探析水利水閘工程設(shè)計(jì)存在的問題與設(shè)計(jì)

李煥娣

【摘要】水利水閘工程設(shè)計(jì)直接關(guān)系到整個(gè)水利工程的質(zhì)量，關(guān)系到下游居民的健康用水以及生命安全，必須對(duì)其進(jìn)行合理設(shè)計(jì)及控制其施工質(zhì)量。本文概述了水利水閘工程，對(duì)水利水閘工程設(shè)計(jì)存在的問題及其設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討分析。

【關(guān)鍵詞】水利水閘工程；設(shè)計(jì)；問題；閘室；安全

一、水利水閘工程的概述

水利水閘工程由上游連接段、閘室和下游連接段三部分組成。上游連接段的作用主要是將水流引入閘室，避免其外流，對(duì)兩岸及河床也起到了保護(hù)作用，防止其被沖刷，同時(shí)還與閘室一起起到了防滲作用；閘室在水閘中處于主要地位，它的主要作用是對(duì)水位和流量起到了一定的控制作用，并且防滲防沖，它的設(shè)計(jì)包括底板、閘門、閘墩、護(hù)欄和工作橋等；下游連接段主要用來消除過閘水流的剩余能量，將出閘的水流進(jìn)行均勻地分散，從而起到對(duì)流速的減緩作用，避免對(duì)下游的沖刷。

二、水利水閘工程設(shè)計(jì)存在的問題

1、滲流問題。滲流現(xiàn)象就是水閘在進(jìn)行擋水時(shí)造成上下游水位出現(xiàn)差值，在這種作用下，就會(huì)在水閘、閘基與兩岸的連接處出現(xiàn)滲流的現(xiàn)象。如果出現(xiàn)滲流，就會(huì)在水閘的底部產(chǎn)生向上的揚(yáng)壓力，這就會(huì)縮小水閘的重力作用，從而使水閘的抗滑穩(wěn)定性大大降低。如果兩岸和閘基都是采用土基，再出現(xiàn)滲流時(shí)也會(huì)帶走一些細(xì)顆粒，這就會(huì)在閘后出現(xiàn)翻砂鼓水的現(xiàn)象。如果嚴(yán)重的話還會(huì)掏空兩岸和閘基。另外，如果出現(xiàn)側(cè)向滲透，會(huì)產(chǎn)生水平的壓力，對(duì)兩岸的連接建筑物都會(huì)有很大影響，使其穩(wěn)定性大大下降。還有可能導(dǎo)致岸坡上出現(xiàn)滲透現(xiàn)象，從而加大閘底的滲透壓力。如果滲流水量過大，還會(huì)對(duì)水閘的擋水功能產(chǎn)生影響，妨礙蓄水。

2、沉陷問題。如果將水閘建設(shè)在軟土地基上，就會(huì)在水閘自身以及外部的荷載作用下出現(xiàn)沉陷現(xiàn)象。特別是在底板傳到地基上的荷載分布不均勻時(shí)，或者是分布在地基土層的荷載不均勻時(shí)，更容易出現(xiàn)沉陷現(xiàn)象。這種地基沉陷還會(huì)導(dǎo)致水閘出現(xiàn)下沉，或者是閘室傾斜。如果嚴(yán)重有可能造成水閘斷裂，這對(duì)水閘的正常運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生很大影響。

3、沖刷問題。開閘泄水時(shí)如果水閘下游水位很淺或者是沒有水，在水位差的作用下，就會(huì)加大水流的流速，這種巨大的能量會(huì)對(duì)下游有嚴(yán)重的沖刷。一旦沖刷的范圍過大，就會(huì)掏空閘基，造成水閘失事。另外，一般在水閘的兩岸都是軟弱的巖層或者是土層，如果修建水閘時(shí)開設(shè)過多的閘孔，一旦開啟某一個(gè)閘孔就會(huì)形成折沖水流，這就會(huì)嚴(yán)重沖刷下游河岸，對(duì)水閘的安全和穩(wěn)定性都會(huì)產(chǎn)生影響。

4、穩(wěn)定問題。正常使用水閘時(shí)，攔截上游的水位一般比較高，這樣就導(dǎo)致水閘上游和下游之間產(chǎn)生很大的水位差，會(huì)出現(xiàn)水平壓力過大的現(xiàn)象。要想穩(wěn)定自身，水閘必須擁有一定的重量。另外，水閘在建成以后，如果還沒有擋水或者是在正常使用的情況下遇到無水期，就會(huì)產(chǎn)生很大的垂直荷載，這樣基底的實(shí)際壓力就會(huì)大大超過地基能夠承受的承載力，從而出現(xiàn)地基變形或者是出現(xiàn)閘基土被擠出的現(xiàn)象，這很容易造成水閘與地基出現(xiàn)滑動(dòng)的危險(xiǎn)。所以，在修建水閘時(shí)必須保證基礎(chǔ)的面積，這樣才能有效的降低基底的壓應(yīng)力。

三、水利水閘工程的具體設(shè)計(jì)分析

1、水閘規(guī)模的設(shè)計(jì)。水閘規(guī)模的大小主要取決于過閘流量的大小，主要可以分為大型水閘、中型水閘和小型水閘三種。大型水閘的過閘流量為1000m3/s以上，中型水閘的過閘流量在100m3/s到1000m3/s之間，而小型水閘的過閘流量在100m3/s以下。

2、合理選址。水利水閘工程的節(jié)制閘或泄洪閘閘址宜選擇在河道順直、河勢相對(duì)穩(wěn)定的河段。進(jìn)水閘、分水閘或分洪閘閘址宜選擇在河岸基本穩(wěn)定的順直河段或彎道凹岸頂點(diǎn)稍偏下游處，但分洪閘閘址不宜選擇在險(xiǎn)工堤段和被保護(hù)的重要城鎮(zhèn)下游堤段。排水閘或泄洪閘閘址宜選擇在地勢低洼、出水暢通處，排水閘閘址宜選擇在靠近重要澇區(qū)和容泄區(qū)的老堤堤線上。擋潮閘閘址宜選擇在岸線和岸坡穩(wěn)定的潮汐河口附近，并且閘址宜選擇在上游河道有足夠的蓄水容積地點(diǎn)。

3、閘室安全計(jì)算。水利水閘工程的閘室安全與穩(wěn)定對(duì)于水閘功能的發(fā)揮具有重要的作用，因此對(duì)于水閘的閘室需要進(jìn)行一些計(jì)算，確保其安全。需要計(jì)算的主要包括荷載組合、基底應(yīng)力計(jì)算、抗滑穩(wěn)定計(jì)算等。其中荷載組合又可以為基本組合和特殊組合兩種，不同的組合方式又有所差別。而基底應(yīng)力的計(jì)算包括力矩計(jì)算、正常運(yùn)用情況下的基底應(yīng)力以及竣工檢修情況的計(jì)算等?？够€(wěn)定計(jì)算需要計(jì)算閘室在正常運(yùn)用情況下的總彎矩以及總重，以此來得出抗滑穩(wěn)定系數(shù)。

4、消能防沖設(shè)計(jì)。水利水閘工程的水閘消能設(shè)計(jì)和控制，往往是以閘高水位為基準(zhǔn)，將比基準(zhǔn)高的水位進(jìn)行排除，并且對(duì)于下游的水位要取最低的下限值，這樣做可以保障水閘的建設(shè)順利開展。這種工況下的閘門初始開啟度往往也是消力池深度計(jì)算的控制因素。對(duì)于水閘的防沖設(shè)計(jì)，還有很多方面的計(jì)算不是很明確，很多因素還不能確定，因此還需要我們對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的研究和探討。消能防沖是水閘的主要作用和內(nèi)容，在設(shè)計(jì)時(shí)主要包括對(duì)工程的工況和設(shè)施的計(jì)算、控制，對(duì)消力池面積、深度的計(jì)算和控制，以及對(duì)河床沖刷要求能力的計(jì)算等。對(duì)于工況所需要的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求的計(jì)算，在水閘設(shè)計(jì)中往往不是能做到完全準(zhǔn)確，因此如何達(dá)到這一要求，是水閘消能防沖設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)。

結(jié)束語

水閘設(shè)計(jì)是水利工程設(shè)計(jì)施工中的重要組成部分，在對(duì)水利水閘工程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮好實(shí)際情況，對(duì)周圍的環(huán)境有一個(gè)詳細(xì)的調(diào)查和研究，對(duì)其設(shè)計(jì)的各個(gè)方面都要嚴(yán)格按照要求來執(zhí)行，從而保證水利工程的質(zhì)量與安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁曉蕓.南陽渠灌溉工程總干渠泄水閘設(shè)計(jì). 甘肅水利水電技[J].2007

[2]郭中瓊.水閘設(shè)計(jì)問題的分析. 中國水運(yùn)[J]. 2009

[3]王志鵬. 關(guān)于水閘設(shè)計(jì)問題的思考與探討[J].中國科技博覽2014