中小型水閘設計經驗淺析

沈建華

【摘要】 在當前各類水利工程中，水閘是其中非常重要的一個方面，對其加以合理設計對提高水利工程的整體效能意義重大。在本文中，筆者結合自身的工程實踐，對中小型水閘的設計經驗進行了探討。

【關鍵詞】 水閘，設計，經驗

1引言

隨著經濟的高速發展，我國在推進農業現代化和航運發展等方面取得了巨大的成就，但洪澇災害和泥沙沉淀的問題也日益嚴重，這不利于我國農業和航運業的可持續發展。為了滿足防洪、灌溉、排澇以及航運方面的需要，我國在很多地方都開始大規模興建水利工程。其中，水閘作為水利工程中出現最早的水工建筑之一，為農業和航運業的發展作出了巨大的貢獻。

在當前各類水利工程中，水閘在占據著非常重要的地位，對其加以合理設計對提高工程的整體效能意義重大。就目前的發展情況而言，中小型水閘設計還存在一些問題，例如盲目借鑒已有的工程設計成果，卻缺乏對實際工程建設環境的全面考察，導致有的水閘工程在施工過程中不得不臨時停工以進行重新設計，這不僅會給施工帶來困擾，還會嚴重影響工程進度。因此，有必要提高水閘的設計質量，總結中小型水閘在設計過程中存在的不足，將設計經驗與實踐相結合，這樣才能真正發揮水閘在促進社會經濟發展中的作用。

2水閘的選址經驗

水閘無論規模大小，其最終選址都會對工程設計與施工造成重要影響，一旦選址不當，輕則可能會增加后續設計環節以及工程建設階段的難度，重則可能導致事故發生?？偟膩碚f，中小型水閘選址時應遵循以下原則：（1）所選閘址要能確保水閘的運行達到規定要求；（2）在滿足后期使用要求的前提下，要盡可能降低工程量，體現選址的經濟性；（3）要充分重視水閘的地質條件。良好的地基具有相當的承載能力，對于中小型水閘而言，應盡可能選擇那些不需要進行復雜地基處理就能滿足水閘運行要求的天然地基。

3水閘結構設計方面的經驗

3.1軟土地基水閘結構設計

在進行中小型水閘的結構設計時，推薦使用截條法，即先將水閘結構簡化為彈性地基上的平面框架結構，再使用半解析法進行計算。這種方法把上部桿系結構和平面地基當作兩個子結構，然后用剛性鏈桿表征上部結構底梁與地基間的聯系。具體計算時，則對剛性鏈桿采用有限單元法，并以此為基礎計算得到底梁的位移，然后再根據解析法計算得到平面地基模型的單位沉降系數。依據上部結構底梁和地基接觸面間的變形協調和平衡關系建立混合法典型方程以求解地基反力，然后再使用有限單元法進行積分，從而計算出整個結構的位移和內力。半解析法適用于各種軟土地基上的中小型水閘結構設計，它充分考慮了水閘閘墩、底板和地基之間的相互作用，可以較精確地計算出結構設計時所關心的結構位移和地基反力等關鍵參數，充分體現了數值法和解析計算的優勢。

在應用半解析法進行水閘結構設計時，必須特別注意所選取的各類地基模型的適用范圍，必須根據工程所在地的實際地質條件進行選取。根據理論計算和實踐經驗可知，當地基可壓縮土層與基礎水平尺寸之比小于0.25時，應選擇文克爾地基模型；而當地基可壓縮土層與基礎水平尺寸之比大于1.5時，應選擇半無限大地基模型；其他條件下則一般選擇有限深地基模型和多層地基模型。

3.2樁基水閘結構設計

在軟基上建閘時，若天然地基或者經過簡單處理的地基不能滿足承載要求，則需要采用樁基礎。根據工程實踐經驗可知，樁基礎一般適用于以下幾類情況：（1）水閘上部構造或者其它運用要求對基礎沉降有嚴格要求時，采用樁基礎可以有效控制基礎變形；（2）水閘底板下臥層有承載力高的堅實粘土層時，直接采用樁基礎坐落在持力層上，不僅可以確保閘基的穩定性，還對下游的消能防沖設計有利；（3）水閘承受的水平推力過大時，直接采用普通軟土地基難以保證穩定性，此時應采用樁基礎等深基礎；（4）有通航需求時，為了減少底板的工程量，可視情況在閘墩下采用樁基礎。

具體設計時，則可以根據地基土質條件、樁徑以及樁頂的嵌固情況等，并參考有關試驗結果，對樁的容許水平承載力進行初步確定。

4水庫除險加固設計方面的經驗

在進行中小型水庫的險加固設計時，中小型水閘的加固設計是其中非常重要的一個方面。如果水閘的重要部位，例如底板、閘墩因為設計不合理而出現問題，那么對整個水庫的除險加固設計都會造成直接影響。中小型水閘的底板、閘墩等混凝土部位的加固設計長期困擾著工程界，給水閘工程乃至于整個水利工程帶來了多方面的不同程度的危害。要徹底解決這一問題則必須在水閘設計時進行全面考慮，尤其需要重點考慮閘址附近的地形、地質條件和水文、施工、管理等方面的影響，只有確保以上方面的影響都在設計過程中被妥善處理，才能確保水閘底板混凝土的質量，也才能從根本上提高中小型水閘加固設計的質量。

5水閘消能防沖設計方面的經驗

水閘的消能防沖設計一直是中小型水閘設計中的一個非常重要的課題，尤其是在粉砂地基上建閘時更應該慎重對待。具體而言，在進行消能防沖設計時，需要進行充分的現場勘察，以設計出最安全的工程，確保水閘建成后能夠安全運行，使其效能得到充分發揮。根據工程實踐經驗，造成閘下有害沖刷的因素是多方面的，除了受上下游水位、過閘流量以及閘門啟閉等因素影響外，還受一些其他因素影響。在進行設計時，要全面考慮各種因素的影響，尤其是各種因素的最不利組合的影響，切不可根據簡單的條件進行假設。在當前中小型水閘的消能防沖設計中，一種經常出現的錯誤就是忽視了不同類型水閘的消能設計條件間的差異，只是簡單地以泄放設計洪水時的最不利工況為消能防沖設計的依據，而沒有進行大量的實際分析工作，造成最終的消能防沖設計質量大打折扣，無法達到設計預期效益。

6事故檢修閘門設計方面的經驗

由于事故檢修閘門平時使用很少，所以發生問題時也難以被及時發現，在設計時除需要滿足強度等基本運行要求外，還要特別注意在主體結構布置的優化、零部件的選型上下功夫，做到建設成本低，投入運行后穩定可靠，運行維護簡單。就目前而言，在進行事故檢修閘門設計時比較流行使用高分子復合材料，這不僅可以有效降低建設和運行維護成本，還有效提高了閘門的運行可靠度。

7結束語

興建水利工程不僅可以推動農業和航運業的發展，還可以作為推動國民經濟可持續發展的命脈，在現代化建設中發揮著越來越重要的作用。而水閘作為水利工程中的一個重要內容，其設計質量會對水利工程的整體效能產生重要影響。因此，對中小型水閘設計問題進行研究，總結出當前工程實踐中存在的不足和具有指導意義的經驗，對改善水閘設計質量、提高水利工程的整體效能等方面具有重要意義。

參考文獻

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