水利工程中水閘設計的要點及注意事項分析

許華勇

（中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司，廣東 中山 528400）

現(xiàn)如今隨著經(jīng)濟和社會的飛速發(fā)展，我國惠民建設領域取得了明顯的進步。在新時期的大背景下，工農產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和融合，也對水利事業(yè)的發(fā)展提出了全新的要求［1]。水利工程建設環(huán)節(jié)，水閘的應用愈發(fā)廣泛，在工程中占據(jù)著十分重要地位，并且水閘工程的排水和止水問題對建筑的壽命起到?jīng)Q定性作用［2]。

1 工程現(xiàn)狀

1.1 工程概況

普寧市練江流域綜合整治—光南水閘重建工程位于普寧市燎原街道光南村境內。光南水閘位于練江二級支流光南溪上。水閘于1974年建成，1986年因平板鋼閘門銹蝕，漏水嚴重，曾對閘門上增設灰塑板，以減小漏水量。此外，還將閘門原來的手動式啟閉改為電動啟閉。2002年洪水淘空水閘左右岸基礎，地面發(fā)生沉降，當年對受損左右岸墻進行了灌漿加固處理。因交通橋人流量大，橋面狹窄，護欄毀壞嚴重，存在嚴重安全隱患，2008年5月對水閘的交通橋進行了加寬加固。本水閘灌溉面積約1600 畝，擔負著普寧市燎原街道光南村和烏石村農田和3.5 萬人口的生活及工農業(yè)用水，對促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定發(fā)揮了巨大作用。

1.2 存在問題

光南水閘主要存在的問題包括：（1）水閘缺乏防滲措施；（2）水閘項目建設時間較長，混凝土存在嚴重老化和剝蝕的情況，部分位置出現(xiàn)明顯裂縫；（3）水閘使用的閘門存在嚴重破損，啟閉難度較大；（4）改造前水閘配套設施匱乏，例如電氣、安全監(jiān)測及水情預警等設備；（5）水閘周圍未設置專門的管理房，缺乏安全監(jiān)測和通行，管理及防汛工作不到位，人行便橋相對狹窄。水閘目前處于不達標準運行狀態(tài)，水閘過流能力不足，在臺風暴雨、山洪的共同作用下極易對水閘自身結構、光南溪堤防、保護范圍內的農田及居民生命財產(chǎn)造成嚴重威脅，因此開展重建工程。

2 水閘設計要點及注意事項

2.1 合理選擇水閘工程地址

為了有效開展水閘設計工作，進行科學合理的選址工作十分重要。第一，合理的選址工作可以減少工程成本，提高經(jīng)濟效益；第二，合理的選址工作能夠充分發(fā)揮水閘的作用［3]。本工程為水閘重建工程，閘址選擇主要考慮三種方案：原址重建方案、原址上游重建方案和原址下游重建方案。三種方案比較情況見圖1。方案一：原址下游重建。擬重建位置位于原址下游375 m處，該處河道與上下游連接平順，該處河底寬度較寬，河底寬度約16 m，滿足過流需要，具有良好的水流條件。方案二：原址重建。水閘原址河道呈漏斗式收窄，孔凈寬約12 m，其上下游河底寬度范圍為16 m～25 m，原閘址范圍內兩岸堤頂狹窄。若在保留原水閘兩側邊墩的基礎上重建，閘孔凈寬12 m，將大大縮窄光南溪的行洪斷面，壅高水位，增大流速，對行洪安全產(chǎn)生較大影響。方案三：擬重建位置位于原址上游70 m 處，該處河道與上下游連接平順，河底寬度約16.5 m，河道兩岸密布房屋，建設河寬受影響較大?；趯ι鲜鋈N方案的分析，其中方案一效果最為理想，施工場地開闊，便于施工和總體布置。

圖1 三種方案比較情況

2.2 水利工程設計施工中水閘的定型

水利工程中水閘類型繁多，各個類型存在明顯差異，并且其功能各不相同，優(yōu)缺點存在明顯不同［4]。所以在對閘型進行選擇的過程中需要結合水文特征和地質情況進行考慮，進而做好定型工作，防止追求新型水閘而忽視實際情況問題的出現(xiàn)。水閘的閘室包括胸墻式水閘、涵洞式水閘和敞開式水閘。水利工程進行泄洪排澇工作的過程中，其主要目的是使水流狀態(tài)保持平衡，防止水流出現(xiàn)沖擊情況。并且不同的閘室存在一定的差異，例如敞開式水閘底部寬而平整，對于排洪排澇具有重要作用［5]。光南水閘為攔河閘，擋水水頭低，僅約3.70 m，但是泄洪量大，本次復核設計洪峰流量為197.0 m3/s，宜選擇開敞式水閘方案，且原設計也是平底板開敞式水閘。綜上所述，因此經(jīng)過設計決定采用平底板開敞式水閘方案。

閘室中的擋水設施為閘門，閘門的型式對閘室的結構和尺寸有決定性影響。結合光南水閘特點，根據(jù)工程經(jīng)驗和管理方法，初步選擇平面鋼閘門和混凝土翻板閘門兩種方案，進行比較。平面鋼閘門：擬定水閘設3 孔閘門，單孔凈寬6.0 m，閘門高4.0 m，閘門頂高程7.00 m，閘門底檻為平底寬頂堰，堰頂高程3.00 m。水閘采用底流消能方式。工作閘門采用雙吊點卷揚式啟閉機進行啟閉。水閘兩側設置溢流涵控制水位，下泄小流量的上游來水?；炷练彘l門方案：擬定水閘凈寬18 m，壩頂高程9.00 m，共設置3 扇寬×高=6 m×3.3 m 的水力自控和手動控制雙作用的翻板閘門。閘門底檻為有底檻寬頂堰，堰頂高程為3.0 m，堰面上游邊緣修整為小圓弧進口，下游為斜坡段，后接水平段。通過翻板閘保持上游水位，自動控制泄水。兩種閘門對河道防洪影響較小，并且對運行方面進行分析，翻板閘門可以節(jié)省管理人員，能夠對河道水位流量進行合理控制，但是從安全性及可靠性方面展開分析，鋼閘門效果更好，因此本次設計使用鋼閘門方案，單孔的凈寬為6.0 m，設置3 孔。圖2 為平面鋼閘門示意圖。

圖2 平面鋼閘門示意圖

2.3 地基防滲處理

根據(jù)《普寧市練江流域綜合整治——光南水閘重建工程地質勘察報告（初步設計階段）》，參考鉆孔BK1、BK2 及BK3，水閘基底土層至上而下依次分布有：①填土、②-1 中粗砂、②-2粉質黏土、②-2-1 中粗砂、②-3 中粗砂、③殘積土等。重建閘室地基第一層土以②-1 中粗砂層為主，局部分布有②-4 粉質黏土層。中粗砂層地基承載力特征值為80 kPa，粉質黏土層地基承載力特征值為130 kPa。根據(jù)各土層標準貫入擊數(shù)，判定表層土均為中軟地基。粉質黏土呈微透水性，屬相對隔水層；中粗砂層為強透水性，存在閘基滲漏問題，應進行防滲處理。通常情況下，防滲處理需要利用專門機具，鉆鑿圓孔和開挖槽孔，使用泥漿對墻壁進行加固處理［6]。防滲墻型式的選擇以在性能上可靠、施工工藝上可行，適合本工程地質水文條件為原則，初擬高壓噴射灌漿防滲墻、鋼絲繩或液壓抓斗純抓法成槽混凝土防滲墻兩種防滲墻方案。結合本工程地質條件，對防滲效果進行分析，混凝土防滲墻和高壓旋噴防滲墻效果均良好；從施工角度而言，高壓噴射灌漿技術具有施工設備簡便、靈活，施工速度快等優(yōu)勢，混凝土防滲墻屬新工藝，工程地區(qū)實踐經(jīng)驗尚不豐富，施工中的質量控制不好把握；從造價角度而言，按照工程經(jīng)驗，抓斗法混凝土防滲墻相對便宜，但是與高壓旋噴防滲墻相比不會明顯降低投資。通過綜合比選，本次設計采用高壓噴射灌漿防滲墻。

2.4 水閘設計注意事項分析

第一，滲流注意事項。滲流指的是水閘擋水過程中導致上下游水位存在差值，基于此情況，水閘、閘基和兩岸的連接位置便會發(fā)生滲流情況。如果存在滲流，水閘底部形成揚壓力，使其重力作用衰減，進而導致水閘穩(wěn)定性下降嚴重。如果存在側向滲透，會形成水平壓力，對兩岸建筑物有較大影響，穩(wěn)定性不佳。如果滲水量較大，則會對擋水作用產(chǎn)生影響［7]。第二，沖刷注意事項。開閘泄水的工程中，如果下游水位較淺或者沒有水，受水位差的影響，導致水流流速增加，對下游造成嚴重沖刷。除此之外，水閘兩岸為軟弱巖層或土層，修建過程中設置過多的閘孔，開啟某一孔則產(chǎn)生折沖水流，對下游河岸造成嚴重沖刷。第三，沉陷。如果水閘建立在軟土地基上，那么在其自身和外部荷載作用下則會發(fā)生沉陷的情況。尤其是底板傳到地基荷載的分布不均衡，或者分布于地基土層的荷載不均衡，都會導致沉陷情況的出現(xiàn)。并且地基的沉陷還會引發(fā)水閘的下沉，或者致使閘室出現(xiàn)傾斜，極可能致使水閘斷裂，對水閘的正常穩(wěn)定運行造成嚴重威脅［8]。第四，穩(wěn)定。常規(guī)使用水閘的過程中，攔截上游的水位較高，這也致使上游和下游之間形成一定的水位差，導致水平壓力較大。因此想要提高自身的穩(wěn)定性，水閘需要具有相應的重量。除此之外，建成水閘之后，如果沒有在擋水和使用情況下發(fā)生無水期，則會形成較大的垂直荷載，導致基底的壓力遠遠高于地基實際承受的承載力，進而致使地基出現(xiàn)變形或者閘基土被擠出等不良情況，進而引發(fā)水閘和地基滑動的風險。因此在進行水閘修建的過程中需要確保其基礎面積，這樣才有助于減少基底的壓應力。

3 結語

綜上所述，本文以水閘工程設計為基礎，對水閘設計的要點及注意事項展開分析。在進行水閘設計時需要對各個因素進行全面分析，結合實際施工情況，深入分析工程周圍的環(huán)境、水質、地質等因素，施工過程中嚴格遵守施工指標及要求進行施工，對于可能發(fā)生的問題做好預防準備工作，有效提高水閘的運行質量。