水利水電工程的水閘設(shè)計(jì)方法分析

【摘要】水利水電工程是維持國民生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。我國在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，對于水閘設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性研究從未停止，而在此期間，我國一直都重視可持續(xù)發(fā)展理念。水閘的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括消能防沖設(shè)計(jì)、選址、地基處理、排水設(shè)計(jì)、底板高程等方面，其中地基處理包括樁基、預(yù)壓和換土墊層，排水包括防沖槽、消力池底板排水孔以及閘基防滲面層等方面。

【關(guān)鍵詞】水利水電；水閘；設(shè)計(jì)

隨著我國水利工程的發(fā)展，水閘施工技術(shù)也逐漸越來越廣泛地應(yīng)用到水利工程設(shè)計(jì)當(dāng)中。水閘施工是一項(xiàng)具有復(fù)雜性的綜合施工技術(shù)，不僅要求水閘具備調(diào)節(jié)功能，還應(yīng)能夠隨時將勢能轉(zhuǎn)化為電能。因此，在新能源概念逐漸普及的今天，對水閘施工技術(shù)的要求也就逐漸提高。當(dāng)前，我國正如火如荼地大規(guī)模建設(shè)水電工程，要保障水利工程建設(shè)項(xiàng)目能夠順利實(shí)施，就必須加強(qiáng)水閘施工技術(shù)，對水利水電工程的水閘提出合理的設(shè)計(jì)理念。

一、消能防沖設(shè)計(jì)

一般來說，水閘消能設(shè)計(jì)的重要部分是控制工況，具體為：對下游的相應(yīng)水位取下限值，閘的蓄水位必須保證在最高點(diǎn)，確保上游始終具有多余水量。因此消力池的控制因素在經(jīng)過系統(tǒng)計(jì)算后，就作為閘門初始開啟深度。另外，水閘的防沖設(shè)計(jì)原則為：保證下游水位相對上游較低，水閘要保證其最大泄水量能夠達(dá)到洪峰時的水流量。

二、選址

水利水電工程中，水閘的選址是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。關(guān)于合適的水閘位置，地質(zhì)條件是基礎(chǔ)，應(yīng)以地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的河床為基礎(chǔ)。選址過程必須全面綜合考慮，通常對于管理的情況及使用的要求一定要符合水閘設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，然后分析水閘的水文條件及地質(zhì)條件，優(yōu)先選擇巖石結(jié)構(gòu)的，如果沒有符合條件的巖石地基，那么可以采用抗剪強(qiáng)度高并且透水性小的穩(wěn)定地基替代。

三、地基處理

（一）樁基

大多數(shù)施工方法中，樁基的施工方法基本為灌注樁和預(yù)制樁兩種模式。對于上拔力和水平荷載時樁基在一定程度上課承受的壓力，能夠有效利用的情況分為以下三種：沉降過程中，對建筑物本身的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固要求較高；豎向荷載結(jié)構(gòu)集中，并且較大；相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，受到大面積地面荷載影響。

（二）預(yù)壓

也就是實(shí)現(xiàn)加載壓力，加速場地土排水固結(jié)，提高地基承載力，減少沉降。預(yù)壓的優(yōu)點(diǎn)在于：如果持續(xù)荷載，就會產(chǎn)生很大的壓縮量，能夠明顯增強(qiáng)水閘的強(qiáng)度。比如在黏土地基上，采用預(yù)壓的方式就可以收獲更好的效果。

（三）換土墊層

傳統(tǒng)的地基處理方法，操作容易，并且可靠性高。據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，換土墊層方法處理地基從未出現(xiàn)過意外，所以這也是首選方案。

四、排水設(shè)計(jì)

（一）防沖槽

防沖槽是水利工程水閘關(guān)卡末端的加固措施。當(dāng)水流經(jīng)過關(guān)卡時，因關(guān)卡的作用，水流的速度及能量得到削弱，但當(dāng)水流經(jīng)過關(guān)卡末端時，其沖擊力會大幅度提升，從而破壞河床。通常在關(guān)卡的末端設(shè)置拋石防沖槽，具體步驟是在末端挖掘槽拋石，當(dāng)水流沖擊河床時，因末端石塊眾多，水流在形成沖坑時，石塊會沿著水流沖擊的方向滾下，因此要在沖坑的上游斜坡處設(shè)置鋪蓋。

（二）消力池底板排水孔

消力池一定要具備承載由于不同因素所產(chǎn)生作用力的能力，包括含水流的脈動壓力及沖擊力等。垂直排水孔應(yīng)安置在水平護(hù)板的后半部，反濾層則一定要鋪設(shè)于排水孔之下。

（三）閘基防滲面層排水

水利水電工程的上下游都形成了明顯的水位差，因此在一系列的過程中可以有效開展排水活動。具體流程如下：上游的水滲入河床，再經(jīng)閘底板和板樁，最后經(jīng)消力池通過反濾層排水孔流入下游。為避免地基滲水，最好是高效地將水流排出，而加速排水的方式就是在高水位側(cè)設(shè)置防滲止水設(shè)施。

五、底板高程

水利工程中，確定的水閘底板高程非常重要，而閘的質(zhì)量、制作工藝都與底板高程選擇具有直接關(guān)聯(lián)。閘底板高程的選定要進(jìn)行多方面多角度的綜合考慮，必須使其滿足正常運(yùn)行的需求，并且完全符合地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

六、案例分析

（一）概況

某水利工程是一座以發(fā)電和水庫反調(diào)節(jié)為主的工程項(xiàng)目，此工程也有助于改善水資源環(huán)境并進(jìn)行航運(yùn)。主要組成部分包括水閘、水壩和水電系統(tǒng)。該河流的洪峰量及對應(yīng)水位如下表：

（二）閘孔及過閘水位差

本次水閘閘室有敞開式和胸墻式兩種，此次工程對泄洪的要求較高，要求在水閘泄洪過程中水體能夠基本恢復(fù)至自然狀態(tài)，避免水閘前水位過高。在借鑒已建成的水利工程水閘工程后，本次工程所采用的水閘類型能夠滿足運(yùn)行要求。為確保安全并縮減閘孔凈高度，以降低工程造價，本次工程的校核水位在0.3米的范圍內(nèi)。

七、結(jié)語

水閘是水利水電工程最重要的組成部分，因此在設(shè)計(jì)過程中必須考慮多方面的因素，做好各方面的設(shè)計(jì)工作，保證水閘質(zhì)量并充分發(fā)揮水閘的作用，確保水利工程能夠平穩(wěn)、安全、高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：占方晶，1983年6月，男，漢，江西省星子縣， 工程師 ，研究方向：水利工程設(shè)計(jì)