；讘?yīng)力的計(jì)算主要包括力矩計(jì)算、正常運(yùn)行和完成維護(hù)中的基礎(chǔ)應(yīng)力，平均基底應(yīng)力應(yīng)不大于地基允許承載力。最大基底應(yīng)力應(yīng)不大于地基允許承載力的1.2倍。滑動(dòng)預(yù)防穩(wěn)定性計(jì)算在正常條件下計(jì)算總彎曲瞬間和總重量，計(jì)算出的滑動(dòng)預(yù)防穩(wěn)定性系數(shù)必須滿足規(guī)范的要求。

4.結(jié)語

水閘項(xiàng)目的建筑質(zhì)量直接決定了水利工程項(xiàng)目的總體質(zhì)量，如果水利工程項(xiàng)目的質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)危及水利工程的完整性和質(zhì)量，從而危及周邊人員的生命。為此，應(yīng)加強(qiáng)對建造技術(shù)的研究和分析，以提高建造的水平，并確保建造的安全。正常運(yùn)行的鋁材在維修工作中發(fā)揮著重要作用。因此，在設(shè)計(jì)水閘時(shí)，設(shè)計(jì)師必須首先根據(jù)實(shí)際的工程需求確定合適的水閘類型，并通過全面比較確定最佳的水閘位置。一旦確定了水閘的尺寸，就必須計(jì)算穩(wěn)定性和滲流。最后，還應(yīng)考慮一系列問題，如預(yù)防最終影響。必須充分理解設(shè)計(jì)過程的所有細(xì)節(jié)，并與理想的建筑配合，以確保建筑修復(fù)工程的安全、有效和穩(wěn)定運(yùn)作，從而使防洪和水資源減少等職能，能夠在建筑修復(fù)中得到行使，從而確保國家財(cái)產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。