關(guān)于水利水電工程中水庫(kù)水閘設(shè)計(jì)的思考

黃銀穎

深圳市廣匯源水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司 廣東深圳 518020

摘要：水閘是水利水電工程建設(shè)中非常普遍的一種水利設(shè)備，它承擔(dān)著引水和排澇的功能，它的正常工作直接關(guān)系到水利工程能否正常運(yùn)行，它的施工直接影響到水利工程的整體建設(shè)，在對(duì)其進(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(lái)執(zhí)行，以保證水利工程的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：水利水電；水庫(kù)；水閘；設(shè)計(jì)

1.水閘的作用及組成特點(diǎn)

1.1水閘的作用

作為當(dāng)前水利項(xiàng)目中使用率最高的水利建筑項(xiàng)目，水閘在很多區(qū)域都有使用，比如在河道以及湖泊等處。它存在的意義是為了擋水和放水。且還能夠起到泄洪排澇的作用，除此之外，還調(diào)節(jié)著河道的水量平衡。它的主要構(gòu)成是閘室，而閘室設(shè)有底板、閘門、啟閉機(jī)、閘墩、胸墻、工作橋、交通橋等。

1.2水閘的組成特點(diǎn)

1.2.1上游連接段

上游連接段的主要作用是引導(dǎo)水流平順地進(jìn)入閘室，保護(hù)上游河床及河岸免遭沖刷并有防滲作用。上游連接段一般包括鋪蓋、上游防沖槽及兩岸的翼墻及護(hù)坡等部分。鋪蓋主要起防滲作用，上游防沖槽主要是保護(hù)鋪蓋頭部不被損壞，兩岸翼墻的作用是使水流平順地進(jìn)入閘孔，并起側(cè)向防滲的作用。

1.2.2閘室是水閘的主體部分

閘室是水閘擋水和泄水的主體部分。通常包括底板、閘墩、閘門、胸墻、工作橋及交通橋等。底板是閘室的基礎(chǔ)，承受閘室的全部荷載，并較均勻地傳給地基。閘墩的作用是分隔閘孔、支承閘門、工作橋及交通橋等上部結(jié)構(gòu)。閘門的作用是擋水和控制下泄水流。底板、閘墩、閘門是閘室段的三個(gè)主要部分，閘室段一般為混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，小型水閘也可用漿砌料石結(jié)構(gòu)。

1.2.3下游連接段

下游連接段具有消能和擴(kuò)散水流的功能。使出閘水流在消力池中形成水躍消能，再使水流平順地?cái)U(kuò)散，防止閘后水流的有害沖刷。下游連接段通常包括下游翼墻護(hù)坦、消力池、海漫、下游防沖槽以及護(hù)坡、護(hù)底等。下游防沖槽（齒墻）是海漫末端的防沖保護(hù)設(shè)施。

2.水庫(kù)水閘設(shè)計(jì)分析

2.1設(shè)計(jì)進(jìn)水閘類型和尺寸

從天然河道取水，按取水方式一般可分為無(wú)壩取水和有壩（閘）取水兩種方式。當(dāng)天然河道水量豐富，水位也能滿足引水要求時(shí)，可采取無(wú)壩取水方式，即直接在渠首修建進(jìn)水閘引水；當(dāng)天然河道水位不能滿足引水要求或引水流最較大時(shí)，由于引水有困難，常需采取有壩取水方式，即除了在渠首修建進(jìn)水閘引水外，還需在河道中修建攔河壩（閘），攔斷河流，壅高水位，迫水入渠，以滿足進(jìn)水閘引水要求。

進(jìn)水閘是修建在渠首按需要引水的建筑物，當(dāng)不需要引水時(shí)，則關(guān)閘擋水，以免河水進(jìn)入渠道。顯然，進(jìn)水閘不但要有足夠的閘孔尺寸，以滿足引水要求；還要有一定的高度，以阻擋河中水流和洪水漫頂，否則就不能完成按需要引水的任務(wù)。以下是水閘基本尺寸確定內(nèi)容：

2.2.1閘頂高程

例如，某工程為Ⅲ等中型工程，主要建筑級(jí)別為3級(jí)，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）第4.2.4條規(guī)定，水閘閘頂高程應(yīng)根據(jù)擋水和泄水兩種運(yùn)用情況確定。

2.2.2擋水時(shí)，閘頂高程不應(yīng)低于水閘正常蓄水位（或最高擋水位）加波浪計(jì)算高度與相應(yīng)安全超高值之和。安全超高下限值，正常蓄水位時(shí)為0.4m，最高擋水位時(shí)為0.3m。

2.2.3泄水時(shí)，閘頂高程不應(yīng)低于設(shè)計(jì)洪水位（或校核洪水位）與相應(yīng)安全超高值之和。安全超高下限值，設(shè)計(jì)洪水位時(shí)為0.7m，校核洪水位時(shí)為0.5m。且閘頂橋梁底高程應(yīng)高出最高洪水位不小于0.5m。閘頂高程確定，主要是根據(jù)擋水和泄水兩種運(yùn)用情況并結(jié)合閘前水深、吹程以及設(shè)計(jì)風(fēng)速計(jì)算波浪爬高進(jìn)行確定的。

2.2堰型確定

堰型選擇的主要考慮因素：①運(yùn)用靈活安全可靠、泄流能力穩(wěn)定；②有利于排砂防淤積，盡量降低泄洪時(shí)閘前水位的壅高程；③施工方便、結(jié)構(gòu)安全可靠。

2.3閘門梁系設(shè)計(jì)

為減小閘門運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了適當(dāng)提高閘門的整體剛度。閘門主梁布置除底主梁外，上部主梁盡量等荷載布置，采用相同主梁截面，方便制造。底主梁采用雙腹板箱型梁，由于閘門底檻下游側(cè)有向下5°的偏角，為減少門底底主梁以下懸伸長(zhǎng)度以減小底主梁荷載，同時(shí)又能滿足底主梁到底止水的距離符合底緣布置的要求，下游傾角設(shè)計(jì)為26.2°，底主梁與底檻的夾角則為31.2°>30°。為改善水流流態(tài)，底主梁后翼緣與底次梁間采用鋼板進(jìn)行密封。水平次梁采用槽鋼，近似按等跨連續(xù)梁設(shè)計(jì)，槽鋼肢尖向下，以防積水和積塵。

3.水閘設(shè)計(jì)工作注意的問(wèn)題點(diǎn)

3.1水利工程中水閘設(shè)計(jì)選址的要求

節(jié)制閘或泄洪閘閘址宜選擇在河道順直、河勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定的河段，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后可以選擇在彎曲河段裁彎取直的新開河道上。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(shì)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，且閘址泓灘中淤變化較小、上游河道有足夠的蓄水容積地點(diǎn)。

3.2滲流問(wèn)題

水閘在進(jìn)行擋水時(shí)，就會(huì)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(guò)大，還會(huì)對(duì)水閘的擋水功能產(chǎn)生影響，妨礙蓄水。

3.3沉陷問(wèn)題

軟土具有很大的壓縮性，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。

3.4穩(wěn)定問(wèn)題

在正常使用水閘時(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(guò)大的現(xiàn)象，從而使水閘向下游方向移動(dòng)。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(méi)有擋水或者是在正常使用的情況下遇到無(wú)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(guò)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。

3.5沖刷問(wèn)題

水閘消能防沖工程設(shè)計(jì)包括計(jì)算工況和消能防沖設(shè)施形式的選擇，消力池（深度、長(zhǎng)度、底板厚度）、海漫長(zhǎng)度，河床沖刷深度計(jì)算和跌坎計(jì)算消力池（深度、長(zhǎng)度、底板厚度）、海漫長(zhǎng)度、河床沖刷深度計(jì)算和跌坎計(jì)算在很多專著中均有較為明確實(shí)用的計(jì)算方法。但如何準(zhǔn)確選擇計(jì)算工況，如何選取消能防沖設(shè)施等方面論述得不多，同時(shí)很多水閘因計(jì)算工況的不準(zhǔn)確導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，消能防沖設(shè)施形式選擇不當(dāng)導(dǎo)致消能防沖設(shè)施經(jīng)常沖壞。

4.結(jié)語(yǔ)

總言而之，在進(jìn)行水庫(kù)水閘設(shè)計(jì)工作時(shí)，必須以充足的現(xiàn)場(chǎng)資料及建設(shè)資料為基礎(chǔ)，因此必須加強(qiáng)對(duì)水閘的設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量控制，確保閘門運(yùn)行的安全性及可靠性，真正發(fā)揮水利水電工程抗洪、排澇等作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉偉峰，張瑞.農(nóng)田水利工程中水閘設(shè)計(jì)的探索[J].工程技術(shù)，2013（04）：133.

[2]胡關(guān)保.關(guān)于水利水電工程中水閘的設(shè)計(jì)探討[J].商品與質(zhì)量：建筑與發(fā)展，2012（05）：97-98.